CN117238987A - 太阳能电池及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及太阳能电池技术领域,特别涉及一种太阳能电池及光伏组件,太阳能电池包括:基底,基底具有相对的正面和背面,基底正面具有金属图案区域,金属图案区域包括:第一金字塔结构;基底背面包括:平台凸起结构,第一金字塔结构的高度尺寸大于平台凸起结构的高度尺寸,且金字塔结构的底部一维尺寸小于平台凸起结构的底部一维尺寸;位于与金属图案区域对准的基底正面上且在沿背离基底方向上依次设置的第一隧穿层以及第一掺杂导电层,第一掺杂导电层的掺杂元素类型与基底的掺杂元素类型相同;位于基底背面且在沿背离基底方向上依次设置的第二隧穿层以及第二掺杂导电层,第二掺杂导电层的掺杂元素类型与第一掺杂导电层的掺杂元素类型不同。
Description
技术领域
本申请实施例涉及太阳能电池领域,特别涉及一种太阳能电池及光伏组件。
背景技术
太阳能电池具有较好的光电转换能力,通常,在制备太阳能电池的过程中,需要首先在基底上进行制绒,使得基底正面以及基底背面具有绒面结构。绒面结构对基底吸收入射光线、后续在基底上沉积的膜层的均匀性以及与基底界面的接触性能具有重要的影响,进而还会影响太阳能电池的光线转换性能。
而目前的太阳能电池存在光电转换效率较低的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种太阳能电池光伏组件,至少有利于提高太阳能电池的光电转换效率。
本申请实施例提供一种太阳能电池,包括:基底,所述基底具有相对的正面以及背面,所述基底正面具有金属图案区域,所述金属图案区域包括:第一金字塔结构;所述基底背面包括:平台凸起结构,所述第一金字塔结构的高度尺寸大于所述平台凸起结构的高度尺寸,且所述第一金字塔结构的底部一维尺寸小于所述平台凸起结构的底部一维尺寸;位于与所述金属图案区域对准的基底正面上且在沿背离所述基底方向上依次设置的第一隧穿层以及第一掺杂导电层,所述第一掺杂导电层的掺杂元素类型与所述基底的掺杂元素类型相同;位于所述基底背面且在沿背离所述基底方向上依次设置的第二隧穿层以及第二掺杂导电层,所述第二掺杂导电层的掺杂元素类型与所述第一掺杂导电层的掺杂元素类型不同。
另外,所述第一金字塔结构的底部一维尺寸为0.7μm~3μm,所述第一金字塔结构的顶部至底部的高度尺寸为0.5μm~3.2μm。
另外,所述第一金字塔结构的斜边与所述第一金字塔结构底部之间的夹角为30°~70°。
另外,所述第一金字塔结构的斜边长度为1.2μm~2.5μm。
另外,所述平台凸起结构的底部一维尺寸为6μm~10μm,所述平台凸起结构的顶部至底部的高度尺寸为0.2μm~0.4μm。
另外,所述平台凸起结构的斜边与所述平台凸起结构底部之间的夹角为10°~50°。
另外,所述平台凸起结构的斜边长度为0.3μm~2.3μm。
另外,所述金属图案区域还包括:第二金字塔结构,所述第一金字塔结构在所述基底正面的面积占比大于所述第二金字塔结构在所述基底正面的面积占比,所述第二金字塔结构的斜边与所述第二金字塔结构底部之间的夹角为40°~70°。
另外,所述第二金字塔结构的底部一维尺寸不大于1μm,所述第二金字塔结构的顶部至底部的高度尺寸不大于1.2μm。
另外,所述基底正面还包括非金属图案区域,所述非金属图案区域包括:第三金字塔结构与第四金字塔结构,所述第三金字塔结构的底部尺寸大于所述第四金字塔结构的底部尺寸,所述第三金字塔结构在非金属图案区域对准的基底正面的面积占比为第一占比,所述第一金字塔结构在金属图案区域对准的基底正面的面积占比为第二占比,所述第一占比小于所述第二占比。
另外,所述第三金字塔结构的斜边与所述第一金字塔结构底部之间的夹角为35°~65°,所述第四金字塔结构的斜边与所述第一金字塔结构底部之间的夹角为40°~65°。
另外,所述第三金字塔结构的斜边长度为1.2μm~2.5μm,所述第四金字塔结构的斜边长度为0.5μm~1.2μm。
另外,所述非金属图案区域对准的基底正面的反射率为0.8%~2%,所述基底背面的反射率为14%-15%。
另外,还包括:第一钝化层,所述第一钝化层的第一部分位于所述第一掺杂导电层远离所述基底的表面,所述第一钝化层的第二部分位于所述非金属图案区域对准的正面。
另外,所述第一钝化层的第一部分与所述第一钝化层的第二部分不齐平。
另外,还包括:第二钝化层,所述第二钝化层位于所述第二掺杂导电层远离所述基底的表面。
另外,还包括:第一电极,所述第一电极设置于所述金属图案区域上,并与所述第一掺杂导电层电连接。
另外,还包括:扩散区,所述扩散区位于所述金属图案区域对准的所述基底中,所述扩散区的顶部与所述第一隧穿层接触,所述扩散区的掺杂元素浓度大于所述基底的掺杂元素浓度。
另外,所述基底为N型基底。
相应地,本申请实施例还提供一种光伏组件,包括电池串,电池串由多个上述任一项所述的太阳能电池连接而成;封装层,封装层用于覆盖电池串的表面盖板,盖板用于覆盖封装层远离电池串的表面。
本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点:
本申请实施例提供的太阳能电池的技术方案中,设置基底正面的金属图案区域具有第一金字塔结构,背面具有平台凸起结构,第一金字塔结构的高度大于平台凸起结构的高度,第一金字塔结构的底部尺寸小于第二金字塔结构的底部尺寸,如此,使得正面的粗糙度大于背面的粗糙度,从而使得正面对入射光线的反射率小于背面对入射光线的反射率。一方面,可以增强正面对入射光线的吸收,另一方面,为了减小第一掺杂导电层对入射光线的寄生吸收,仅在金属图案区域形成第一隧穿层以及第一掺杂导电层,基于此,设置金属图案区域对准的基底正面的粗糙度较大,从而可以增大第一隧穿层以及第一掺杂导电层与基底正面的接触面积,从而为基底中的载流子提供较大的隧穿通道,实现在提高基底对入射光线的利用率的同时,不降低载流子的迁移率。
另一方面,由于第二掺杂导电层与基底形成PN结,因此,设置背面的粗糙度较小,使得在背面设置第二隧穿层以及第二掺杂导电层具有较大的平整度,从而使得第二隧穿层与基底背面之间的接触界面具有良好的形貌,从而可以减小基底背面的缺陷态密度,可以降低PN结产生的光生载流子在基底背面复合的概率,从而提高光生载流子向基底中的迁移率,有利于提高载流子浓度,从而改善太阳能电池的光电转换性能。
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,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的剖面结构示意图;
图2为本申请一实施例提供的一种太阳能电池中金属图案区域对准的基底正面的俯视结构SEM图;
图3为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的金属图案区域对准的基底正面的侧视结构SEM图;
图4为入射光线在本申请一实施例提供的一种太阳能电池上反射的路径图;
图5为图1中1的一种放大图;
图6为本申请一实施例提供的一种太阳能电池中基底背面的俯视结构SEM图;
图7为本申请一实施例提供的一种太阳能电池中基底背面的侧视结构SEM图;
图8为图1中2的一种放大图;
图9为本申请一实施例提供的另一种太阳能电池的剖面结构示意图;
图10为本申请另一实施例提供的一种光伏组件的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,目前的太阳能电池的光电转换效率较低的问题。
分析发现,导致目前的太阳能电池的光电转换效率较低的原因之一在于,第一,目前在基底的正面通常会采用扩散工艺将部分基底转化成发射极,发射极中具有与基底不同类型的掺杂离子,从而与未扩散的基底形成PN结。然而,这种结构将会导致基底正面的金属图案区域的载流子复合过大,从而影响太阳能电池的开路电压和转换效率。第二,目前,目前的太阳能电池中,基底正面以及基底背面的绒面结构会对入射光线以及沉积于基底表面的膜层质量产生较大的影响,而对入射光线的利用率大小以及膜层的性能好坏对于太阳能电池的光电转换性能具有重要的作用。
本申请实施例提供一种太阳能电池,设置基底正面的金属图案区域具有第一金字塔结构,背面具有平台凸起结构,第一金字塔结构的高度大于平台凸起结构的高度,第一金字塔结构的底部尺寸小于第二金字塔结构的底部尺寸,如此,使得正面的粗糙度大于背面的粗糙度。一方面,可以增强正面对入射光线的吸收,另一方面,可以增大第一隧穿层以及第一掺杂导电层与基底正面的接触面积,从而为基底中的载流子提供较大的隧穿通道,实现在提高基底对入射光线的利用率的同时,不降低载流子的迁移率。此外,由于第二掺杂导电层与基底形成PN结,因此,设置背面的粗糙度较小,使得在背面设置第二隧穿层以及第二掺杂导电层具有较大的平整度,从而使得第二隧穿层与基底背面之间的接触界面具有良好的形貌,减小基底背面的缺陷态密度,提高PN结产生的光生载流子在基底背面复合的概率,进而可以提高光生载流子向基底中的迁移率,有利于提高载流子浓度,从而改善太阳能电池的光电转换性能。
下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本申请各实施例中,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例的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的剖面结构示意图。
参考图1,太阳能电池包括:基底100,基底100具有相对的正面以及背面,基底100正面具有金属图案区域,金属图案区域包括:第一金字塔结构11;基底100背面包括:平台凸起结构13,第一金字塔结构11的高度尺寸大于平台凸起结构13的高度尺寸,且第一金字塔结构11的底部一维尺寸小于平台凸起结构13的底部一维尺寸;位于与金属图案区域对准的基底100正面上且在沿背离基底100方向上依次设置的第一隧穿层110以及第一掺杂导电层120,第一掺杂导电层120的掺杂元素类型与基底100的掺杂元素类型相同;位于基底100背面且在沿背离基底100方向上依次设置的第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140,第二掺杂导电层140的掺杂元素类型与第一掺杂导电层120的掺杂元素类型不同。
本申请实施例中,通过设置金属图案区域对准的基底100正面的纹理结构尺寸以及形状不同,使得基底100正面的粗糙度大于背面的粗糙度,一方面使得基底100正面对入射光线的反射率小于基底100背面对入射光线的反射率,从而可以增强基底100正面对入射光线的吸收利用率。
另一方面,为了减小第一掺杂导电层120对入射光线的寄生吸收,仅在金属图案区域形成第一隧穿层110以及第一掺杂导电层120,基于此,设置金属图案区域对准的基底100正面的粗糙度较大,从而使得金属图案区域对准的基底100正面的纹理结构的比表面积较大,如此,使得第一隧穿层110以及第一掺杂导电层120与基底100正面的接触面积较大。可以理解的是,第一隧穿层110以及第一掺杂导电层120起到钝化效果,具体可以降低基底100表面的界面缺陷态密度,使得基底100中的载流子可以通过第一隧穿层110于基底100之间的接触界面隧穿至第一掺杂导电层120中,实现载流子的选择性传输。由此可知,增大第一隧穿层110与基底100之间的接触面积,可以增大基底100中的载流子向第一掺杂导电层120的隧穿通道,从而可以提高载流子的传输效率,提高第一掺杂导电层120中的载流子浓度,增大短路电流以及开路电压,实现在提高基底100对入射光线的利用率的同时,保持载流子的迁移率不大幅降低。
另一方面,由于第二掺杂导电层140与基底100形成PN结,PN结用于产生光生载流子,产生的光生载流子被传输至基底100中,再由基底100被传输至第一掺杂导电层120中。因此,设置背面的粗糙度较小,使得在背面设置第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140具有较大的平整度,从而使得第二隧穿层130与基底100背面之间的接触界面具有良好的形貌,如此,可以减小基底100背面的缺陷态密度,从而降低PN结产生的光生载流子在基底100背面复合的概率,从而提高光生载流子向基底100中的迁移率,有利于提高载流子浓度,从而改善太阳能电池的光电转换性能。
基底100用于接收入射光线并产生光生载流子,在一些实施例中,基底100可以为硅基底,硅基底的材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。在另一些实施例中,基底100的材料还可以为碳化硅、有机材料或多元化合物。多元化合物可以包括但不限于钙钛矿、砷化镓、碲化镉、铜铟硒等材料。
在一些实施例中,基底100内具有掺杂元素,掺杂元素类型为N型或者P型,N型元素可以为磷(P)元素、铋(Bi)元素、锑(Sb)元素或砷(As)元素等Ⅴ族元素,P型元素可以为硼(B)元素、铝(Al)元素、镓(Ga)元素或铟(In)元素等Ⅲ族元素。例如,当基底100为P型基底100时,其内部掺杂元素类型为P型。或者,当基底100为N型基底100时,其内部掺杂元素类型为N型。
具体地,在一些实施例中,基底100可以为N型硅基底。基于此,可以设置第一掺杂导电层120为N型掺杂导电层,第二掺杂导电层140为P型掺杂导电层。P型的第二掺杂导电层140与N型的基底100形成PN结,从而形成背结。
在另一些实施例中,基底100也可以为P型硅基底,第一掺杂导电层120为P型掺杂导电层,第二掺杂导电层140为N型掺杂导电层。
基底100的正面和背面均可用于接收入射光线或反射光线。基底100正面的第一隧穿层110与第一掺杂导电层120用于构成基底100正面的钝化接触结构,基底100背面的第二隧穿层130与第二掺杂导电层140用于构成基底100背面的钝化接触结构,在基底100正面以及背面设置钝化接触结构,使得太阳能电池构成双面TOPCON(Tunnel Oxide PassivatedContact,隧穿氧化层钝化接触)电池。如此,使得位于基底100正面以及背面的钝化接触结构可以对基底100正面以及背面均起到降低载流子复合的作用,相较于仅在基底100的其中一个表面形成钝化接触结构而言,大大减小了太阳能电池的载流子损失,从而提高太阳能电池的开路电压以及短路电流。本申请实施例中,仅在金属图案区域对准的基底100正面设置第一隧穿层110与第一掺杂导电层120,从而可以减小第一掺杂导电层120对入射光线的寄生吸收,提高非金属对准区域对入射光线的吸收利用率。
通过形成钝化接触结构,可以降低载流子在基底100表面的复合,从而增加太阳能电池的开路电压,提升太阳能电池的光电转换效率。
第一隧穿层110与第二隧穿层130用于实现基底100表面的界面钝化,起到化学钝化的效果,具体通过饱和基底100表面的悬挂键,降低基底100表面的界面缺陷态密度,从而减少基底100表面的复合中心。第一隧穿层110与第二隧穿层130的存在可以使多数载流子隧穿通过基底100界面到达基底100中,实现载流子的选择性传输,具体地,多数载流子通过第一隧穿层110与基底100的接触界面以及第二隧穿层130与基底100的接触界面隧穿至基底100中。
本申请实施例中,通过设置基底100正面的金属图案区域具有第一金字塔结构11,背面具有平台凸起结构13,使得正面的粗糙度大于背面的粗糙度。实现在提高基底100对入射光线的利用率的同时,不降低第一隧穿层110中载流子的迁移率。设置背面的粗糙度较小,使得在背面设置第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140具有较大的平整度,提高PN结产生的光生载流子在基底100背面复合的概率,从而提高光生载流子向基底100中的迁移率。也就是说,通过设置正面的纹理结构与基底100正面的膜层结构相匹配,设置基底100背面的纹理结构与基底100背面的膜层结构相匹配,来整体提高太阳能电池的光电转换性能。
在金属图案区域对准的基底100正面,第一金字塔结构11、第二金字塔结构12、第三金字塔结构14以及第四金字塔结构15的数量为多个,不同的第一金字塔结构11之间、不同的第二金字塔结构12之间、不同的第三金字塔结构14之间以及不同的第四金字塔结构15之间会存在微小的尺寸差异,但是每一第一金字塔结构11、每一第二金字塔结构12、每一第三金字塔结构14以及每一第四金字塔结构15的整体尺寸大致接近。值得注意的是,本申请实施例中关于第一金字塔结构11、第二金字塔结构12、第三金字塔结构14以及第四金字塔结构15的尺寸为抽样区域内的平均尺寸。
在一些实施例中,第一金字塔结构11的底部一维尺寸为0.7μm~3μm,例如可以为0.7μm~0.9μm、0.9μm~1μm、1μm~1.2μm、1.2μm~1.4μm、1.4μm~1.5μm、1.5μm~1.7μm、1.7μm~1.9μm、1.9μm~2μm、2μm~2.3μm、2.3μm~2.5μm、2.5μm~2.8μm或者2.8μm~3μm;第一金字塔结构11的顶部至底部的高度尺寸为0.5μm~3.2μm,例如可以为0.5μm~0.7μm、0.7μm~0.8μm、0.8μm~1μm、1μm~1.2μm、1.5μm~1.7μm、1.7μm~1.9μm、1.9μm~2μm、2μm~2.2μm、2.2μm~2.4μm、2.4μm~2.6μm、2.6μm~2.9μm或者2.9μm~3.2μm。在这个范围内,不仅可以增加金属图案区域对准的基底100正面的粗糙度,还可以在保持第一金字塔结构11的面积占比不变的情况下,减少第一金字塔结构11的数量,从而可以减小不同第一金字塔结构11之间的微小尺寸差异带来的尺寸不均问题。
参考图5,在一些实施例中,设置第一金字塔结构11的斜边与第一金字塔结构11底部之间的夹角θ1为30°~70°,例如可以为30°~35°、35°~40°、40°~45°、50°~55°、55°~60°、60°~65°或者65°~70°在这个范围内,使得第一金字塔结构11的斜边相较于底部的倾斜程度较小,从而可以保证第一金字塔结构11所在的基底100正面具有较大的粗糙度,使得沉积于第一金字塔结构11表面的第一隧穿层110与第一掺杂导电层120的均匀度较高,有利于提高第一隧穿层110与基底100正面之间的接触界面的平整度,减小基底100的界面态缺陷,提高载流子的迁移率。
可以理解的是,当第一金字塔结构11的斜边长度越大时,第一金字塔结构11的侧面积越大,从而使得第一金字塔结构11与第一隧穿层110的接触面积越大。基于此,在一些实施例中,设置第一金字塔结构11的斜边长度为1.2μm~2.5μm,例如可以为1.2μm~1.5μm、1.5μm~1.7μm、1.7μm~1.9μm、1.9μm~2.1μm、2.1μm~2.3μm、2.3μm~2.4μm或者2.5μm~2.5μm。在这个范围内,可以实现在保证第一金字塔结构11所在的基底100正面具有较大的粗糙度的同时,增大第一隧穿层110与基底100正面的接触面积,进一步增大载流子的隧穿通道,提升载流子的迁移率。
参考图1、图2、图3以及图5,在一些实施例中,金属图案区域还包括:第二金字塔结构12,第一金字塔结构11在基底100正面的面积占比大于第二金字塔结构12在基底100正面的面积占比,第二金字塔结构12的斜边与第二金字塔结构12底部之间的夹角θ2为40°~70°,例如可以为40°~45°、45°~50°、50°~55°、55°~60°、60°~65°或者65°~70°。设置第二金字塔结构12的尺寸较小,使得在金属图案区域中,第二金字塔结构12所在的基底100正面的粗糙度较小,从而使得沉积于该部分基底100正面的第一掺杂导电层120的表面粗糙度较小,进而使得该部分的第一掺杂导电层120表面对入射光线具有较强的反射效果,有利于减小第一掺杂导电层120对入射光线的寄生吸收。也就是说,在金属图案区域对准的基底100正面同时设置第一金字塔结构11与第二金字塔结构12可以实现在提高载流子迁移率的同时,减小第一掺杂导电层120对入射光线的寄生吸收。
在一些实施例中,第二金字塔结构12的底部一维尺寸不大于1μm,第二金字塔结构12的顶部至底部的高度尺寸不大于1.2μm。在这个范围内,使得第二金字塔所在的基底100正面可以保持较小的粗糙度,从而使得与第二金字塔对准的第一掺杂导电层120的顶面具有较小的粗糙度,有利于进一步减小第一掺杂导电层120对入射光线的寄生吸收。
参考图1,在一些实施例中,基底100正面还包括非金属图案区域,非金属图案区域包括:第三金字塔结构14与第四金字塔结构15,第三金字塔结构14的底部尺寸大于第四金字塔结构15的底部尺寸,第三金字塔结构14在非金属图案区域对准的基底100正面的面积占比为第一占比,第一金字塔结构11在金属图案区域对准的基底100正面的面积占比为第二占比,第一占比小于第二占比。设置非金属图案区域中,尺寸较大的第三金字塔结构14的占比较小,如此,单位面积内的第三金字塔结构14与第四金字塔结构15的数量更多,从而可以增强对入射光线产生漫反射效应,减小对入射光线的反射率。且非金属图案区域对准的基底100表面未设置第一掺杂导电层120,避免了第一掺杂导电层120120对入射光线的寄生吸收,从而可以大大增加非金属图案区域对入射光线的吸收。如此,可以实现在提高载流子迁移率的同时,增大基底100对入射光线的利用率。
在一些实施例中,第一占比为50%~70%,例如可以是50%~55%、55%~60%、60%~65%或者65%~70%,第二占比为80%~90%,例如可以是80%~82%、82%~83%、83%~85%、85%~87%、87%~89%或者89%~90%。在这个范围内,可以在保证金属图案区域对准的基底100正面与第一隧穿层110之间的接触界面具有良好的形貌的同时,增加非金属图案区域对准的基底100正面的漫反射效应,从而提升对入射光线的利用率。
参考图4,在一些实施例中,当基底100的正面以及基底100的背面均作为受光面,入射光线照射至基底100正面或者基底100背面中的任一表面上时,部分入射光线会被基底100表面反射。具体地,当入射光线照射至基底100的其中一个表面时,被反射的部分入射光线会通过包覆于太阳能电池外表面的封装结构或者周围环境被衍射至基底100的另一个表面,从而被重新吸收利用。例如,由于基底100背面的粗糙度较低,使得基底100背面对入射光线的反射率较高,因此,照射至基底100背面的入射光线较容易被衍射至基底100的正面,从而使得这些入射光线被基底100正面再次吸收利用。
也就是说,照射至基底100正面的入射光线经过相邻的第三金字塔结构14之间、第三金字塔结构14与第四金字塔结构15之间以及相邻的第四金字塔结构15之间的多次反射之后入射至基底100中。当入射光线的反射次数越多,则出射至外界的入射光线越少,即入射至基底100中的入射光线越多。而入射光线在相邻的第三金字塔结构14之间、第三金字塔结构14与第四金字塔结构15之间以及相邻的第四金字塔结构15之间的反射次数与反射角度与第三金字塔结构14以及第四金字塔结构15的斜边相对于底部的角度相关。
参考图5,基于上述考虑,在一些实施例中,设置第三金字塔结构14的斜边与第三金字塔结构14底部之间的夹角θ3为35°~65°,例如可以为40°~45°、45°~50°、50°~55°、55°~60°或者60°~65°;设置第四金字塔结构15的斜边与第四金字塔结构15底部之间的夹角θ4为40°~65°,例如可以为40°~45°、45°~50°、50°~55°、55°~60°或者60°~65°。在这个夹角范围内,使得照射至非金属图案区域的基底100正面的入射光线以及来自基底100背面的再次被衍射至基底100正面的入射光线在相邻的第三金字塔结构14之间、第三金字塔结构14与第四金字塔结构15之间或者相邻的第四金字塔结构15之间的反射次数较多,从而可以减少出射至外界的入射光线的量。并且,由于非金属图案区域中,尺寸较大的第三金字塔结构14的占比较大,从而使得在单位面积内,第三金字塔结构14与第四金字塔结构15的总数量相较于金属图案区域更多,从而可以增强非金属图案区域的漫反射效应,提高入射光线的利用率。
可以理解的是,当第三金字塔结构14以及第四金字塔结构15的斜边长度越大时,入射光线在第三金字塔结构14侧面以及第四金字塔结构15侧面的反射路径越长,从而可以进一步增加反射次数,减小入射光线出射至外界的概率。基于此,在一些实施例中,设置第三金字塔结构14的斜边长度为1.2μm~2.5μm,例如可以为1.2μm~1.5μm、1.5μm~1.7μm、1.7μm~1.9μm、1.9μm~2.1μm、2.1μm~2.3μm、2.3μm~2.4μm或者2.5μm~2.5μm;设置第四金字塔结构15的斜边长度为0.5μm~1.2μm,例如可以为0.5μm~0.6μm、0.6μm~0.7μm、0.7μm~0.8μm、0.8μm~0.9μm、0.9μm~1μm、1μm~1.1μm或者1.1μm~1.2μm。在这个范围内,使得入射光线在第三金字塔结构14与第四金字塔结构15之间、相邻的第三金字塔结构14之间以及相邻的第四金字塔结构15之间的反射次数增加,可以进一步提升非金属图案区域的基底100正面对入射光线的吸收利用率。
在一些实施例中,平台凸起结构13的底部一维尺寸为6μm~10μm,例如可以为6μm~6.5μm、6.5μm~7μm、7μm~8μm、8μm~8.5μm、8.5μm~9μm或者9μm~10μm;平台凸起结构13的顶部至底部的高度尺寸为0.2μm~0.4μm,例如可以为0.2μm~0.25μm、0.25μm~0.3μm、0.3μm~0.34μm、0.34μm~0.38μm或者0.38μm~0.4μm。具体可以参考图6至图7,平台凸起结构13可以为金字塔结构的塔基部分,即金字塔结构除去塔尖后剩余的结构。在这个范围内,使得平台凸起结构13顶部至底部的高度尺寸较大,从而使得平台凸起结构13所在的基底100背面保持一定的粗糙度,在保证形成于基底100背面的第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140具有较好的平整度以及均匀性的同时,使得基底100背面对入射光线的反射率不至于过大,使得基底100背面对入射光线的利用率不至于过小,有利于提高太阳能电池的开路电压以及短路电流。另外,相较于基底100正面的第一金字塔结构11而言,平台凸起结构13的底部尺寸更大,且平台凸起结构13的高度相较于第一金字塔结构11的高度更小,从而使得基底100背面的粗糙度相较于基底100正面的粗糙度更小。并且,不难发现,在这个范围内,平台凸起结构13的高度尺寸相较于平台凸起结构13的底部一维尺寸而言小得多,如此,使得基底100背面的形貌相较于基底100正面而言,近乎于平坦,从而使得形成于基底100背面的第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140具有较好的厚度均匀性,并且使得第二隧穿层130与基底100背面之间的接触面具有良好且平整的形貌。如此,可以减小基底100背面的缺陷态密度,从而可以提高由第二掺杂导电层140与基底100构成的PN结所产生的光生载流子的迁移率,提高基底100中的载流子浓度,提高开路电压以及短路电流,提升太阳能电池的光电转换效率。
可以理解的是,入射光线在从基底100背面被反射再被衍射至基底100正面的过程中,入射光线的路径与基底100背面的平台凸起结构13之间的夹角以及基底100正面的相邻的第三金字塔结构14之间的夹角、相邻的第四金字塔结构15之间的夹角以及第三金字塔结构14与第四金字塔结构15之间的夹角密切相关。因此,需要对平台凸起结构13之间的夹角进行调控,使得被基底100背面反射的入射光线被衍射至基底100正面的概率较大。基于此,参考图8,在一些实施例中,设置平台凸起结构13的斜边与平台凸起结构13底部之间的夹角θ5为10°~50°,例如可以为10°~15°、15°~20°、20°~25°、25°~30°、30°~35°、35°~40°、40°~45°、45°~50°。在这个范围内,使得基底100背面的相邻的两个平台凸起结构13斜边之间的夹角与基底100正面的相邻的第三金字塔结构14之间的夹角、相邻的第四金字塔结构15之间的夹角或者第三金字塔结构14与第四金字塔结构15之间的夹角相匹配,从而使得被基底100背面所反射的入射光线被衍射至基底100正面的概率较高,并且使得被衍射至基底100正面的入射光线照射至第三金字塔结构14斜面或者第四金字塔结构15的斜面的入射角度在合适的范围内,从而可以减小被衍射至基底100正面的入射光线的反射率,提高基底100对入射光线的二次利用率。
在一些实施例中,平台凸起结构13的斜边长度为0.3μm~2.3μm,例如可以为0.3μm~0.5μm、0.5μm~0.8μm、0.8μm~1μm、1μm~1.2μm、1.2μm~1.5μm、1.5μm~1.8μm、1.8μm~2μm、2μm~2.1μm或者2.1μm~2.3μm。在这个范围内,可以使得在保持平台凸起结构13的高度尺寸不变的情况下,提高平台凸起结构13的表面积,从而有利于增大第二隧穿层130与基底100背面的接触面积,增大载流子的隧穿通道,进一步提高载流子的迁移率。
在一些实施例中,非金属图案区域对准的基底100正面的反射率为0.8%~2%,例如可以为0.8%~0.9%、0.9%~1%、1%~1.2%、1.2%~1.4%、1.4%~1.6%、1.6%~1.8%或者1.8%~2%;基底100背面的反射率为14%-15%,例如可以为14%~14.1%、14.1%~14.2%、14.2%~14.4%、14.4%~14.6%、14.6%~14.8%或者14.8%~15%。由于基底100正面的非金属图案区域的纹理结构为第三金字塔结构14以及第四金字塔结构15,使得非金属图案区域对准的基底100正面的反射率远小于基底100背面的反射率,有利于增强非金属图案区域的基底100对入射光线的利用率,从而提升载流子数量,提高短路电流以及开路电压,增大太阳能电池的光电转换性能。而由于在实际应用中,照射至基底100背面的入射光线相较于照射至基底100正面的入射光线而言更少,因此,设置基底100背面的反射率较高,可以提高基底100背面的平整度,有利于提高位于形成于基底100背面的第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140的均匀性以及平整度,从而有利于提高载流子迁移率。并且,即使基底100背面的反射率较高,基于本申请实施例中平台凸起结构13的斜边与底部之间的夹角的设置、基底100正面的第三金字塔结构14的斜边与底部之间的夹角的设置以及第四金字塔结构15的斜边与底部之间的夹角的设置,使得从基底100背面被反射的入射光线再次被衍射至基底100正面的概率较高,从而可以被反射率较低的基底100正面所利用,实现在提高载流子迁移率的同时,增大对入射光线的利用率。
在一些实施例中,还包括:第一钝化层150,第一钝化层150的第一部分位于第一掺杂导电层120远离基底100的表面,第一钝化层150的第二部分位于非金属图案区域对准的正面。第一钝化层150可以对基底100的正面起到良好的钝化效果,例如可以对基底100正面的悬挂键进行较好的化学钝化,降低基底100正面的缺陷态密度,较好地抑制基底100正面的载流子复合。第一部分的第一钝化层150直接与基底100正面接触,使得第一部分的第一钝化层150与基底100之间不具有第一隧穿层110以及第一掺杂导电层120,如此,可以减小第一掺杂导电层120对入射光线的寄生吸收问题。
在一些实施例中,第一钝化层150的第一部分与第一钝化层150的第二部分不齐平。具体地,第一钝化层150的第一部分顶面可以低于第一钝化层150的第二部分顶面,如此,使得位于基底100正面的第一部分的厚度不至于过厚,防止由于第一部分的厚度较大而导致对基底100正面产生应力损伤,从而使得基底100正面产生较多界面态缺陷而导致产生较多载流子复合中心的问题。
在一些实施例中,第一钝化层150可以是单层结构,在另一些实施例中,第一钝化层150也可以是多层结构。在一些实施例中,第一钝化层150的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,还包括:第二钝化层160,第二钝化层160位于第二掺杂导电层140远离基底100的表面。第二钝化层160用于对基底100的背面起到良好的钝化效果,降低基底100背面的缺陷态密度,较好地抑制基底100背面的载流子复合。由于基底100背面的平台凸起结构13凹凸程度较小,从而使得沉积于基底100背面得到第二钝化层160具有较高的平整度,从而可以提高第二钝化层160的钝化性能。
在一些实施例中,第二钝化层160可以是单层结构,在另一些实施例中,第二钝化层160也可以是多层结构。在一些实施例中,第二钝化层160的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,还包括:第一电极170,第一电极170设置于金属图案区域上,并与第一掺杂导电层120电连接。基底100背面形成的PN结用于接收入射光线并产生光生载流子,产生的光生载流子由基底100传输至第一掺杂导电层120,再被传输至第一电极170中,第一电极170用于对光生载流子进行收集。由于第一掺杂导电层120的掺杂离子类型与基底100的掺杂离子类型相同,降低了第一电极170与第一掺杂导电层120之间的金属接触复合损失,进而可以降低第一电极170与第一掺杂导电层120之间的载流子接触复合,提高短路电流以及太阳能电池的光电转换性能。在一些实施例中,第一电极170设置于金属图案区域对准的基底100正面一侧。
参考图9,在一些实施例中,还包括:扩散区190,扩散区190位于金属图案区域对准的基底100中,扩散区190的顶部与第一隧穿层110接触,扩散区190的掺杂元素浓度大于基底100的掺杂元素浓度。扩散区190可以作为载流子传输通道,仅在金属图案区域对准的基底100中形成扩散区190,使得基底100中的载流子可以较容易地通过扩散区190被传输至掺杂导电层中,即扩散区190起到载流子传输通道的作用。并且,由于仅在金属图案区域对准的基底100中设置扩散区190,使得基底100中的载流子可以被集中传输至扩散区190中,再经由扩散区190被传输至第一掺杂导电层120中,从而可以大大提高第一掺杂导电层120中的载流子浓度。值得注意的是,本申请实施例中,在非金属图案区域对准的基底100中不设置扩散区190,从而使得非金属图案区域对准的基底100正面的载流子浓度不至于过大,防止非金属图案区域对准的基底100正面发生载流子严重复合的问题。此外,还可以防止基底100中的载流子被传输至非金属图案区域对准的基底100正面,进而可以避免载流子在非金属图案区域对准的基底100正面堆积而造成在非金属图案区域对准的基底100正面产生“死层”从而使得载流子复合过多的问题,整体提高太阳能电池的光电转换性能。
在一些实施例中,还包括:第二电极180,第二电极180位于基底100的背面,背面电极穿透第二钝化层160与第二掺杂导电层140电接触。
上述实施例提供的太阳能电池中,基底100正面的金属图案区域具有第一金字塔结构11,背面具有平台凸起结构13,使得正面的粗糙度大于背面的粗糙度。如此,一方面,可以增强正面对入射光线的吸收,另一方面,可以增大第一隧穿层110以及第一掺杂导电层120与基底100正面的接触面积,从而为基底100中的载流子提供较大的隧穿通道,实现在提高基底100对入射光线的利用率的同时,不降低载流子的迁移率。此外,由于第二掺杂导电层140与基底100形成PN结,因此,设置背面的粗糙度较小,使得在背面设置第二隧穿层130以及第二掺杂导电层140具有较大的平整度,从而使得第二隧穿层130与基底100背面之间的接触界面具有良好的形貌,减小基底100背面的缺陷态密度,提高PN结产生的光生载流子在基底100背面复合的概率,进而提高光生载流子向基底100中的迁移率,有利于提高载流子浓度,从而改善太阳能电池的光电转换性能。
相应地,本申请实施例另一方面还提供一种光伏组件,参考图10,光伏组件包括:电池串,电池串由多个上述实施例提供的的太阳能电池101连接而成;封装层102,封装层102用于覆盖电池串的表面;盖板103,盖板103用于覆盖封装层102远离电池串的表面。太阳能电池101以整片或者多分片的形式电连接形成多个电池串,多个电池串以串联和/或并联的方式进行电连接。
具体地,在一些实施例中,多个电池串之间可以通过导电带104电连接。封装层102覆盖太阳能电池101的正面以及背面,具体地,封装层102可以为乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)胶膜、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)胶膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)胶膜等有机封装胶膜。在一些实施例中,盖板103可以为玻璃盖板、塑料盖板等具有透光功能的盖板103。具体地,盖板103朝向封装层102的表面可以为凹凸表面,从而增加入射光线的利用率。
本申请虽然以较佳实施例公开如上,但并不是用来限定权利要求,任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下,都可以做出若干可能的变动和修改,因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
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。任何本领域技术人员,在不脱离本申请的精神和范围内,均可作各自更动与修改,因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种太阳能电池,其特征在于,包括:
基底,所述基底具有相对的正面以及背面,所述基底正面具有金属图案区域,所述金属图案区域包括:第一金字塔结构;所述基底背面包括:平台凸起结构,所述第一金字塔结构的高度尺寸大于所述平台凸起结构的高度尺寸,且所述第一金字塔结构的底部一维尺寸小于所述平台凸起结构的底部一维尺寸;
位于与所述金属图案区域对准的基底正面上且在沿背离所述基底方向上依次设置的第一隧穿层以及第一掺杂导电层,所述第一掺杂导电层的掺杂元素类型与所述基底的掺杂元素类型相同;
位于所述基底背面且在沿背离所述基底方向上依次设置的第二隧穿层以及第二掺杂导电层,所述第二掺杂导电层的掺杂元素类型与所述第一掺杂导电层的掺杂元素类型不同。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一金字塔结构的底部一维尺寸为0.7μm~3μm,所述第一金字塔结构的顶部至底部的高度尺寸为0.5μm~3.2μm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一金字塔结构的斜边与所述第一金字塔结构底部之间的夹角为30°~70°。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一金字塔结构的斜边长度为1.2μm~2.5μm。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池,其特征在于,所述平台凸起结构的底部一维尺寸为6μm~10μm,所述平台凸起结构的顶部至底部的高度尺寸为0.2μm~0.4μm。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池,其特征在于,所述平台凸起结构的斜边与所述平台凸起结构底部之间的夹角为10°~50°。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池,其特征在于,所述平台凸起结构的斜边长度为0.3μm~2.3μm。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池,其特征在于,所述金属图案区域还包括:第二金字塔结构,所述第一金字塔结构在所述基底正面的面积占比大于所述第二金字塔结构在所述基底正面的面积占比,所述第二金字塔结构的斜边与所述第二金字塔结构底部之间的夹角为40°~70°。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二金字塔结构的底部一维尺寸不大于1μm,所述第二金字塔结构的顶部至底部的高度尺寸不大于1.2μm。
10.根据权利要求1或8所述的太阳能电池,其特征在于,所述基底正面还包括非金属图案区域,所述非金属图案区域包括:第三金字塔结构与第四金字塔结构,所述第三金字塔结构的底部尺寸大于所述第四金字塔结构的底部尺寸,所述第三金字塔结构在非金属图案区域对准的基底正面的面积占比为第一占比,所述第一金字塔结构在金属图案区域对准的基底正面的面积占比为第二占比,所述第一占比小于所述第二占比。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池,其特征在于,所述第三金字塔结构的斜边与所述第一金字塔结构底部之间的夹角为35°~65°,所述第四金字塔结构的斜边与所述第一金字塔结构底部之间的夹角为40°~65°。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池,其特征在于,所述第三金字塔结构的斜边长度为1.2μm~2.5μm,所述第四金字塔结构的斜边长度为0.5μm~1.2μm。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池,其特征在于,所述非金属图案区域对准的基底正面的反射率为0.8%~2%,所述基底背面的反射率为14%-15%。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池,其特征在于,还包括:第一钝化层,所述第一钝化层的第一部分位于所述第一掺杂导电层远离所述基底的表面,所述第一钝化层的第二部分位于所述非金属图案区域对准的正面。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一钝化层的第一部分与所述第一钝化层的第二部分不齐平。
16.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,还包括:第二钝化层,所述第二钝化层位于所述第二掺杂导电层远离所述基底的表面。
17.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,还包括:第一电极,所述第一电极设置于所述金属图案区域上,并与所述第一掺杂导电层电连接。
18.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,还包括:扩散区,所述扩散区位于所述金属图案区域对准的所述基底中,所述扩散区的顶部与所述第一隧穿层接触,所述扩散区的掺杂元素浓度大于所述基底的掺杂元素浓度。
19.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述基底为N型硅基底。
20.一种光伏组件,其特征在于,包括:
电池串,所述电池串由多个权利要求1至19中任一项所述的太阳能电池连接而成;
封装层,所述封装层用于覆盖所述电池串的表面;
盖板,所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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