CN218730968U - 太阳能电池及光伏组件 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及光伏产品技术领域，公开了一种太阳能电池及光伏组件。其中的太阳能电池包括基底、第一掺杂导电层、第一钝化层、第一电极、第二掺杂导电层、第二钝化层以及第二电极。基底具有相对设置的第一表面和第二表面；第一掺杂导电层与第一钝化层位于第一表面且在沿背离基底的方向上依次设置，第一掺杂导电层与基底之间形成PN结。第一电极位于第一钝化层背离基底的一侧、并穿透第一钝化层与第一掺杂导电层连接。第二掺杂导电层与第二钝化层位于第二表面且在沿背离基底的方向上依次设置。本申请实施例提供的太阳能电池及光伏组件，能够减少电池背面电极的接触电阻，从而提高电池的电学性能。

Description

太阳能电池及光伏组件

技术领域

本申请实施例涉及光伏产品技术领域，特别涉及一种太阳能电池及光伏组件。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，太阳能电池的光电转化效率也在不断提高。太阳能电池通过PN结的光生伏特效应将光能转化为电能，当太阳光照射在半导体PN结上时，会形成新的空穴电子对，在PN结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，在电池电极之间形成电动势。

常见的太阳能电池，如PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池通过在电池背面形成钝化和电极结构，提高了电池的光电转化效率。但是，如何减少电池背面电极的接触电阻，以提高电池的电学性能，依然是一个有待解决的问题。

实用新型内容

本申请实施方式的目的在于提供一种太阳能电池，能够减少电池背面电极的接触电阻，从而提高电池的电学性能。

为解决上述技术问题，本申请的实施方式提供了一种太阳能电池，包括基底、第一掺杂导电层、第一钝化层、第一电极、第二掺杂导电层、第二钝化层以及第二电极。基底具有相对设置的第一表面和第二表面；第一掺杂导电层与第一钝化层位于第一表面且在沿背离基底的方向上依次设置，第一掺杂导电层与基底之间形成PN结。第一电极位于第一钝化层背离基底的一侧、并穿透第一钝化层与第一掺杂导电层连接。第二掺杂导电层与第二钝化层位于第二表面且在沿背离基底的方向上依次设置，第二掺杂导电层的掺杂离子类型与基底的掺杂离子类型相同。第二掺杂导电层包括第一区域和第二区域，第一区域与基底连接，第二区域经由第一区域与基底连接，第二区域的掺杂离子浓度大于第一区域的掺杂离子浓度，第一区域的掺杂离子浓度大于基底的掺杂离子浓度。第二电极位于第二钝化层背离基底的一侧、并穿透第二钝化层与第二区域连接。第二区域与第二电极在朝向第二表面上的投影重合，且第二电极的宽度大于等于50μm且小于等于250μm。

本申请的实施方式还提供了一种光伏组件，包括电池串、封装层以及盖板，电池串由多个上述的太阳能电池连接形成。封装层用于覆盖电池串的表面。盖板用于覆盖封装层背离电池串的表面。

本申请实施方式提供的太阳能电池及光伏组件，第二电极与第二掺杂导电层的第二区域连接，进而通过第二掺杂导电层的第一区域与基底间接连接。这样，通过第二掺杂导电层与基底所形成的接触势垒，以及第二掺杂导电层中具有不同掺杂离子浓度的区域所形成的接触势垒，可以有效阻止基底中的光生少数载流子穿过，从而降低太阳能电池背面的光生电子的复合损失。同时，第二掺杂导电层的掺杂离子浓度较高，易于与第二电极形成良好的欧姆接触，可以有效降低接触电阻，从而改善太阳能电池的电学性能，提高太阳能电池的光电转化效率。

在一些实施方式中，第二区域的深度占第二掺杂导电层的厚度的0.5％～25％。

在一些实施方式中，第二区域的掺杂离子浓度与第一区域的掺杂离子浓度之比为2～100。

在一些实施方式中，第一区域的掺杂离子浓度大于等于1×10¹⁷cm^-3且小于等于1×10¹⁹cm^-3，第二区域的掺杂离子浓度大于等于1×10¹⁹cm^-3且小于等于1×10²⁰cm^-3。

在一些实施方式中，第一区域的掺杂离子浓度与基底的掺杂离子浓度之比为2～100。

在一些实施方式中，基底的掺杂离子浓度为大于等于1×10¹⁶cm^-3且小于等于1×10¹⁷cm^-3。

在一些实施方式中，第一掺杂导电层包括与基底连接的第一部分和与第一电极连接的第二部分，第二部分的掺杂离子浓度大于第一部分的掺杂离子浓度。

在一些实施方式中，太阳能电池还包括第一减反射层和第二减反射层，第一减反射层覆盖第一钝化层背离第一掺杂导电层的一面，第二减反射层覆盖第二钝化层背离第二掺杂导电层的一面。

在一些实施方式中，第一减反射层和/和第二减反射层由多层氮化硅膜堆叠形成。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请一些实施例提供的太阳能电池的剖面结构示意图；

图2是本申请一些实施例提供的光伏组件的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

太阳能电池主要以晶体硅作为基底材料，由于半导体材料的表面缺陷，在表面最外层的硅原子将有未配对的电子，即有未饱和键，这个键称作悬挂键，与之对应的电子能态称为表面态。这些表面态是半导体硅表面禁带中一些分立的或连续的电子能态(即能级)。表面态是有效的复合中心，能与光生少数载流子发生复合，即表面复合。表面复合降低了PN结对少数载流子的收集率，从而严重影响半导体的特性。

而随着太阳能电池技术的发展，良好的表面钝化成为制备高效电池必不可少的条件。表面钝化通过饱和半导体表面处的悬挂键，可降低界面态密度；同时钝化膜的存在避免了杂质在表面层的引入而形成复合中心，降低了表面活性，以此来降低少数载流子的表面复合速率。但是，在太阳能电池的电极连接结构中，会选择部分刻蚀钝化层，由于部分钝化层被去除，钝化能力有所下降，直接影响了背面的钝化效果。因此，需要针对太阳能电池的电极连接结构，选择一定形式的电极接触方式来降低金属接触区域的复合损失，减少接触电阻，以提升太阳能电池的光电转化效率，从而提升太阳能电池的电学性能。

本申请一些实施例提供了一种太阳能电池，在电极与半导体的接触结构中，设计重掺杂区域，通过重掺杂区域与半导体之间形成的接触势垒有效阻止光生少数载流子的扩散，从而降低太阳能电池背面光生电子的复合损失。

下面结合图1说明本申请一些实施例提供的太阳能电池的结构。

如图1所示，本申请一些实施例提供的太阳能电池100包括基底110、第一掺杂导电层120、第一钝化层130、第一电极140、第二掺杂导电层150、第二钝化层160以及第二电极170。基底110具有相对设置的第一表面111和第二表面112；第一掺杂导电层120与第一钝化层130位于第一表面111且在沿背离基底110的方向上依次设置，第一掺杂导电层120与基底110之间形成PN结。第一电极140位于第一钝化层130背离基底110的一侧、并穿透第一钝化层130与第一掺杂导电层120连接。第二掺杂导电层150与第二钝化层160位于第二表面112且在沿背离基底110的方向上依次设置，第二掺杂导电层150的掺杂离子类型与基底110的掺杂离子类型相同。第二掺杂导电层150包括第一区域151和第二区域152，第一区域151与基底110连接，第二区域152经由第一区域151与基底110连接，第二区域152的掺杂离子浓度大于第一区域151的掺杂离子浓度，第一区域151的掺杂离子浓度大于基底110的掺杂离子浓度。第二电极170位于第二钝化层160背离基底110的一侧、并穿透第二钝化层160与第二区域152连接。第二区域152与第二电极170在朝向第二表面112上的投影重合，且第二电极170的宽度大于等于50μm(微米)且小于等于250μm。

基底110是太阳能电池100中在太阳光作用下产生载流子的部分，基底110可以为硅基底110。基底110的第一表面111为基底110的正面，基底110的第二表面112为基底110的背面，第一表面111和第二表面112上均形成有钝化和电极结构，以向外界输出电流。

位于第一表面111的第一掺杂导电层120与位于第二表面112的第二掺杂导电层150起到场钝化作用，使基底110表面处的载流子复合速率降低，从而提升太阳能电池100的开路电压、短路电流，改善太阳能电池100的光电转化效率。第一掺杂导电层120与基底110之间形成PN结，在太阳光作用下具有光生伏特效应。第二掺杂导电层150与基底110采用相同类型的掺杂离子，且第二掺杂导电层150的第一区域151和第二区域152的掺杂离子浓度均大于基底110的掺杂离子浓度，通过掺杂离子浓度差异形成的接触势垒，可以有效阻止基底110中的光生少数载流子向第二掺杂导电层150扩散，从而降低了太阳能电池100背面的光生电子的复合损失，提高少数载流子的收集效率。

在一些实施例中，基底110与第二掺杂导电层150中的掺杂元素为N型，第一掺杂导电层120掺杂P型元素。N型元素可以为磷元素、铋元素、锑元素或砷元素等V族元素，P型元素可以为硼元素、铝元素、镓元素或铟元素等Ⅲ族元素。在另一些实施例中，基底110与第二掺杂导电层150中的掺杂元素为P型，第一掺杂导电层120掺杂N型元素。

第一钝化层130与第二钝化层160在太阳能电池100表面起到化学钝化作用，从而降低太阳能电池100表面电子的复合速率。第一钝化层130与第二钝化层160可以为单层或多层结构，第一钝化层130与第二钝化层160的材料可以为氧化铝、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一者。另外，第一钝化层130与第二钝化层160可以通过化学沉积的方式形成在太阳能电池100表面。

第一电极140与第二电极170在太阳能电池100中起到引出电流的作用，第一电极140为太阳能电池100的正面电极，第二电极170为太阳能电池100的背面电极。

本申请一些实施例提供的太阳能电池100，第二电极170与第二掺杂导电层150的第二区域152连接，进而通过第二掺杂导电层150的第一区域151与基底110间接连接。这样，通过第二掺杂导电层150与基底110所形成的接触势垒，以及第二掺杂导电层150中具有不同掺杂离子浓度的区域所形成的接触势垒，可以有效阻止基底110中的光生少数载流子穿过，从而降低太阳能电池100背面的光生电子的复合损失。同时，第二掺杂导电层150的掺杂离子浓度较高，易于与第二电极170形成良好的欧姆接触，可以有效降低接触电阻，从而改善太阳能电池100的电学性能，提高太阳能电池100的光电转化效率。

在实际情形中，当基底110掺杂N型元素形成N型基底110时，第一掺杂导电层120掺杂P型元素。第二掺杂导电层150由于掺杂离子浓度的差异，使得第二掺杂导电层150的第一区域151形成P⁺层，第二掺杂导电层150的第二区域152形成P⁺⁺层。通过第二掺杂导电层150在太阳能电池100中形成PP⁺以及P⁺P⁺⁺的背表面场，而背表面场中的接触势垒，可以阻止基底110中的光生少数载流子向P⁺层以及P⁺⁺层扩散。从而通过将背面电极与P⁺⁺层接触，降低太阳能电池100中背面电极的金属接触区域处的复合损失。

同时，本申请一些实施例提供的太阳能电池100，通过形成相较于基底110具有重掺杂离子浓度的第二掺杂导电层150，降低了背面电极与基底110的接触电阻。可以通过减少背面电极宽度来减少电极浆料的用量，电极宽度(图1中X所示宽度)可以减少至50μm～250μm的范围以内。并且，电极浆料的用量减少还能够降低对背面钝化层的侵蚀影响，确保背面钝化层的钝化效果。

在本申请的一些实施例中，第二区域152的深度占第二掺杂导电层150的厚度的0.5％～25％。

第二区域152的深度指第二区域152在垂直于基底110的第二表面112的方向上的延伸长度(图1中Y所示延伸长度)，第二区域152作为连接第一区域151与第二电极170的部分，第二区域152的深度过大将会降低太阳能电池100的短路电流大小。

通过使第二区域152的深度保持在第二掺杂导电层150的厚度的0.5％～25％，可以使得背面电极与第二掺杂导电层150的第二区域152具有良好的接触效果。同时，不会因为深度较大而影响太阳能电池100的短路电流。并且，第二掺杂导电层150与基底110形成的接触势垒，以及第二掺杂导电层150的第一区域151与第二区域152形成的接触势垒，可以有效地降低复合损失。

实际情形中，第二掺杂导电层150的厚度可以为0.01μm～0.15μm，第二区域152的深度可以为第二掺杂导电层150的厚度的0.5％～10％、10％～15％、15％～20％或者20％～25％。

在本申请的一些实施例中，第二区域152的掺杂离子浓度与第一区域151的掺杂离子浓度之比为2～100。

也就是说，第二区域152的掺杂离子浓度保持在第一区域151的掺杂离子浓度的2倍～100倍。实际情形中，第二区域152的掺杂离子浓度可以保持在第一区域151的掺杂离子浓度的2倍～20倍、20倍～40倍、40倍～60倍、60倍～80倍或者80倍～100倍。

通过使第二区域152的掺杂离子浓度与第一区域151的掺杂离子浓度之比保持在合理范围内，能够使得第一区域151与第二区域152之间形成有效的接触势垒，从而降低太阳能电池100表面的复合损失。

在本申请的一些实施例中，第一区域151的掺杂离子浓度大于等于1×10¹⁷cm^-3小于等于1×10¹⁹cm^-3，第二区域152的掺杂离子浓度大于等于1×10¹⁹cm^-3小于等于1×10²⁰cm^-3。

例如，实际情形中，第一区域151的掺杂离子浓度可以为1×10¹⁷cm^-3、1×10¹⁸cm^-3或者1×10¹⁹cm^-3。

第二区域152的掺杂离子浓度可以为1×10¹⁹cm^-3、2×10¹⁹cm^-3或者1×10²⁰cm^-3。

在本申请的一些实施例中，第一区域151的掺杂离子浓度与基底110的掺杂离子浓度之比为2～100。

也就是说，第一区域151的掺杂离子浓度保持在基底110的掺杂离子浓度的2倍～100倍。实际情形中，第一区域152的掺杂离子浓度可以保持在基底110的掺杂离子浓度的2倍～20倍、20倍～40倍、40倍～60倍、60倍～80倍或者80倍～100倍。

通过使第一区域151的掺杂离子浓度与基底110的掺杂离子浓度之比保持在合理范围内，能够使得第一区域151起到较好的钝化效果，从而降低基底110表面的复合损失，提升太阳能电池100的光电转化效率。

在本申请的一些实施例中，基底110的掺杂离子浓度大于等于1×10¹⁶cm^-3且小于等于1×10¹⁷cm^-3。

例如，实际情形中，基底110的掺杂离子浓度可以为1×10¹⁶cm^-3、2×10¹⁶cm^-3或者1×10¹⁷cm^-3。

在本申请的一些实施例中，第一掺杂导电层120包括与基底110连接的第一部分121和与第一电极140连接的第二部分122，第二部分122的掺杂离子浓度大于第一部分121的掺杂离子浓度。

第二部分122相较第一部分121位于第一掺杂导电层120的重掺杂区域，通过在第一掺杂导电层120中形成重掺杂区域来与第一电极140连接，可以降低接触电阻，从而有利于改善太阳能电池100的电学性能。

在本申请的一些实施例中，太阳能电池100还包括第一减反射层180和第二减反射层190，第一减反射层180覆盖第一钝化层130背离第一掺杂导电层120的一面，第二减反射层190覆盖第二钝化层160背离第二掺杂导电层150的一面。

第一减反射层180和第二减反射层190用于在太阳能电池100表面达成减反射效果，降低太阳光在太阳能电池100表面的反射率，从而确保太阳能电池100对太阳光的吸收。

在本申请的一些实施例中，第一减反射层180和/和第二减反射层190由多层氮化硅膜堆叠形成。

第一减反射层180和第二减反射层190均可以采用单层结构或者多层结构。相对于采用单层结构来说，通过使第一减反射层180与第二减反射层190中的至少一者采用多层氮化硅膜的堆叠结构，可以有效降低太阳光在太阳能电池100表面的反射率。

下面以N型太阳能电池为例，说明本申请一些实施例提供的太阳能电池制作时的主要步骤。制作太阳能电池的主要步骤为：制绒、硼扩散、硼SE激光掺杂、刻蚀、磷扩散、磷SE激光掺杂、刻蚀、热氧、背面钝化、正面钝化、激光开槽、金属电极印刷、烧结、电注入、测试分选。

实际情形中，制绒可以采用单晶掺杂镓元素的高电阻率硅片，电阻率为1.5ohm·cm(欧姆·厘米)～10ohm·cm，用碱液在硅片正面进行制绒形成类金字塔绒面结构，使正面反射率降低至小于11％。

硼扩散采用三溴化硼(BBr₃)或者三氯化硼(BCl₃)，通过三溴化硼或者三氯化硼在高温下分解并与硅发生反应，生成的单质硼向硅基底内扩散形成P⁺层，并在表面形成硼硅玻璃层。

进而利用扩散后的硼硅玻璃为硼源进行选择性激光掺杂，采用的激光光斑大小为30μm～80μm，激光雕刻速度为18000mm/s～24000mm/s，频率为270KHz～480KHz，焦距为28000～35000之间，功率为25W(瓦)～30W。在硼扩散后的硅片背面且对应背面电极栅线的金属化区域形成P⁺⁺层。

进行硼SE激光掺杂后，用HF酸(氢氟酸)去除硼硅玻璃层。

磷扩散采用三氯氧磷(POCl₃)液态源扩散方法，在硅片正面形成N型层，并在硅片正面形成磷硅玻璃层。

进而利用扩散后的磷硅玻璃为磷源进行选择性激光掺杂，采用的激光光斑大小为80μm～100μm，激光雕刻速度为18000mm/s～24000mm/s，频率为200KHz～270KHz，焦距为30000～38000之间，功率为27W～35W。在磷扩散后的硅片正面且对应正面电极栅线的金属化区域形成N⁺层。

进行磷SE激光掺杂后，用HF酸去除磷硅玻璃层。

热氧是通过在650度～750度的高温低压情况下，向激光掺杂后的硅片正面通入氧气来进行氧化，氧气流量为1500sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute，每分钟标准毫升)～4000sccm，氧化时间为20min～40min，并在600度～650度的梯度降温下进行氧化退火。

进而在退火后的硅片背面制备钝化膜进行背面钝化处理，使硅片背面形成4nm～20nm厚的氧化铝层以及65nm～80nm的氮化硅多层膜。

正面钝化则是在硅片正面形成氮化硅多层膜。

激光开槽是在硅片表面对应电极栅线的金属化区域进行激光开孔。

进而在开孔区域进行电极印刷。

电极印刷完成后进行烧结处理，烧结炉峰值温度为700度～800度。

电注入时，温度为200度～300度，电流为6A(安培)～10A，时间为40min(分钟)～80min。

最终对电池片进行测试分选，测试筛选电池片的效率、颜色以及外观。

如图2所示，本申请一些实施例还提供了一种光伏组件，包括电池串10、封装层20以及盖板30，电池串10由多个太阳能电池100连接形成，太阳能电池100为上述实施例中的太阳能电池。封装层20用于覆盖电池串10的表面。盖板30用于覆盖封装层20背离电池串10的表面。

多个太阳能电池100可以采用间隔排布的形式形成电池串10，也可以采用叠瓦形式形成电池串10，太阳能电池100之间通过焊带或者导电胶进行连接。

封装层20起到粘接作用，封装层20可以采用透光性好的胶膜，如EVA胶膜或者POE胶膜。

盖板30经封装层20与电池串10粘接在一起，用于对电池串10起到保护作用，盖板30可以采用强度较高的透明玻璃盖板。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (6)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

基底，具有相对设置的第一表面和第二表面；

位于所述第一表面且在沿背离所述基底的方向上依次设置的第一掺杂导电层与第一钝化层，所述第一掺杂导电层与所述基底之间形成PN结；

第一电极，位于所述第一钝化层背离所述基底的一侧、并穿透所述第一钝化层与所述第一掺杂导电层连接；

位于所述第二表面且在沿背离所述基底的方向上依次设置的第二掺杂导电层与第二钝化层，所述第二掺杂导电层的掺杂离子类型与所述基底的掺杂离子类型相同，所述第二掺杂导电层包括第一区域和第二区域，所述第一区域与所述基底连接，所述第二区域经由所述第一区域与所述基底连接，所述第二区域的掺杂离子浓度大于所述第一区域的掺杂离子浓度，所述第一区域的掺杂离子浓度大于所述基底的掺杂离子浓度；

第二电极，位于所述第二钝化层背离所述基底的一侧、并穿透所述第二钝化层与所述第二区域连接；

所述第二区域与所述第二电极在朝向所述第二表面上的投影重合，且所述第二电极的宽度大于等于50μm且小于等于250μm。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：

所述第二区域的深度占所述第二掺杂导电层的厚度的0.5％～25％。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：

所述第一掺杂导电层包括与所述基底连接的第一部分和与所述第一电极连接的第二部分，所述第二部分的掺杂离子浓度大于所述第一部分的掺杂离子浓度。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：

还包括第一减反射层和第二减反射层，所述第一减反射层覆盖所述第一钝化层背离所述第一掺杂导电层的一面，所述第二减反射层覆盖所述第二钝化层背离所述第二掺杂导电层的一面。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于：

所述第一减反射层和/和所述第二减反射层由多层氮化硅膜堆叠形成。

6.一种光伏组件，其特征在于，包括：

电池串，由多个权利要求1至5任一项所述的太阳能电池连接形成；

封装层，用于覆盖所述电池串的表面；

盖板，用于覆盖所述封装层背离所述电池串的表面。

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