CN220796756U - 硅异质结太阳能电池、太阳能光伏组件和光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于太阳能光伏领域，提供了一种硅异质结太阳能电池、一种太阳能光伏组件和一种光伏系统。所述硅异质结太阳能电池包括N型异质结硅基底，所述N型异质结硅基底具有彼此相对的第一面和第二面；所述N型异质结硅基底的第一面上依次设有：第一i型非晶硅薄膜、n型非晶硅薄膜和正面透明导电层；所述正面透明导电层上设有第一电极和介质层，所述介质层由Al2O3制成；所述N型异质结硅基底的第二面上依次设有：第二i型非晶硅薄膜、p型非晶硅薄膜、背面透明导电层和第二电极。得益于由Al2O3制成的介质层，硅异质结太阳能电池的反射率明显降低，由此硅异质结太阳能电池的光电性能明显提升。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能光伏领域，尤其涉及一种硅异质结太阳能电池、一种太阳能光伏组件和一种光伏系统。
背景技术
硅异质结(silicon heterojunction,SHJ)太阳能电池因其温度系数低、效率高的特点，近年来在光伏产业中受到了广泛的关注，是目前光伏领域研究的热点之一。
高效率的SHJ太阳能电池是通过连接非晶硅(a-Si)和晶体硅(c-Si)技术生产的。与标准的c-Si太阳能电池相比，SHJ太阳能电池的制造工艺成本效益高，并且具有较低的温度系数。此外，SHJ太阳能电池的形状适合应用于薄c-Si晶圆。然而，用薄晶圆片制成的电池在太阳光谱的红色和近红外部分的吸收效率很低，从而导致较低的短路电流密度(Jsc)。氢化a-Si(a-Si:H)发射极层在SHJ太阳能电池中由于其高折射率而导致过度的反射损失。因此，降低光学损耗将改善太阳能电池的吸收性能，这是获得高能量转换效率的关键。因此，这些电池必须具有良好的抗反射活性来捕获光线，以降低光学损失。现有技术中，降低光学损失的有效措施包括前表面低折射率的减反射膜、前表面绒面结构、背部高反射等陷光结构。
而目前SHJ太阳能电池利用碱蚀刻的倒金字塔结构来实现适当的光捕获和抗反射性能，同时在非晶硅表面沉积一层透明导电氧化物(TCO)降低入射光的反射率，以及增强非晶硅的横向导电性能。然而，从靶材成本角度考虑，沉积透明导电氧化物的成本较高，而且TCO薄膜对入射光的反射率较大。现有技术中还没有能解决该问题的技术方案。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种硅异质结太阳能电池，旨在解决硅异质结太阳能电池正面的反射率较大的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，包括N型异质结硅基底，所述N型异质结硅基底具有彼此相对的第一面和第二面；
所述N型异质结硅基底的第一面上依次设有：第一i型非晶硅薄膜、n型非晶硅薄膜和正面透明导电层；所述正面透明导电层上设有第一电极和介质层，所述介质层由Al2O3制成；
所述N型异质结硅基底的第二面上依次设有：第二i型非晶硅薄膜、p型非晶硅薄膜、背面透明导电层和第二电极。
更进一步地，所述N型异质结硅基底的第一面和第二面上具有倒金字塔结构。
更进一步地，所述介质层的厚度介于30nm和70nm之间。
更进一步地，所述N型异质结硅基底的厚度介于140μm和180μm之间。
更进一步地，所述正面透明导电层由ITO、IWO或IZO制成。
更进一步地，所述正面透明导电层的厚度介于50nm和90nm之间。
更进一步地，所述背面透明导电层的厚度介于110nm和150nm之间。
本实用新型实施例还提供了一种太阳能光伏组件，包括根据本实用新型的硅异质结太阳能电池。
本实用新型实施例还提供了一种光伏系统，包括根据本实用新型的太阳能光伏组件。
得益于由Al2O3制成的介质层，硅异质结太阳能电池的反射率明显降低，由此硅异质结太阳能电池的光电性能明显提升。
附图说明
图1是本实用新型实施例一提供的硅异质结太阳能电池的结构示意图。
图2是单层ITO单层硅异质结太阳能电池与Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的透射率及反射率对比图。
图3是单层ITO单层硅异质结太阳能电池与Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的J-V曲线。
图4是单层ITO单层硅异质结太阳能电池与Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的EQE和反射率测量曲线图。
图中的附图标记：介质层S1、正面透明导电层S2、n型非晶硅薄膜S3、第一i型非晶硅薄膜S4、N型异质结硅基底S5、第二i型非晶硅薄膜S6、p型非晶硅薄膜S7、背面透明导电层S8、第一电极91、第二电极92。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
实施例一
本实施例提供了一种硅异质结(SHJ)太阳能电池，包括：N型异质结硅基底S5，该N型异质结硅基底S5具有相对的第一面和第二面；N型异质结硅基底的第一面上设有第一i型非晶硅薄膜S4、n型非晶硅薄膜S3、正面透明导电层S2、介质层S1和第一电极91，介质层S1由Al2O3制成；N型异质结硅基底的第二面上设有第二i型非晶硅薄膜S6、p型非晶硅薄膜S7、背面透明导电层S8和第二电极92。
可以理解的是，在N型异质结硅基底S5中，面对入射光的面为第一面；相反地，背离入射光的面为第二面。类似地，硅异质结太阳能电池面对入射光的面为正面，背离入射光的面为背面。
优选地，本实施例中的N型异质结硅基底S5的第一面和第二面均有倒金字塔结构，该陷光结构是通过碱蚀刻形成的。在其它实施例中，倒金字塔结构还可以由现有技术中任一种工艺制备，如光刻或酸蚀刻。在本领域中，“倒金字塔结构”，也称为“金字塔结构”，是指一种包括金字塔型阵列的结构，每个金字塔型的尺寸为纳米级。由于倒金字塔结构保持相对低的表面积增加率的同时具有显著的减反射能力，设置倒金字塔结构可增加层间的接触面积，便于载流子迁移，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换率，同时可以增强太阳能电池的陷光效果。
本实施例中的N型异质结硅基底S5的厚度为160μm。
可以理解的是，在其它实施例中，N型异质结硅基底S5的厚度介于140μm和180μm之间，例如150μm、170μm。
本实施例中的正面透明导电层S2由ITO制成，且厚度为70nm；且介质层S1的厚度为50nm。正面透明导电层S2和介质层S1构成了Al2O3/ITO双层薄膜。本实施例中的背面透明导电层S8也是由ITO制成。在其它实施例中，背面透明导电层S8还可以由IZO、IWO或AZO制成。但综合薄膜的光学和电学性能来看，ITO膜层的效果最好，同时现在的ITO制备技术也最为成熟。
可以理解的是，在其它实施例中，正面透明导电层S2的厚度介于50nm和90nm之间，例如60nm、80nm；且介质层S1的厚度介于30nm和70nm之间，例如40nm、60nm。厚度小于50nm的ITO层会严重影响ITO层与正面非晶硅膜层的接触电阻，进而直接影响ITO层的电学性能。对于ITO膜层的减薄，采用Al2O3膜层替代，进而增强正面TCO膜层的电学性能，又能增强减反射的效果。
根据本实用新型，在硅异质结太阳能电池的正面引入了一层氧化铝介质层，考虑到正面透明导电层的厚度会增加透明导电层本身对寄生光的吸收。这种寄生吸收阻碍了硅基体对光的吸收，从而限制了转换效率，因此，优选地，正面介质层Al2O3/透明导电层ITO结构的膜层厚度为50nm和70nm之间。
本实用新型的目的在于提升平均吸光率以及降低平均反射率，提供了一种正面具有Al2O3/ITO双层薄膜的SHJ太阳能电池，以替代正面单层ITO薄膜的SHJ太阳能电池。与具有正面单层ITO的SHJ太阳能电池相比，具有Al2O3/ITO双层薄膜的SHJ太阳能电池的EQE、平均反射率、电流密度等性能均有明显的提升，说明Al2O3/TCO双层薄膜对于SHJ太阳能电池具有很好的抗反射效果，从而提升了SHJ太阳能电池的光电性能。同时得益于Al2O3介质层，由于Al2O3本身的理化性质稳定，还为太阳能电池带来了耐火、防腐等功能。
实施例二
本实施例提供了一种硅异质结(SHJ)太阳能电池的制备方法，参考图1，包括如下步骤：
1)采用碱蚀刻法，分别在N型异质结硅基体S5的第一面和第二面上形成倒金字塔结构。N型异质结硅基体S5的厚度为160μm。
2)采用PECVD沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，即等离子体增强化学气相沉积)，在硅基体S5的第一面和第二面上分别制备厚度均为5nm的第一i型非晶硅薄膜S4和第二i型非晶硅薄膜S6。具体制备条件为：SiH4:H2:B2H4(1％)气体比3:22:0.09，功率14mW/cm2、室温200℃、沉积压力100mTorr。
3)采用PECVD沉积法，在第一i型非晶硅薄膜S4和第二i型非晶硅薄膜S6上分别制备厚度均为7nm的n型非晶硅薄膜S3和p型非晶硅薄膜S7。具体的制备条件与上述步骤3)相同。
4)采用PVD沉积法(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)，在n型非晶硅薄膜S3上沉积正面透明导电层S2，正面透明导电层S2由ITO制成。具体的制备条件为：射频溅射功率300W，靶材由90wt％的In2O3和10wt％的SnO2组成，纯度为99.999％，氩气(30sccm)在180℃的室内温度下进行溅射过程，腔室初始压力为6x10-5mbar和工作压力为5x10-4 mbar。
5)采用PVD沉积法在p型非晶硅薄膜S7上沉积背面透明导电层S8，背面透明导电层S8也是由ITO制成。具体的制备条件与上述步骤4)相同。
6)先采用低温银浆印刷制备第一电极91后，后采用原子层沉积法(ALD，AtomicLayer Deposition)在正面透明导电层S2上沉积介质层S1，介质层S1由Al2O3制成。本实施例中的第一电极91和第二电极92均由Ag制成。在其它实施例中，第一电极91和第二电极92还可以由现有技术中任何合适的材料制成。
本实施例为优选实施例。可理解的是，可以采用现有技术中任一种合适的方法制备第一i型非晶硅薄膜S4、第二i型非晶硅薄膜S6、n型非晶硅薄膜S3、p型非晶硅薄膜S7、正面透明导电层S2、背面透明导电层S8、第一和第二电极91、92和介质层S1。
本实用新型的目的在于提升平均吸光率以及降低平均反射率，提供了一种正面具有Al2O3/TCO双层薄膜的SHJ太阳能电池，以替代具有正面单层TCO薄膜的SHJ太阳能电池。与具有正面单层TCO的SHJ太阳能电池相比，具有Al2O3/TCO双层薄膜的SHJ太阳能电池的EQE、平均反射率、电流密度等性能均有明显的提升。
实施例三
本实施例提供了具有根据本实用新型的硅异质结太阳能电池与对比例的实验结果分析对比。
对比例中的硅异质结太阳能电池的结构从上到下包括：第一电极、正面透明导电层、n型非晶硅薄膜、第一i型非晶硅薄膜、N型异质结硅基底、第二i型非晶硅薄膜、p型非晶硅薄膜、背面透明导电层和第二电极。其中，正面透明导电层由ITO制成且厚度为70nm。对比例(即ITO单层硅异质结太阳能电池)中各层的材料和厚度都与实施例一中的硅异质结太阳能电池(即Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池)相同，与实施例一不同之处在于，对比例中的硅异质结太阳能电池没有介质层S1。
参见图2，其示出了单层ITO单层硅异质结太阳能电池与Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的透射率及反射率对比图。其中，上方的两条曲线代表透射率(transmittance)，而下方的两条曲线代表反射率(reflectance)。
从图2中可见，在可见光(400nm～760nm)波段内，与单层ITO单层硅异质结太阳能电池相比，Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的入射光的透射率明显提升，且入射光的反射率明显降低。
参见图3，其示出了单层ITO单层硅异质结太阳能电池与Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的J-V曲线。其中，图中上方的曲线代表Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池，图中下方曲线代表单层ITO单层硅异质结太阳能电池。
从图3中可见，与单层ITO单层硅异质结太阳能电池相比，Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池具有更佳的开路电压(Voc)、短电流密度(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率。得益于Al2O3介质层S1的存在，硅异质结太阳能电池的各项光电性能均有所优化。
参见图4，其示出了单层ITO单层硅异质结太阳能电池与Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的EQE(External Quantum Efficiency，即外量子效率)和反射率测量曲线图。其中，图中上方的两条曲线代表EQE，而下方的两条曲线代表反射率(reflectance)。
从图4中可见，在大部分可见光和近可见光区，尤其是在500nm～1000nm波段，与单层ITO单层硅异质结太阳能电池相比，Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的EQE明显提升。而由于EQE的大幅度提升，电流密度(Jsc)也得到了显著提升，这与太阳能电池的吸光度直接相关。同样在500nm～1000nm波段内，与单层ITO单层硅异质结太阳能电池相比，Al2O3/ITO双层硅异质结太阳能电池的反射率明显降低。
以上的结果表明，Al2O3/ITO双层结构对于硅异质结太阳能电池而言具有优良的抗反射效果，能够明显提升硅异质结太阳能电池的光电性能。
实施例四
本实施例提供了一种太阳能光伏组件，包括根据本实用新型的硅异质结太阳能电池。这些硅异质结太阳能电池可依次串接在一起从而实现形成电池串，从而实现电流的串联汇流输出，例如，可通过设置焊带(汇流条、互联条)、导电背板等方式来实现电池片的串接。
可以理解的是，在这样的实施例中，太阳能光伏组件还可包括金属框架、背板、光伏玻璃和胶膜。胶膜可填充在太阳能电池正面和背面及光伏玻璃、相邻电池片等之间，作为填充物，其可为良好的透光性能和耐老化性能的透明胶体，例如胶膜可采用EVA胶膜或者POE胶膜，具体可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
光伏玻璃可覆盖在太阳能电池的正面的胶膜上，光伏玻璃可为超白玻璃，其具有高透光率、高透明性，并且具有优越的物理、机械以及光学性能，例如，超白玻璃的透光率可达92％以上，其可在尽可能不影响太阳能电池的效率的情况下对太阳能电池进行保护。同时，胶膜可将光伏玻璃和太阳能电池黏合在一起，胶膜的存在可以对太阳能电池进行密封绝缘以及防水防潮。
背板可贴附在太阳能电池背面的胶膜上，背板可以对太阳能电池起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性，背板可以有多重选择，通常可为钢化玻璃、有机玻璃、铝合金TPT复合胶膜等，其具体可根据具体情况进行设置，在此不作限制。背板、太阳能电池、胶膜以及光伏玻璃组成的整体可设置在金属框架上，金属框架作为整个太阳能光伏组件的主要外部支撑结构，且可为太阳能光伏组件进行稳定的支撑和安装，例如，可通过金属框架将太阳能光伏组件安装在所需要安装的位置。
实施例五
本实施例提供了一种光伏系统，包括根据本实用新型的太阳能光伏组件。
在本实施例中，光伏系统可应用在光伏电站中，例如地面电站、屋顶电站、水面电站等，也可应用在利用太阳能进行发电的设备或者装置上，例如用户太阳能电源、太阳能路灯、太阳能汽车、太阳能建筑等等。当然，可以理解的是，光伏系统的应用场景不限于此，也即是说，光伏系统可应用在需要采用太阳能进行发电的所有领域中。以光伏发电系统网为例，光伏系统可包括光伏阵列、汇流箱和逆变器，光伏阵列可为多个太阳能光伏组件的阵列组合，例如，多个太阳能光伏组件可组成多个光伏阵列，光伏阵列连接汇流箱，汇流箱可对光伏阵列所产生的电流进行汇流，汇流后的电流流经逆变器转换成市电电网要求的交流电之后接入市电网络以实现太阳能供电。
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 (9)
1.一种硅异质结太阳能电池，其特征在于，包括N型异质结硅基底，所述N型异质结硅基底具有彼此相对的第一面和第二面；
所述N型异质结硅基底的第一面上依次设有：第一i型非晶硅薄膜、n型非晶硅薄膜和正面透明导电层；所述正面透明导电层上设有第一电极和介质层，所述介质层由Al2O3制成；
所述N型异质结硅基底的第二面上依次设有：第二i型非晶硅薄膜、p型非晶硅薄膜、背面透明导电层和第二电极。
2.如权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述N型异质结硅基底的第一面和第二面上具有倒金字塔结构。
3.如权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述介质层的厚度介于30nm和70nm之间。
4.如权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述N型异质结硅基底的厚度介于140μm和180μm之间。
5.如权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面透明导电层由ITO、IWO或IZO制成。
6.如权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面透明导电层的厚度介于50nm和90nm之间。
7.如权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述背面透明导电层的厚度介于110nm和150nm之间。
8.一种太阳能光伏组件，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的硅异质结太阳能电池。
9.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的太阳能光伏组件。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202322492350.1U CN220796756U (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 硅异质结太阳能电池、太阳能光伏组件和光伏系统 |
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Family Applications (1)
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2023
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |