本發(fā)明屬于太陽能光伏，具體涉及一種具有絨面結(jié)構(gòu)的電池片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、晶體硅太陽能光伏電池技術(shù)近年來發(fā)展迅速，尤其是hjt(hereto?junctionwithintrinsic?thin?layer)作為新一代高效光伏電池中的佼佼者，異質(zhì)結(jié)hjt電池具備轉(zhuǎn)換效率高、提效空間大、發(fā)電能力強、工藝流程短等多重優(yōu)勢，目前正受到產(chǎn)業(yè)資本的高度關(guān)注。在hjt電池轉(zhuǎn)換效率27.0％、25年功率衰減8％、4％發(fā)電增益的假設(shè)下，判斷hjt電池非硅成本的臨界范圍約0.4-0.5元/w，預(yù)計當異質(zhì)結(jié)電池性價比優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)之后有望實現(xiàn)對主流路線的替代。在hjt異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)中，異質(zhì)結(jié)界面決定電池的最終特性，而硅襯底是異質(zhì)結(jié)界面的一部分，其品質(zhì)是決定電池性能的關(guān)鍵因素之一。

2、因此，在硅襯底的表面制備絨面結(jié)構(gòu)，有助于將太陽光或其他光線照射到hjt電池表面的光線進行二次反射后再行吸收利用，從而提高太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率。然而，現(xiàn)如今的絨面結(jié)構(gòu)仍然會使相當部分的光線不能利用，導(dǎo)致具有該絨面結(jié)構(gòu)的硅片的hjt電池的光轉(zhuǎn)換效率較差。

3、綜上，如何優(yōu)化絨面結(jié)構(gòu)的陷光性能，從而最大程度地吸收光能，延長光程，增加光生載流子，提高hjt電池的光轉(zhuǎn)換效率，是亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有絨面結(jié)構(gòu)的電池片及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明設(shè)計了一種新型的絨面結(jié)構(gòu)，通過將類金字塔單元的一側(cè)斜面與硅片宏觀表面的平面的夾角減小，使得α＜β，改變了入射光和反射光進入硅片的路徑，不僅能增強硅片在水平或者垂直場景的陷光效應(yīng)，最大程度地吸收光能，延長光程，增加光生載流子，提高光的利用率，而且還能降低對電池片中功能層沉積的影響?；谠摻q面結(jié)構(gòu)所制備的電池片具有優(yōu)異的光轉(zhuǎn)換效率。

2、為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種具有絨面結(jié)構(gòu)的電池片，所述電池片包括硅片，所述硅片的一側(cè)表面上設(shè)置有絨面結(jié)構(gòu)，所述絨面結(jié)構(gòu)具有多個類金字塔單元，所述類金字塔單元的一側(cè)斜面與所述硅片宏觀表面的平面的夾角記為α，相對的另一側(cè)斜面與所述硅片宏觀表面的平面的夾角記為β，β≥90°，α＜β。

4、所述類金字塔單元的斜面為類金字塔單元的塔頂與所述類金字塔單元的塔底底邊構(gòu)成的平面。

5、本發(fā)明設(shè)計了一種新型的絨面結(jié)構(gòu)，通過將類金字塔單元的一側(cè)斜面與硅片宏觀表面的平面的夾角減小，使得α＜β，改變了入射光和反射光進入硅片的路徑，不僅能增強硅片在水平或者垂直場景的陷光效應(yīng)，最大程度地吸收光能，延長光程，增加光生載流子，提高光的利用率，而且還能降低對電池片中功能層沉積的影響?；谠摻q面結(jié)構(gòu)所制備的電池片具有優(yōu)異的光轉(zhuǎn)換效率。

6、需要說明的是，硅片的宏觀表面指的是生長絨面結(jié)構(gòu)的硅片平面。

7、本發(fā)明中，β≥90°，例如可以是90°、100°或110°等，α＜β，例如可以是90°、80°、70°、60°、50°、40°、30°、20°或10°等。

8、本發(fā)明中，若α＝β，則組件在垂直和水平放置時，太陽光接近垂直入射硅片表面，導(dǎo)致反射損失增加，造成大幅的效率損失。

9、優(yōu)選地，所述硅片為n型硅片。

10、優(yōu)選地，所述β的取值范圍為90°-180°，α＜β。

11、優(yōu)選地，所述α＜90°。

12、優(yōu)選地，所述α的取值范圍為20°-90°，例如可以是20°、30°、45°、50°、30°、70°或80°等。本發(fā)明優(yōu)選此范圍的α，可以更充分地吸收光能，延長光程，增加光生載流子，提高光的利用率。

13、優(yōu)選地，所述類金字塔單元的塔頂?shù)钠拭鏋榛⌒螆A角。

14、本發(fā)明中，具有弧形圓角塔頂?shù)墓杵诔练e非晶硅層時可以提高非晶硅層在絨面上的沉積均勻性，降低缺陷態(tài)密度，實現(xiàn)良好的鈍化效果。

15、優(yōu)選地，所述類金字塔單元的塔頂?shù)膱A角曲率半徑為30-500nm，例如可以是30nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm或500nm等，優(yōu)選為100-400nm。

16、優(yōu)選地，所述絨面結(jié)構(gòu)的塔谷的剖面為弧形圓角。

17、本發(fā)明中，具有弧形圓角塔谷的硅片在沉積非晶硅層時可以提高非晶硅層在絨面上的沉積均勻性，降低缺陷態(tài)密度，實現(xiàn)良好的鈍化效果。

18、優(yōu)選地，所述類金字塔單元的塔谷的圓角曲率半徑為30-500nm，例如可以是30nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm或500nm等，優(yōu)選為100-400nm。

19、優(yōu)選地，所述電池片包括異質(zhì)結(jié)電池片。

20、優(yōu)選地，所述異質(zhì)結(jié)電池片包括所述硅片，所述硅片的非絨面沿著遠離硅片的方向依次層疊設(shè)置有本征非晶硅層、n型非晶硅層、透明氧化物層和背電極，所述硅片的絨面沿著遠離硅片的方向依次層疊設(shè)置有本征非晶硅層、p型非晶硅層、透明氧化物層和正電極。

21、優(yōu)選地，所述透明氧化物層的材料包括ito(氧化銦錫)。

22、優(yōu)選地，所述背電極和正電極的制備方法包括絲網(wǎng)印刷法。

23、優(yōu)選地，所述絲網(wǎng)印刷法的步驟包括：通過絲網(wǎng)印刷法在兩側(cè)的透明氧化物層上分別印刷正電極和背電極，然后在80-90℃(例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等)下烘干120-150s(例如可以是120s、130s、140s或150s等)。

24、第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的具有絨面結(jié)構(gòu)的電池片的制備方法，所述電池片包括硅片，所述硅片的一側(cè)表面上設(shè)置有絨面結(jié)構(gòu)，所述硅片的制備方法包括以下步驟：

25、對硅片的一側(cè)表面進行制絨，形成金字塔結(jié)構(gòu)。

26、對金字塔結(jié)構(gòu)的一側(cè)斜面進行激光刻蝕處理，使得刻蝕形成的激光刻蝕面與硅片宏觀表面的平面的夾角減小，即α＜β，β為另一側(cè)斜面與硅片宏觀表面的平面的夾角，得到具有絨面結(jié)構(gòu)的硅片。

27、本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單，可以有效解決hjt電池在實際運用于垂直和水平放置環(huán)境時，金字塔形貌反射損失大、陷光低的問題。

28、優(yōu)選地，所述制絨為堿制絨，所述堿制絨使用的堿液包括氫氧化鉀溶液和/或氫氧化鈉溶液。

29、需要說明的是，在堿制絨的過程中，利用堿液對硅片進行各項異性腐蝕，使得si(100)晶面腐蝕為si(111)晶面的四方椎體結(jié)構(gòu)(即金字塔結(jié)構(gòu))，形成絨面，可將硅片表面反射率降低至12.5％以下，從而產(chǎn)生更多的光生載流子。

30、優(yōu)選地，所述堿液的濃度為1-20wt％，例如可以是1wt％、5wt％、10wt％、15wt％或20wt％等，優(yōu)選為10-20wt％。

31、優(yōu)選地，所述金字塔結(jié)構(gòu)的塔底邊長為1-4μm，例如可以是1μm、2μm、3μm或4μm等。

32、優(yōu)選地，對所述金字塔結(jié)構(gòu)的一側(cè)斜面進行激光刻蝕處理的過程中，制絨后的硅片和激光源保持一定角度，所述制絨后的硅片和激光源的角度為1°-90°，例如可以是1°、5°、10°、30°、50°、60°或90°等，優(yōu)選為20-80°。

33、優(yōu)選地，步驟(2)所述激光刻蝕處理的過程中，具體的工藝參數(shù)包括：

34、激光光斑掃描間距1-500μm，例如可以是1μm、20μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm或500μm等，激光掃描速度1-10mm/s，例如可以是1mm/s、1mm/s、3mm/s、5mm/s、7mm/s或9mm/s等，頻率1-1000khz，例如可以是50khz、100khz、200khz、300khz、400khz或500khz等。

35、優(yōu)選地，所述激光刻蝕處理后，還對類金字塔單元的塔頂和塔谷進行圓潤處理，所述圓潤處理的具體步驟包括：

36、采用腐蝕介質(zhì)對激光刻蝕處理后的硅片進行清洗。

37、本發(fā)明中，通過采用腐蝕介質(zhì)進行清洗，實現(xiàn)對硅片的各向同性腐蝕，從而將類金字塔單元的塔頂和塔谷進行圓潤化，有利于提高非晶硅層在絨面上的沉積均勻性，降低缺陷態(tài)密度，實現(xiàn)良好的鈍化效果。

38、優(yōu)選地，所述清洗的溫度為20-30℃，例如可以是20℃、25℃或30℃等，時間為90-120s，例如可以是90s、100s、110s或120s等。

39、優(yōu)選地，所述腐蝕介質(zhì)包括臭氧和/或氫氟酸。

40、優(yōu)選地，所述臭氧的濃度為1-45ppm，例如可以是1ppm、5ppm、10ppm、20ppm、30ppm、40ppm或45ppm等。

41、優(yōu)選地，所述氫氟酸的濃度為1-40wt％，例如可以是1wt％、5wt％、10wt％、20wt％、30wt％或40wt％等。

42、優(yōu)選地，所述硅片的制備方法包括以下步驟：

43、對硅片進行預(yù)清洗：在60-90℃(例如可以是60℃、70℃、80℃或90℃等，優(yōu)選為80-90℃)下使用清洗液對硅片進行100-600s(示例性的，例如可以是100s、200s、300s、400s、500s或600s等，優(yōu)選為100-150s)的清洗；所述清洗液包括體積比為1:5:(5-15)(例如可以是1:5:5、1:5:10或1:5:15等，優(yōu)選為1:1:(6-8))的氫氧化鈉、雙氧水和水。

44、對硅片進行堿制絨：采用濃度為1-20wt％的堿液對步驟(1)預(yù)清洗后的硅片進行制絨，形成塔底邊長為1-4μm的金字塔結(jié)構(gòu)。

45、將制絨后的硅片的絨面置于激光源下，并使得硅片和激光源保持一定角度，對金字塔結(jié)構(gòu)的一側(cè)斜面進行激光刻蝕處理，使得刻蝕形成的激光刻蝕面與硅片宏觀表面的平面的夾角α減小，即α＜β，β為另一側(cè)斜面與硅片宏觀表面的平面的夾角，形成類金字塔單元；激光刻蝕處理的過程中，具體的工藝參數(shù)包括：激光光斑掃描間距1-500μm，激光掃描速度1-10mm/s，頻率1-1000khz。

46、采用腐蝕介質(zhì)對具有類金字塔單元的硅片進行清洗，完成對類金字塔單元的塔頂和塔谷的圓潤處理，得到具有絨面結(jié)構(gòu)的硅片；其中，清洗的溫度為20-30℃，時間為90-120s，腐蝕介質(zhì)包括濃度為1-45ppm的臭氧和濃度為1-40wt％的氫氟酸。

47、本發(fā)明中，預(yù)清洗的目的是形成潔凈硅片表面，避免不潔凈引進的缺陷和雜質(zhì)而帶來的界面處載流子復(fù)合。

48、第三方面，本發(fā)明提供一種光伏組件，所述光伏組件包括如第一方面所述的電池片。

49、本發(fā)明所述的數(shù)值范圍不僅包括上述列舉的點值，還包括沒有列舉出的上述數(shù)值范圍之間的任意的點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。

50、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

51、(1)本發(fā)明設(shè)計了一種新型的絨面結(jié)構(gòu)，通過將類金字塔單元的一側(cè)斜面與硅片宏觀表面的平面的夾角減小，使得α＜β，改變了入射光和反射光進入硅片的路徑，不僅能增強硅片在水平或者垂直場景的陷光效應(yīng)，最大程度地吸收光能，延長光程，增加光生載流子，提高光的利用率，而且還能降低對電池片中功能層沉積的影響?；谠摻q面結(jié)構(gòu)所制備的電池片具有優(yōu)異的光轉(zhuǎn)換效率。

52、(2)本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單，可以有效解決hjt電池在實際運用于垂直和水平放置環(huán)境時，金字塔形貌反射損失大、陷光低的問題。