CN218730974U - 异质结电池片及光伏组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池领域，提供一种异质结电池片及光伏组件，其中，一种异质结电池片，包括：衬底组合层；耦合层，耦合层置于衬底组合层上，耦合层由耦合粒子组成，耦合粒子由纳米金属粒子与氧化物介质粒子组成；电极穿过耦合层置于衬底组合层上。用以解决现有技术中电池表面和界面存在传输损失，光电转化效率较低的缺陷。本实用新型提供的异质结电池片，通过在衬底组合层与电极之间设置耦合层，耦合层采用纳米金属粒子和氧化物介质粒子组合的耦合粒子旋涂而成，耦合层与入射光波产生强烈的相互作用，可有效增加光波在电池片内的路径和提高光吸收增强，使入射光的共振波和衍射波达到最优耦合，从而提高电池光电转换效率。

Description

异质结电池片及光伏组件

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种异质结电池片及光伏组件。

背景技术

目前能源发电结构来看，主要以火力发电为主，占比达到49％，非化石燃料中的光伏、风电、水电分别占比11％、13％、17％，占比较小。未来能源结构将从传统的化石能源向清洁能源光伏、风电、水电等转换。随着科技的发展，光伏发电将超越火电成为所有能源发电中最重要的能源，也就意味着光伏行业迎来大爆发。

目前钝化发射极背面接触太阳能电池(PERC)已经成为光伏行业的主流电池，但是PERC光电转换效率已经接近理论极限，异质结电池(HJT)在转换效率、工艺步骤和温度、双面率、抗衰减性等优势明显，将成为下一代电池技术主流。

HJT电池是一种特殊的PN结，由非晶硅和晶体硅材料形成，是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜，属于N型电池中的一种。异质结电池(HJT)综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势，具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点，是高转换效率硅基太阳能电池的热点方向之一。然而，现有HJT电池表面和界面存在传输损失，光电转化效率较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种异质结电池片及光伏组件，用以解决现有技术中电池表面和界面存在传输损失，光电转化效率较低的缺陷，实现在衬底组合层上设置纳米金属粒子与氧化物介质粒子组成的耦合粒子形成耦合层，使电池片入射光的共振波和衍射波达到最优耦合，进入电池片内的透射光谱最大，电池片内光程增加和光吸收增强，从而进一步提高异质结电池片的光电转换效率。

本实用新型提供一种异质结电池片，包括：

衬底组合层；

耦合层，所述耦合层置于所述衬底组合层上，所述耦合层由耦合粒子组成，所述耦合粒子由纳米金属粒子与氧化物介质粒子组成；

电极，所述电极穿过所述耦合层置于所述衬底组合层上。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述耦合粒子是由所述纳米金属粒子吸附在所述氧化物介质粒子表面组成，或者由所述氧化物介质粒子包覆在所述纳米金属粒子表面组成。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述耦合粒子的界面分布密度为5％-80％。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述纳米金属粒子的直径为1-150nm，所述氧化物介质粒子的直径为2-1000nm。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述纳米金属粒子为银、铜、铝、金、铁中的一种。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述氧化物介质粒子为二氧化硅、二氧化钛、二氧化铪中的一种。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述衬底组合层包括硅片、非晶硅层和导电层，所述非晶硅层置于所述硅片的表面，所述导电层置于所述非晶硅层表面。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述非晶硅层包括本征非晶硅层和掺杂非晶硅层，所述本征非晶硅层置于所述掺杂非晶硅层与所述硅片之间；所述掺杂非晶硅层置于所述本征非晶硅层与所述导电层之间。

根据本实用新型提供的异质结电池片，所述导电层为TCO透明导电层。

本实用新型还提供了一种光伏组件，包括上述的异质结电池片。

本实用新型提供的异质结电池片，通过在衬底组合层与电极之间设置耦合层，耦合层采用纳米金属粒子和氧化物介质粒子组合的耦合粒子旋涂而成，耦合层与入射光波产生强烈的相互作用，可有效增加光波在电池片内的路径和提高光吸收增强，使入射光的共振波和衍射波达到最优耦合，从而提高电池光电转换效率。

进一步，在本实用新型提供的光伏组件中，由于具备如上所述的异质结电池片，因此同样具备如上所述的各种优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的异质结电池片的层结构示意图；

图2是本实用新型提供的异质结电池片的耦合粒子结构示意图之一；

图3是本实用新型提供的异质结电池片的耦合粒子结构示意图之二。

附图标记：

100：第一组电极；101：第二组电极；200：耦合层；201：氧化物介质粒子；202：纳米金属粒子；300：第一导电层；301：第二导电层；400：硅片；500：第一非晶硅层；510：第二非晶硅层；501：第一本征非晶硅层；502：第一掺杂非晶硅层；511：第二本征非晶硅层；512：第二掺杂非晶硅层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图3，对本实用新型的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本实用新型的示意性实施方式，并不对本实用新型构成限定。

如图1所示，本实用新型提供了一种异质结电池片，包括：衬底组合层、铺设在衬底组合层受光面的耦合层200和穿过耦合层200置于衬底组合层上的电极。

具体地，耦合层200置于衬底组合层上，耦合层200由耦合粒子组成，耦合粒子由纳米金属粒子202与氧化物介质粒子201组成。其中，在衬底组合层的背光面也设置有电极。也就是说，纳米金属粒子202与氧化物介质粒子201耦合得到的耦合粒子旋涂在衬底组合层上，耦合粒子组成的耦合层200能与入射光波产生强烈的相互作用，可有效调控光波行进路径和能量分布，从而提高电池片光电转换效率。

也就是说，通过纳米金属粒子202与氧化物介质粒子201耦合形成的耦合粒子，耦合粒子形成的耦合层200可以使电池片表面的入射光的共振波和衍射波达到最优耦合，进入电池片的硅片400的透射光谱最大，电池片内光程增加和光吸收增强，从而进一步提高电池片的光电转换效率。

异质结电池片如图2和图3所示，在本实用新型的一个实施例中，耦合层200的耦合粒子由纳米金属粒子202吸附在氧化物介质粒子201表面组成，或者由氧化物介质粒子201包覆在纳米金属粒子202表面组成。换言之，纳米金属粒子202与氧化物介质粒子201耦合得到两种包覆结构，第一种为多个纳米金属粒子202包覆在一个氧化物介质粒子201表面。第二种为一个氧化物介质粒子201包覆在一个纳米金属粒子202表面。

针对本实用新型的纳米金属粒子202而言，纳米金属粒子202为银、铜、铝、金、铁中的一种。针对本实用新型的氧化物介质粒子201而言，氧化物介质粒子201为二氧化硅、二氧化钛、二氧化铪中的一种。例如，耦合粒子可以为Ag@SiO₂、Cu@SiO₂、Ag@TiO₂等组合方式。当然，氧化物介质粒子201也可以与其它纳米金属粒子202组合。

其中，针对SiO₂包覆Ag的Ag@SiO₂耦合粒子的耦合层200的制备方法而言，包括以下步骤：

S1：纳米金属Ag颗粒种子制备：选用氯银酸水溶液，加热沸腾，加入柠檬酸钠水溶液，继续加热设定时间后，冷却即可得到。

S2：SiO₂壳层包覆：将异丙醇、氨水、TEOS依次加入制备好的金属Ag颗粒种子中，搅拌反应24小时即可得到制备耦合层200的溶液。

在本实用新型的一个具体实施例中，耦合粒子的界面分布密度为5％-80％。也就是说，耦合粒子占衬底组合层的面积比为5％-80％。

进一步地，在本实用新型的其它实施例中，纳米金属粒子202的直径为1nm-150nm，纳米金属粒子202的形状为球形或不规则图形中的一种，氧化物介质粒子201的直径为2nm-1000nm，氧化物介质粒子201的形状为球形或不规则图形中的一种。

例如，在本实用新型的一些实施例中，Ag@SiO₂耦合粒子的形状为SiO₂包裹Ag，其中，Ag粒子的直径选择为10nm，SiO₂粒子的直径选择为110nm；Ag@SiO₂耦合粒子的界面分布密度为20％。此时，能够使入射光的共振波和衍射波达到最优耦合，进入电池片的硅片400的透射光谱最大，从而进一步提高电池片转换效率。

继续参考图1，在本实用新型的另一个实施例中，衬底组合层包括硅片400、非晶硅层和导电层，非晶硅层置于硅片400的表面，导电层置于非晶硅层表面。换言之，非晶硅层置于硅片400的受光面和背光面；导电层在受光面侧置于非晶硅层上方，导电层在背光面侧置于非晶硅层下方。电极与导电层接触进行导电，电极穿过耦合层200。

换句话说，非晶硅层和导电层关于硅片400呈镜像对称结构分布在硅片400的受光面和背光面。也就是说，硅片400的受光面设置有第一非晶硅层500，第一非晶硅层500上设置有第一导电层300；硅片400的背光面设置有第二非晶硅层510，第二非晶硅层510下设置有第二导电层301。其中，硅片400可以为N型单晶硅片。

具体地，在本实用新型的一个优选实施例中，非晶硅层包括本征非晶硅层和掺杂非晶硅层，本征非晶硅层置于掺杂非晶硅层与硅片400之间；掺杂非晶硅层置于本征非晶硅层与导电层之间。换言之，本征非晶硅层在受光面侧置于掺杂非晶硅层下方；本征非晶硅层在背光侧置于掺杂非晶硅层上方。

换言之，第一非晶硅层500包括第一本征非晶硅层501和第一掺杂非晶硅层502，第二非晶硅层510包括第二本征非晶硅层511和第二掺杂非晶硅层512。在硅片400的受光面至第一导电层300的方向依次设置有第一本征非晶硅层501和第一掺杂非晶硅层502。在硅片400的背光面至第二导电层301的方向依次设置有第二本征非晶硅层511和第二掺杂非晶硅层512。其中，第一掺杂非晶硅层502可以为P型掺杂非晶硅层，第二掺杂非晶硅层512可以为N型掺杂非晶硅层。

其中，针对本实用新型的导电层而言，导电层为TCO透明导电层。也就是说，第一导电层300和第二导电层301均为TCO透明导电层；TCO透明导电层指具有透明导电性的氧化物、氮化物或氟化物，例如，铟锡氧化物。其中，第一组电极100穿过耦合层与第一导电层300接触，第二组电极101与第二导电层301接触。

具体来说，本实用新型的一些实施例中，N型单晶硅片400为衬底，在经过清洗制绒的N型c-Si正面依次沉积厚度为5nm的本征a-Si:H薄膜(i-a-Si:H)和p型a-Si:H薄膜(p-a-Si：H)，从而形成p-n异质结。在硅片400背面依次沉积厚度为5nm的i-a-Si:H薄膜和n型a-Si:H薄膜(n-a-Si：H)形成背表面场。在掺杂a-Si:薄膜的两侧，再沉积90nm的透明导电氧化物薄膜(TCO)，接着通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成Ag电极，最后Ag@SiO₂的耦合溶液旋涂到第一导电层300表面，得到基于Ag@SiO₂耦合粒子旋涂的耦合层200的高效HJT电池。

针对本实用新型的衬底组合层的制备方法而言，包括以下步骤：

S3：清洗制绒工艺：采用RCA清洗工艺对N型硅片400进行制绒清洗；

S4：非晶硅层沉积：采用等离子增强的化学气相沉积(PECVD)工艺或热丝化学气相沉积(HWCVD)工艺在N型硅片400的受光面上沉积第一本征非晶硅层501和第一掺杂非晶硅层502；在N型硅片400的背光面上沉积第二本征非晶硅层511和第二掺杂非晶硅层512；

S5：TCO导电层沉积：采用物理气相沉积(PVD)工艺在第一掺杂非晶硅层502上沉积第一导电层300，在第二掺杂非晶硅层512上沉积第二导电层301；

S6：耦合结构层制备：采用旋涂法或丝网印刷技术在第一导电层300上制备耦合层200；

S7：丝网印刷：采用丝网印刷技术在第一导电层300上制备金属栅线的第一组电极100；在第二导电层301上制备金属栅线的第二组电极101，得到基于耦合层200的高效异质结电池。本实用新型的高效异质结电池具有工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高等优点，能够满足大规模制备，利于工业化利用，对于制备成本低、电学性能优异的HJT电池具有十分重要的意义。

本实用新型还提供了一种光伏组件，包括上述实施例的异质结电池片。例如，包括多个采用导电材料连接的异质结电池片。

本实用新型提供的异质结电池片，通过在衬底组合层与电极之间设置耦合层200，耦合层200采用纳米金属粒子202和氧化物介质粒子201组合的耦合粒子旋涂而成，耦合层200与入射光波产生强烈的相互作用，可有效增加光波在电池片内的路径和提高光吸收增强，使入射光的共振波和衍射波达到最优耦合，从而提高电池光电转换效率。

进一步，在本实用新型提供的光伏组件中，由于具备如上所述的异质结电池片，因此同样具备如上所述的各种优势。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种异质结电池片，其特征在于，包括：

衬底组合层；

耦合层，所述耦合层置于所述衬底组合层上，所述耦合层由耦合粒子组成，所述耦合粒子由纳米金属粒子与氧化物介质粒子组成；

电极，所述电极穿过所述耦合层置于所述衬底组合层上。

2.根据权利要求1所述的异质结电池片，其特征在于，所述耦合粒子的界面分布密度为5％-80％。

3.根据权利要求1所述的异质结电池片，其特征在于，所述纳米金属粒子的直径为1-150nm，所述氧化物介质粒子的直径为2-1000nm。

4.根据权利要求1所述的异质结电池片，其特征在于，所述纳米金属粒子为银、铜、铝、金、铁中的一种。

5.根据权利要求1所述的异质结电池片，其特征在于，所述氧化物介质粒子为二氧化硅、二氧化钛、二氧化铪中的一种。

6.根据权利要求1所述的异质结电池片，其特征在于，所述衬底组合层包括硅片、非晶硅层和导电层，所述非晶硅层置于所述硅片的表面，所述导电层置于所述非晶硅层表面，所述电极置于所述导电层上。

7.根据权利要求6所述的异质结电池片，其特征在于，所述非晶硅层包括本征非晶硅层和掺杂非晶硅层，所述本征非晶硅层置于所述掺杂非晶硅层与所述硅片之间；所述掺杂非晶硅层置于所述本征非晶硅层与所述导电层之间。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的异质结电池片，其特征在于，所述导电层为TCO透明导电层。

9.一种光伏组件，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的异质结电池片。

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