CN220208980U - Ibc太阳能电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种IBC太阳能电池结构，属于太阳能电池技术领域，包括：电池基板，电池基板的背面对应发射极区的位置设置有凹槽，发射极区设置于凹槽的槽底和两侧壁上，位于发射极区内的细栅线设置于凹槽内的发射极区上。本实用新型提供的IBC太阳能电池结构，通过在发射极区正对细栅线的位置设置凹槽，增加发射极区面积，可以在不增加栅线根数的前提下明显增加IBC电池效率。

Description

IBC太阳能电池结构

技术领域

本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种IBC太阳能电池结构。

背景技术

太阳能电池的工作原理是半导体PN结的光生伏特效应，PN结有分离电子空穴对，形成光电流的重要作用。为了减少栅线位于电池正面时形成的遮光损失，产生了IBC电池结构，即在电池背面分别进行N型区和P型区的局部扩散(P型区和N型区之间存在空隙区)，形成指状交叉排列的发射极和背场。

IBC电池即全背电极接触电池(Interdigitated Back Contact)，是将太阳能电池的正负极金属接触均移到电池片背面的技术，IBC电池的发射极与背场均位于电池背面，前表面没有栅线遮挡，因此没有遮光损失，大大提升了光利用率和电池效率。其背面的结构设计，即发射极和背场如何分布，是影响IBC电池效率和制造成本的重要因素。

电池模拟软件计算结果显示，IBC电池背面的发射极面积占比对电池参数影响较大，增加发射极区占比，可以明显增加短路电流和电池转换效率。但细栅线收集电流的能力有限，仅增加发射极区面积，细栅根数不变，则电流增加的同时填充下降，限制了电池效率的增幅。

由于电池背面表面积有限，通过现有技术能增加的发射极区面积也有限。此外，单纯通过增加细栅线根数的方法来增加对电流的收集能力，可能会导致细栅线分布过密，在印刷工序出现问题的概率增大，增加不合格品比例。此外，增加细栅线根数会增加生产成本。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种IBC太阳能电池结构，通过增加发射极区的面积，不降低细栅线对电流的收集能力，实现电池效率的进一步提升。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种IBC太阳能电池结构，包括：电池基板，所述电池基板的背面对应发射极区的位置设置有凹槽，所述发射极区设置于所述凹槽的槽底和两侧壁上，位于所述发射极区内的细栅线设置于所述凹槽内的所述发射极区上。

在一种可实现的方式中，所述凹槽内填充有减反射膜层。

在一种可实现的方式中，所述减反射膜层填充满所述凹槽。

在一种可实现的方式中，所述减反射膜层与所述发射极区之间还设置有钝化膜层，所述钝化膜层围绕在所述细栅线的周围。

在一种可实现的方式中，所述钝化膜层为氧化铝或氧化硅。

在一种可实现的方式中，所述细栅线的横断面形状为三角形或梯形。

在一种可实现的方式中，所述凹槽内填充有透明导电层。

在一种可实现的方式中，所述透明导电层与所述发射极区之间还设置有钝化膜层，所述钝化膜层围绕在所述细栅线的周围。

在一种可实现的方式中，所述凹槽内自内向外依次填充有透明导电层和减反射膜层；或者，所述凹槽内自内向外依次填充有减反射膜层和透明导电层。

在一种可实现的方式中，所述凹槽的深度范围为10-50微米；所述凹槽的宽度为50-200微米。

本实用新型提供的IBC太阳能电池结构，与现有技术相比，有益效果在于：通过在电池背面发射极区设置凹槽，发射极区设置在凹槽的槽底和两侧壁上，再将细栅线设置在发射极区上，发射极区在电池背面相同的宽度内，由于发射极区增加了侧壁上的面积，因此，相比不设置凹槽的电池，增加了发射极区的面积，相比相同面积的电池基板，提升了发射极区面积占比，对电流和电池效率有极大的提升，同时设置于凹槽侧壁的新增发射极区距离栅线的位置也不会过远，兼顾了栅线对光电流的收集能力。

本实用新型提供的IBC太阳能电池结构，通过在发射极区正对细栅线的位置设置凹槽，增加发射极区面积，可以在不增加栅线根数的前提下明显增加IBC电池效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构的结构示意图三；

图4为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构的结构示意图四；

图5为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构发射极区面积占比的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构发射极区宽度对短路电流(JSC)的影响曲线；

图7为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构发射极区宽度对填充因子(FF)的影响曲线；

图8为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构发射极区宽度对电池效率EFF的影响曲线；

图9为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构改变电池单元宽度对短路电流(JSC)的影响曲线；

图10为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构改变电池单元宽度对填充因子(FF)的影响曲线；

图11为本实用新型实施例提供的IBC太阳能电池结构改变电池单元宽度对填充因子(FF)的影响曲线；

附图标记说明：

1、电池基板；2、发射极区；3、减反射膜层；4、细栅线；5、钝化膜层；6、透明导电层。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图4，现对本实用新型提供的IBC太阳能电池结构进行说明。所述IBC太阳能电池结构，包括：电池基板1，电池基板1的背面对应发射极区2的位置设置有凹槽，发射极区2设置于凹槽的槽底和两侧壁上，位于发射极区2内的细栅线4设置于凹槽内的发射极区2上。

本实用新型提供的IBC太阳能电池结构，与现有技术相比，有益效果在于：通过在电池背面发射极区2设置凹槽，发射极区2设置在凹槽的槽底和两侧壁上，再将细栅线4设置在发射极区2上，发射极区2在电池背面相同的宽度内，由于发射极区2增加了侧壁上的面积，因此，相比不设置凹槽的电池，增加了发射极区2的面积，相比相同面积的电池基板1，提升了发射极区2面积占比，对电流和电池效率有极大的提升，同时设置于凹槽侧壁的新增发射极区2距离栅线的位置也不会过远，兼顾了栅线对光电流的收集能力。

本实用新型提供的IBC太阳能电池结构，通过在发射极区2正对细栅线4的位置设置凹槽，增加发射极区2面积，可以在不增加栅线根数的前提下明显增加IBC电池效率。

其中，在原有发射极区2内的原细栅线4的根数、间距及尺寸均不改变的情况下，凹槽设置的宽度可以囊括两根细栅线4(如图3所示)、或者可以囊括发射极区2内设置的所有细栅线4；也可以针对发射极区2内的细栅线4，分别设置一个凹槽。

对于文中出现的术语，解释如下：

太阳能电池：是利用光生伏特效应把入射光的能量转换成电能的装置。工作原理如下：光照射到电池表面被电池基底材料吸收并产生电子-空穴对，又称光生载流子。太阳能电池内存在PN结，在PN结的作用下，光生载流子定向移动，积累在电池两端即可形成电压。

太阳电池的光电转换效率：太阳电池的最大输出功率与入射光功率之比，表示入射太阳光能量有多少能够转化为有效的电能，简称电池效率。

栅线：是被印刷在太阳能电池表面，用于收集光生载流子和输运电流，一般为金属材料。距离栅线较近的区域，载流子越容易被收集。本文中的栅线都指代细栅线4，不是主栅线。

填充因子：是电池最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比，受串联电阻和并联电阻影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也降低越多。电池的细栅根数和分布会明显影响电池的串联电阻。

在一些实施例中，如图1所示，凹槽内填充有减反射膜层3。减反射膜，又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。本文在凹槽内填充减反射膜层3(例如氟化镁)，以减少光的透射损失，提升电池的转化效率。

在一些实施例中，如图1所示，减反射膜层3填充满凹槽。

在一些实施例中，如图2所示，减反射膜层3与所述发射极区2之间还设置有钝化膜层5，钝化膜层5围绕在所述细栅线4的周围。在减反射膜层3和发射极区2之间插入一层钝化膜层5，钝化膜层5的作用是保护太阳能电池芯片不受外界环境的影响，从而提升太阳能电池的效率和寿命。

电池钝化膜层5的主要作用是防止太阳能电池芯片表面的氧化和腐蚀；还可以增加太阳能电池表面反射率，提高电池的光吸收能力；太阳能电池可以更有效地转化电能；钝化膜层5还可以提高太阳能电池的稳定性和可靠性。

在一些实施例中，钝化膜层5为氧化铝或氧化硅。

在一些实施例中，如图2所示，细栅线4的横断面形状为三角形或梯形，在相同截面面积的情况下，这种设计可以增加栅线与发射极区2的接触面积，提高栅线对发射极区2电流的收集能力。

在一些实施例中，如图4所示，凹槽内填充有透明导电层6。透明导电薄膜是一种既能导电又在可见光范围内具有高透明率的一种薄膜，能够提高栅线对发射极区2电流的收集能力。

在一些实施例中，如图4所示，透明导电层6与发射极区2之间还设置有钝化膜层5，钝化膜层5围绕在细栅线4的周围。钝化膜层5的作用上面已经详述。

在一些实施例中，凹槽内自内向外依次填充有透明导电层6和减反射膜层3；或者，凹槽内自内向外依次填充有减反射膜层3和透明导电层6。

凹槽内填充的膜层具有多项选择，可以根据需求确定。例如，发射极区2与细栅线4不直接接触的区域可以镀钝化膜层5，钝化膜层5外可以镀低折射率材料作为减反射膜层3，起到减少透射损失的作用。

通过在细栅线4对应的位置设置凹槽，发射极区2设置在凹槽内增加面积，配合凹槽内减反射层或透明导电层6的使用，可以在不增加细栅线4根数的前提下明显增加IBC电池效率。此外，本实用新型提供的电池结构也可以与增加栅线根数的方法叠加使用，进一步提升电池效率。

在一些实施例中，凹槽的深度范围为10-50微米；凹槽的宽度为50-200微米。

为了验证本实用新型增加发射极面积占比与电池效率的关系，采用电池模拟软件Quokka2计算分析如下：

电池模拟软件Quokka2计算结果显示，IBC电池背面的发射极宽度(面积占比)对电池性能影响较大。在细栅线4根数和电池单元宽度不变的前提下，增加发射极面积占比，可以明显增加电池的短路电流，同时由于细栅线4收集电流的能力有限，填充后随之下降，但最终结果电池效率是上升的。如图5至图8所示。图5中电池的平面图，其中，电池的长度尺寸为500μm，发射极区2的宽度从100μm-400μm变化，计算电池的效率；图6是太阳能电池发射极区2宽度对短路电流(JSC)的影响曲线，图7是太阳能电池发射极区2宽度对填充因子(FF)的影响曲线，图8是太阳能电池发射极区2宽度对电池效率EFF的影响曲线，EFF代表效率，是Efficiency的缩写。

其中，电池单元宽度指的是电池最小结构单元的宽度，与发射极区2和背场区的间距有关。模拟时对该最小电池单元进行模拟，实际电池为若干最小电池单元拼接而成。

模拟结果还显示，在改变电池单元宽度(即改变了细栅线4根数)的同时进一步增加发射极区2宽度，电池效率先升后降，存在最佳电池单元宽度。如图9至图11所示。之所以会出现电池效率先升后降的变化趋势，是因为电流增加的幅度超过了细栅线4对电流的收集能力。

细栅线4对某区域电流的收集能力与该区域距离细栅线4的远近有关。本实施例在细栅线4下方开槽，如图1至图4所示，在发射极区2和细栅线4之间填充透明导电膜层，可以在增加发射极区2面积、不增加栅线根数的前提下不降低栅线对发射极区2电流的收集能力，从而最大程度地增加电池效率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种IBC太阳能电池结构，其特征在于，包括：电池基板(1)，所述电池基板(1)的背面对应发射极区(2)的位置设置有凹槽，所述发射极区(2)设置于所述凹槽的槽底和两侧壁上，位于所述发射极区(2)内的细栅线(4)设置于所述凹槽内的所述发射极区(2)上。

2.如权利要求1所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述凹槽内填充有减反射膜层(3)。

3.如权利要求2所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述减反射膜层(3)填充满所述凹槽。

4.如权利要求2所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述减反射膜层(3)与所述发射极区(2)之间还设置有钝化膜层(5)，所述钝化膜层(5)围绕在所述细栅线(4)的周围。

5.如权利要求4所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述钝化膜层(5)为氧化铝或氧化硅。

6.如权利要求2所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述细栅线(4)的横断面形状为三角形或梯形。

7.如权利要求1所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述凹槽内填充有透明导电层(6)。

8.如权利要求7所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述透明导电层(6)与所述发射极区(2)之间还设置有钝化膜层(5)，所述钝化膜层(5)围绕在所述细栅线(4)的周围。

9.如权利要求1所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述凹槽内自内向外依次填充有透明导电层(6)和减反射膜层(3)；或者，所述凹槽内自内向外依次填充有减反射膜层(3)和透明导电层(6)。

10.如权利要求1所述的IBC太阳能电池结构，其特征在于，所述凹槽的深度范围为10-50微米；所述凹槽的宽度为50-200微米。