应用压电效应的太阳能电池、电池组件和电池制作方法

技术领域

本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种应用压电效应的太阳能电池、电池组件和电池制作方法。

背景技术

相关技术中的异质结太阳能电池(HJT)，被太阳光能激发时会发生电子的跃迁，从而产生光生载流子。电子传输到正极和空穴传输到负极的过程中，会与电池中的缺陷发生复合，例如与灰尘、颗粒物、不饱和悬挂件等缺陷发生复合，导致少子寿命减少，从而导致太阳能电池的光电转换效率大大降低。基于此，如何提高太阳能电池的光电转换效率成为了亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种应用压电效应的太阳能电池、电池组件和电池制作方法，旨在解决如何提高太阳能电池的光电转换效率的问题。

第一方面，本申请提供的应用压电效应的太阳能电池由上至下依次设有空穴传输层、底电池片和电子传输层，所述太阳能电池还包括设置在所述空穴传输层与所述底电池片之间的压电层。

可选地，所述压电层包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的一种或多种。

可选地，所述压电层由钛酸钡组成。

可选地，所述压电层包裹在异质结的外侧。

可选地，所述压电层的厚度范围为2nm-20nm。

可选地，所述太阳能电池还包括第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层设置在所述空穴传输层的上方，所述第二透明导电层设置在所述电子传输层的下方。

可选地，所述太阳能电池还包括第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层，所述第一本征非晶硅层设置在所述空穴传输层和所述压电层之间，所述第二本征非晶硅层设置在所述电子传输层的上方。

可选地，所述空穴传输层为P型非晶硅层，所述电子传输层为N型单晶硅层。

第二方面，本申请提供的太阳能电池组件包括上述任一项所述的太阳能电池。

第三方面，本申请提供的太阳能电池制作方法，用于制作上述任一项的太阳能电池，所述制作方法包括以下步骤：

制作底电池片；

通过PVD镀膜方式在所述底电池片上沉积所述压电层；

分别通过CVD镀膜方式和PVD镀膜方式在已沉积所述压电层的所述底电池片上沉积所述电子传输层、所述空穴传输层和所述第一透明导电层。

可选地，在PVD镀膜过程中，选取靶材BTO纯度大于或等于4N，打靶总功率控制在8KW-15KW范围内，分别通入由100％的Ar组成的特气、由95％的Ar和5％的H

本申请实施例的应用压电效应的太阳能电池、电池组件和电池制作方法，由于引入了压电层，故可以在P型半导体和N型半导体界面处产生极性电荷稳定的电场。极性电场保持稳定的驱动力，吸引P型半导体的空穴和N型半导体的电子，致使电子-空穴对的分离大大增加，并抑制光生载流子的复合。这样，有利于提高太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

图1是本申请实施例的应用压电效应的太阳能电池的结构示意图；

图2是本申请实施例的应用压电效应的太阳能电池的另一结构示意图；

图3是本申请实施例的太阳能电池制作方法的流程示意图；

图4是本申请实施例的太阳能电池在压电层导入后的内部空穴和电子运动机制的示意图。

主要元件符号说明：

太阳能电池10、第一透明导电层11、空穴传输层12、第一本征非晶硅层13、压电层14、底电池片15、第二本征非晶硅层16、电子传输层17、第二透明导电层18、正面电极191、背面电极192。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

相关技术中的太阳能电池中，光生载流子容易复合，导致太阳能电池的光电转换效率较低。本申请实施例的应用压电效应的太阳能电池，由于引入了压电层，故可以致使电子-空穴对的分离大大增加并抑制光生载流子的复合，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

请参阅图1，本申请实施例提供的应用压电效应的太阳能电池10，由上至下依次设有空穴传输层12、底电池片15和电子传输层17，太阳能电池10还包括设置在空穴传输层12与底电池片15之间的压电层14。

本申请实施例的应用压电效应的太阳能电池10，由于引入了压电层14，故可以在P型半导体和N型半导体界面处产生极性电荷稳定的电场。极性电场保持稳定的驱动力，吸引P型半导体的空穴和N型半导体的电子，致使电子-空穴对的分离大大增加，并抑制光生载流子的复合。这样，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

具体地，底电池片15可为P型晶硅底电池片，也可为N型晶硅底电池片。P型晶硅底电池片可为P型单晶电池片。N型晶硅底电池片可为N型单晶电池片。在图1的示例中，底电池片15为N型单晶电池片。

具体地，太阳能电池10还可包括正面电极191和背面电极192。电极可采用银、铝、铜或其他材料制成。如此，使得电极的导电性较好。电极可通过丝网印刷的工艺制成。如此，可以高效准确地制备电极。

可选地，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的一种或多种。

如此，提供了压电层14的多种实现方式，可以根据实际需要进行选择，使得压电层14的设置更加灵活。可以理解，这些压电材料均可调节P型半导体和N型半导体的界面，即异质结界面，可以提升并稳定内部电场强度，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

在一个例子中，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的一种。

在另一个例子中，压电层14包括钛酸钡(BaTiO3，BTO)、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的两种。例如，压电层14包括钛酸钡和锆钛酸铅；又如，压电层14包括钛酸钡和改性锆钛酸铅；再如，压电层14包括钛酸钡和偏铌酸铅；例如，压电层14包括钛酸钡和铌酸铅钡锂；又如，压电层14包括钛酸钡和改性钛酸铅；再如，压电层14包括锆钛酸铅和改性锆钛酸铅；例如，压电层14包括锆钛酸铅和偏铌酸铅；再如，压电层14包括锆钛酸铅和铌酸铅钡锂；再如，压电层14包括锆钛酸铅和改性钛酸铅；例如，压电层14包括改性锆钛酸铅和偏铌酸铅；又如，压电层14包括改性锆钛酸铅和铌酸铅钡锂；再如，压电层14包括改性锆钛酸铅和改性钛酸铅；例如，压电层14包括偏铌酸铅和铌酸铅钡锂；又如，压电层14包括偏铌酸铅和改性钛酸铅；再如，压电层14包括铌酸铅钡锂和改性钛酸铅。

在又一个例子中，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的三种。例如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅和改性锆钛酸铅；又如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅和偏铌酸铅；再如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅和铌酸铅钡锂；例如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅和改性钛酸铅；又如，压电层14包括钛酸钡、改性钛酸铅和偏铌酸铅；再如，压电层14包括钛酸钡、改性钛酸铅和铌酸铅钡锂；例如，压电层14包括钛酸钡、改性钛酸铅和改性钛酸铅；例如，压电层14包括钛酸钡、偏铌酸铅和铌酸铅钡锂；又如，压电层14包括钛酸钡、偏铌酸铅和改性钛酸铅；再如，压电层14包括钛酸钡、铌酸铅钡锂和改性钛酸铅；例如，压电层14包括锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和偏铌酸铅；又如，压电层14包括锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和铌酸铅钡锂；再如，压电层14包括锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和改性钛酸铅；例如，压电层14包括改性锆钛酸铅、偏铌酸铅和铌酸铅钡锂；又如，压电层14包括改性锆钛酸铅、偏铌酸铅和改性钛酸铅；再如，压电层14包括偏铌酸铅、铌酸铅钡锂和改性钛酸铅。

在再一个例子中，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的四种。例如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和偏铌酸铅；又如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和铌酸铅钡锂；再如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和改性钛酸铅；例如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅和偏铌酸铅；又如，压电层14包括锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅和铌酸铅钡锂；再如，压电层14包括锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅和改性钛酸铅；例如，压电层14包括改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅。

在另一个例子中，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅中的五种。例如，压电层14包括锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅；又如，压电层14包括钛酸钡、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅；再如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅；例如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅；又如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、改性钛酸铅；再如，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂。

在又一个例子中，压电层14包括钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅。

在此不对压电层14中压电材料的具体数量和具体种类进行限定。

在本实施例中，压电层14由钛酸钡组成。如此，使得P型半导体和N型半导体界面处产生的电场极性电荷更加稳定，对电子-空穴对的分离效果更好，对光生载流子的复合抑制效果更好，从而使得太阳能电池10的光电转换效率更高。

可选地，压电层14包裹在异质结的外侧。如此，可以保证压电层14在异质结界面产生电场，从而保证电场充分吸引P型半导体的空穴和N型半导体的电子，可以避免压电层14产生的电场偏离异质结界面而导致的对空穴和电子的吸引不够充分，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

具体地，压电层14可部分地包裹在异质结的外侧，也可全部地包裹在异质结的外侧。压电层14可间断地包裹在异质结的外侧，也可连续地包裹在异质结的外侧。在此不对压电层14包裹在异质结的外侧的具体方式进行限定。

可选地，压电层14的厚度范围为2nm-20nm。例如为2nm、2.1nm、3nm、5nm、8nm、9nm、10nm、11nm、13nm、14nm、18nm、19nm、20nm。如此，使得压电层14的厚度处于合适的范围，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

优选地，压电层14的厚度范围为5nm-15nm。例如为5nm、5.2nm、8nm、9nm、10nm、11nm、13nm、15nm。如此，使得极性电场的驱动力更加稳定，提高光电转换效率的效果更好。

请再次参阅图1，可选地，太阳能电池10还包括第一透明导电层11和第二透明导电层18，第一透明导电层11设置在空穴传输层12的上方，第二透明导电层18设置在电子传输层17的下方。

如此，第一透明导电层11和第二透明导电层18对太阳光的透过率较高，避免了由于设置第一透明导电层11和第二透明导电层18而导致太阳能电池10获取的太阳光减少，有利于太阳能电池10充分地利用太阳光，从而有利于提高转换效率。另外，第一透明导电层11和第二透明导电层18的导电性较好，不会阻断载流子运动所形成的电流，保证了太阳能电池10的正常工作。

具体地，在本实施例中，第一透明导电层11和第二透明导电层18均为透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)。如此，TCO能够有效收集太阳能电池10的电流，保证了太阳能电池10的正常工作。而且，TCO具有高透过性且可以减反射，可以让减少太阳光的损失。这样，有利于提高光电转换效率。

可以理解，在其他的实施例中，第一透明导电层11或第二透明导电层18可为除氧化物膜系外的金属膜系、化合物膜系、高分子膜系、复合膜系等。例如EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物PEDOT、金属网格、碳纳米棒导电薄膜(CNB Films)、纳米银线(silvernanowire，SNW)、石墨烯(Graphene)等。在此不对第一透明导电层11或第二透明导电层18的具体形式进行限定。

进一步地，TCO包括但不限于氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)、氟掺杂氧化锡(Fluorine-doped Tin Oxide，FTO)、铝掺杂氧化锌(Aluminum doped Zinc Oxid，AZO)。在此不对TCO的具体种类进行限定。

在本实施例中，TCO为氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)。ITO的光透过率高，导电能力强，电阻率低，稳定性和耐碱性能良好。采用ITO制成第一透明导电层11或第二透明导电层18，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

请再次参阅图1，可选地，太阳能电池10还包括第一本征非晶硅层13和第二本征非晶硅层16，第一本征非晶硅层13设置在空穴传输层12和压电层14之间，第二本征非晶硅层16设置在电子传输层17的上方。

如此，空穴隧穿第一本征非晶硅层13后形成空穴传输层12，电子隧穿第二本征非晶硅层16后形成电子传输层17。

具体地，空穴传输层12为P型非晶硅层，电子传输层17为N型单晶硅层。

可以理解，由于第一本征非晶硅层13(a-Si(i))很薄，空穴可以隧穿第一本征非晶硅层13后通过高掺杂的P型非晶硅(P：a-Si：H)，构成空穴传输层12。类似地，电子可以隧穿第二本征非晶硅层16(a-Si(i))后通过高掺杂的N型非晶硅(N：a-Si：H)，构成电子传输层17。

可以理解，图1中的太阳能电池10为异质结太阳能电池(Heterojunction withIntrinsic Thinfilm，HJT)。

请参阅图2，在其他的实施例中，空穴传输层12包括二氧化硅层和掺杂多晶硅层，空穴传输层12的厚度范围为100-200nm。如此，通过非晶硅薄膜的引入，使得太阳能电池10的晶硅衬底前后表面实现了良好的钝化，因而其表面钝化更趋完善。而且，非晶硅薄膜隔绝了金属电极与硅材料的直接接触，使得载流子复合损失进一步降低，可以提升转换效率。

具体地，空穴传输层12包括二氧化硅层和掺硼多晶硅层。空穴传输层12的厚度例如为100nm、102nm、115nm、133nm、142nm、154nm、178nm、193nm、200nm。

请参阅图2，可选地，电子传输层17包括二氧化硅层和掺杂多晶硅层，电子传输层17的厚度范围为100-200nm。如此，通过非晶硅薄膜的引入，使得太阳能电池10的晶硅衬底前后表面实现了良好的钝化，因而其表面钝化更趋完善。而且，非晶硅薄膜隔绝了金属电极与硅材料的直接接触，使得载流子复合损失进一步降低，可以提升转换效率。

具体地，电子传输层17包括二氧化硅层和掺磷多晶硅层。电子传输层17的厚度例如为100nm、102nm、115nm、133nm、142nm、154nm、178nm、193nm、200nm。

可以理解，图2中的太阳能电池10为隧穿氧化层钝化接触(Tunnel OxidePassivated Contact，topcon)电池。

具体地，可通过低压力化学气相沉积法(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)，分步生长第一本征非晶硅层13、第二本征非晶硅层16、空穴传输层12和电子传输层17，通过退火过程激活钝化性能，底电池片15在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。

本申请实施例提供的太阳能电池组件，包括如上述任一项的太阳能电池10。

本申请实施例的太阳能电池组件，由于引入了压电层14，故可以在P型半导体和N型半导体界面处产生极性电荷稳定的电场。极性电场保持稳定的驱动力，吸引P型半导体的空穴和N型半导体的电子，致使电子-空穴对的分离大大增加，并抑制光生载流子的复合。这样，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

请参阅图3，本申请实施例提供的太阳能电池制作方法，用于制作如权利要求1至10任一项的太阳能电池10，制作方法包括以下步骤：

步骤S11：制作底电池片15；

步骤S12：通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)镀膜方式在底电池片15上沉积压电层14；

步骤S13：分别通过CVD镀膜方式(Chemical vapor deposition，化学气相沉积)和PVD镀膜方式在已沉积压电层14的底电池片15上沉积电子传输层17、空穴传输层12和第一透明导电层11。

本申请实施例的太阳能电池制作方法，由于引入了压电层14，故可以在P型半导体和N型半导体界面处产生极性电荷稳定的电场。极性电场保持稳定的驱动力，吸引P型半导体的空穴和N型半导体的电子，致使电子-空穴对的分离大大增加，并抑制光生载流子的复合。这样，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

具体地，在本实施例中，底电池片15为N型单晶硅片。可以理解，在其他的实施例中，底电池片15可为P型单晶电池片。

具体地，在步骤S12前，可对底电池片15进行制绒。如此，可以在底电池片15形成起伏不平的绒面，从而减少太阳能电池10对太阳光的反射，增加对太阳光的吸收。而且，还可以清除底电池片15表面的油污和金属杂质，并去除机械损伤层。进一步地，可对单晶硅片进行碱制绒，可对多晶硅片进行酸制绒。

具体地，PVD镀膜方式包括真空镀，真空溅射或离子镀等。CVD镀膜方式包括气体中蒸发法、化学气相反应法、溅射源法、流动油面上真空沉积法、金属蒸汽合成法、直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。

制作方法的整体制作顺序为：底电池片15、压电层14、双面本征非晶硅层、电子传输层17、空穴传输层12、上下透明导电层。

请注意，双面本征非晶硅层包括第一本征非晶硅层13和第二本征非晶硅层16。可以先制作第一本征非晶硅层13，再制作第二本征非晶硅层16；也可以先制作第二本征非晶硅层16，再制作第一本征非晶硅层13；还可以同时制作第一本征非晶硅层13和第二本征非晶硅层16。

请注意，上下透明导电层包括第一透明导电层11和第二透明导电层18。可以先制作第一透明导电层11，再制作第二透明导电层18；也可以先制作第二透明导电层18，再制作第一透明导电层11；还可以同时制作第一透明导电层11和第二透明导电层18。

具体地，可通过CVD镀膜方式沉积双面本征非晶硅层、电子传输层17、空穴传输层12。如此，可以较好地控制膜层的密度和纯度，有利于提高太阳能电池10的质量。

进一步地，可通过PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法，Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition)镀膜方式沉积双面本征非晶硅层、电子传输层17、空穴传输层12。如此，镀膜的基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，针孔较少，不易龟裂，有利于提高太阳能电池10的质量。

具体地，可通过PVD镀膜方式沉积压电层14和第一透明导电层11。如此，镀膜过程对环境无害。

可选地，在步骤S12的PVD镀膜过程中，选取靶材BTO纯度大于或等于4N，打靶总功率控制在8KW-15KW范围内，分别通入由100％的Ar组成的特气、由95％的Ar和5％的H

如此，实现在底电池片15上沉积压电层14，效率较高，形成的BTO层产生的电场的稳定性较好，有利于提高太阳能电池10的光电转换效率。

具体地，BTO纯度可为4N、5N、6N、7N、8N、9N、10N。

具体地，打靶总功率可为8KW、8.5KW、9KW、10KW、11KW、12KW、14KW、14.5KW、15KW。

具体地，气体共流量可为500sccm、510sccm、570sccm、580sccm、600sccm、620sccm、660sccm、690sccm、700sccm。

具体地，硅片工艺温度可为150℃、155℃、160℃、163℃、170℃、176℃、180℃。

在此不对BTO纯度、打靶总功率、气体共流量和硅片工艺温度的具体数值进行限定，只要满足前述范围即可。

请注意，关于太阳能电池制作方法的其他的解释和说明，可参照前文，为避免冗余，在此不再赘述。

请参阅图4，图4为本申请实施例的太阳能电池10在压电层14导入后的内部空穴和电子运动机制的示意图。

综合以上，本申请实施例的太阳能电池10通过压电层14，可以稳定并增强PN结中的内置电池强度，进而提升光电转化效率。具体地，通过增强的光捕获，有效的光生电子-空穴对的分离以及光电极上的快速电荷转移，实现了优异的光电活性。应用压电效应来产生极性电荷产生的电场，来控制载流子在异质结中的分离。当压电材料被极化时，附近的半导体材料通常经历快速的自由电荷分布的变化。同时，可以有效地调节耗尽区的振幅。因此，本申请实施例的太阳能电池10可以从根本上改善电极中的电荷分离模式，并增强电子-空穴对的取向传输。

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