CN118431312A - 一种太阳能电池及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种太阳能电池，其包括：硅基底，以及形成在硅基底的一侧表面的若干集电栅线；所述硅基底中掺杂有锑元素，在与所述集电栅线垂直的方向上单位长度上的相同极性的集电栅线的栅线密度为n根/cm，硅基底中锑元素的浓度为a atoms/cm3时，n与a满足如下关系：n≥35‑klg a 公式一，其中，k小于等于2。本申请还提供一种由本申请的太阳能电池形成的光伏组件。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体涉及一种太阳能电池以及包含该太阳能电池的光伏组件。
背景技术
目前硅太阳电池中，基底通常使用N型或者P型掺杂衬底的硅片。在硅片的不同位置分别形成P和N型的半导体，然后在P型和N型半导体的区域上各自形成电极，从而形成电池。在光线射入到硅电池基底中时，生成电子空穴对。游离电子空穴对经过载流子分离，使得电子在N极附近聚集，空穴在P极附近聚集。电极处接入外接电路，即可输出电流。现有技术中，通常使用P型基底或者N型基底作为光伏的半导体基底。P型基底通常掺杂有硼元素，或者镓元素。N型基底通常掺杂有磷元素。
N型半导体基底由于其少子扩散长度长的优势，应用于硅太阳电池的发电时，相比P型基底，会有更多的载流子被收集，也就相应的具有更高的效率。N型基底通常掺杂有磷元素。在光伏领域已经开始研究采用掺杂Sb元素的硅片作为硅基底来制备太阳能电池和光伏组件。但针对于Sb掺杂的硅基底形成的太阳能电池，还需进一步优化提升电池效率。
发明内容
鉴于上述问题，本申请意在改进上述现有技术中涉及的问题。本申请通过深入研究，确认了Sb浓度和栅线密度之间的关系，并实现了通过硅基底中的Sb的浓度和栅线数量组合搭配，提高了太阳能电池的传输效果和电池效率。本申请提供如下方案：
1.一种太阳能电池，其包括：
硅基底，以及形成在硅基底的一侧表面的若干集电栅线；
所述硅基底中掺杂有锑元素，
在与所述集电栅线垂直的方向上的相同极性的集电栅线的栅线密度为n根/cm，硅基底中锑元素的浓度为a atoms/cm3时，n与a满足如下关系：
n≥35-klg a公式一，
其中，k小于等于2。
2.根据项1所述的太阳能电池，其中，当所述电池的硅基底的厚度为bμm时，所述n满足如下关系：
其中，c为常数，且取值为50μm。
3.根据项1所述的太阳能电池，其中，n与a还满足如下关系：
n≤35-lg a公式三。
4.根据项1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池为双面接触电池，k＝2。
5.根据项1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池为背接触电池，k＝1.9。
6.根据项5所述的太阳能电池，其中，所述硅基底的一侧表面具有电子收集区域和空穴收集区域，以及位于电子收集区域和空穴收集区域之间的隔离区域；当所述隔离区域的深度为dμm时，所述n满足如下关系：
8.根据项6所述的太阳能电池，其中，
所述隔离区域的深度为电子收集区域和空穴收集区域中更浅区域的底部距离隔离区域底部的平均深度对应的数值高度差，所述隔离区域的底部为所述隔离区域对应的硅基底的表面，
当所述太阳能电池含有界面钝化层时，所述电子收集区域或空穴收集区域的底部为界面钝化层靠近硅基底一侧的高度。
8.根据项1～7中任一项所述的太阳能电池，其中，所述a的范围为1E13～1E18。
9.根据项1～8中任一项所述的太阳能电池，其中，每根所述集电栅线的宽度为10-200μm。
10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括项1～9中任一项所述的太阳能电池。
发明效果
本申请能够基于电池结构以及电池硅基底中的Sb元素的浓度以及集电栅线的数量搭配组合，即能够满足上述公式一，则可以有效地改善横向传输的效果。能够获得良好的电池效率Eta以及开路电压，同时短路电流和填充因子也较为优异，即能够有效地改善电池片的效率。
附图说明
图1示出背接触太阳能电池示意图。
图2示出背接触电池的背面电极图形。
图3示出双面接触电池的背面电极图形。
图4示出本申请具体实施方式的一种背接触太阳能电池示意图。
图5示出本申请具体实施方式的一种背接触太阳能电池示意图。
图6示出本申请具体实施方式的一种背接触太阳能电池示意图。
图7示出本申请具体实施方式的一种双面接触太阳能电池示意图。
图8示出表1的电池效率趋势图。
图9示出表2的电池效率趋势图。
图10示出表3的电池效率趋势图。
图11示出表4的电池效率趋势图。
图12示出锑掺杂浓度和拐点栅线密度的拟合曲线示意图。
符号说明：
1：第一电极；2：钝化层；3：半导体层；9：界面钝化层；4：硅基底；5：第二电极；6：隔离区域；7：空穴收集区域；8：电子收集区域。
具体实施方式
本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。
下面将更详细地描述本申请的具体实施例。然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
如在本说明书中所使用的，“一”或“一个”可以表示一个或多个。如权利要求中所使用的，当与单词“包含”一起使用时，单词“一”或“一个”可以表示一个或多于一个。
在权利要求中使用术语“或”用于表示“和/或”，除非明确指出仅指代替代方案或者替代方案是相互排斥的，尽管本公开内容支持仅指代替代方案和“和/或”的定义。如本文所用，“另一个”可以表示至少第二个或更多个。
在本申请中，对于在下述本申请内容中涉及的硅基底本身没有进一步的限定，可以是在硅棒拉制结束后经机加、切片后得到的硅基底(也可以称为裸硅片)。在本申请中，也有可能从电池组件上剥离回收到包含硅基底、至少包括部分掺杂区域的结构，只要是其能够具有一定的形状，并能够呈现为片状，即在一个面的尺寸大于与其垂直的面的尺寸，呈扁平状或板状即可。对包含硅基底本体、至少包括部分掺杂区域的结构的大小也没有任何限定，硅基底或包含硅基底、至少包括部分掺杂区域可以是任何的大小，从电池组件上回收并剥离其他层结构的剥离后部分硅基底本体或包含硅基底本体、至少包括部分掺杂区域。此外，本领域技术人员可以理解在剥离时候，如果至少包括部分掺杂区域被破坏，但只要仍然存在部分掺杂区即也应当理解是对应于本申请的电池中提及的太阳能电池。例如在一个具体的实施方式中本申请的包含硅基底本体、至少包括部分掺杂区域的结构的至少一边的长度大于156mm，例如可以为158±2mm、(160±2)mm、(165±2)mm、(170±2)mm、(175±2)mm、(180±2)mm、(185±2)mm、190±2mm、(195±2)mm、(200±2)mm、(205±2)mm、(210±2)mm、(215±2)mm、(220±2)mm、(225±2)mm、(230±2)mm、(235±2)mm、(240±2)mm、(245±2)mm、(250±2)mm、(255±2)mm、(260±2)mm、(265±2)mm、(270±2)mm、(275±2)mm，以及这些数值之间的任意范围。例如在一个具体的实施方式中本申请的硅基底或包含硅基底、至少包括部分掺杂区域的结构的厚度至少为70～170μm，例如可以为80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm。在一个具体的方式中，回收并剥离其他层结构的剥离后部分包含硅基底本体、至少包括部分掺杂区域的尺寸可以小于上述尺寸，只要能够针对其检测掺杂元素的掺杂浓度等本申请涉及的参数即可。
在本申请中硅基底具有掺杂元素锑，该掺杂元素通常是在制备裸硅片的时候就已经存在的，所以硅基底的掺杂元素的掺杂浓度在整个硅基底各个部分的浓度是大致均匀的，即平均浓度是大致相同的。
在本申请的一个具体的方式中，本申请的硅基底中锑元素总的单位体积的元素浓度为a atoms/cm3，优选地，a的范围为1E13～1E18。
本领域技术人员可以理解，本申请的硅基底可以进一步包括其他掺杂元素以形成不同功能的掺杂区。基于电池结构的不同会在硅基底上形成不同的区域，例如可以在硅基底的一侧形成空穴收集区域和电子收集区域，或者在硅基底的两侧分别形成空穴收集区域和电子收集区域。本领域技术人员完全可以根据其所了解的方法在硅基底上形成空穴收集区域和/或电子收集区域，对于空穴收集区域和电子收集区域的数量和区域的大小没有任何限定，本领域技术人员可以按照实际电池的结构、大小和需求来进行设计。
本申请中，在硅基底和掺杂区中是否含有某种元素的检测方法可以通过SIMS，SSMS、ICP-MS，GDMS、ECV等方法检测，优选通过SIMS、SSMS方法检测金属元素。在本申请中，太阳能电池也称为电池。
在本申请中，硅基底中的掺杂元素(锑元素)的浓度可以通过本领域技术人员任何已知的方法来检测，本领域技术人员可以基于需求进行选择，例如可以通过SIMS、SSMS、ICP-MS，GDMS、ECV等方法检测，优选通过SIMS、SSMS方法检测。本领域技术人员可以理解掺杂元素的浓度可以是指硅基底表面、硅基底中间或内部的任意位点的掺杂元素的浓度，当然也可以是多个位置的硅基底掺杂元素浓度的平均值或者是整个硅基底上的掺杂元素浓度的平均值。本领域技术人员可以基于检测的条件和采用的仪器来基于实际情况选取上述任意位点来进行检测，也可以检测多个位点后计算多个位点的平均值，来作为硅基底掺杂元素的浓度。在一个具体的实施方式中，硅基底掺杂元素的浓度是指在硅基底厚度上检测的平均值，例如，利用SIMS或SSMS方法在一个厚度方向上对硅基底中的掺杂元素的浓度进行检测，并求出在这个厚度方向上的平均值。在本申请中，当提及锑元素的浓度时通常是指锑元素的平均浓度，但通常锑元素在硅基底中的掺杂较为均匀，平均浓度也可以是任意位点的浓度。
在本申请的一个具体的方式中，在本申请的硅基底中仅掺杂锑元素作为第五主族掺杂元素以代替掺杂磷元素掺杂。在这种情况下本领域技术人员可以理解取决于硅基底原料的不同来源，硅基底本身可以含有其他元素，例如磷、镓、锗中的任意一种或两种或三种，但仅主动掺杂锑元素作为第五主族掺杂元素来代替磷元素掺杂。通常在硅基底中由于单一元素掺杂导致晶硅晶格畸变，造成重掺杂区缺陷多；但在本申请的一个具体的方式中，由于硅基底本体具有锑元素，可以进一步掺杂第三主族和第五主族形成共掺，还可以克服单一元素掺杂导致的晶硅晶格畸变，避免了重掺杂区缺陷多。
如图1显示了典型的背接触太阳能电池的示意图。通常太阳电池具有一个硅基底4，具有正极，即第一电极1，以及负极，即第二电极5，其中正极和P型半导体形成接触，负极和N型半导体形成接触。在光照情况下，电极处接入外接电路，整个太阳能电池即可输出电流。在图1中，左侧由P型半导体形成的区域为空穴收集区域，在右侧由N型半导体形成的区域为电子收集区域。
进一步地，如图1，在硅基底4的表面设置有界面钝化层9(也可以称为隧穿层)，界面钝化层9的厚度为0.1-5nm，例如可以为0.1nm、0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm、5nm等；界面钝化层9的材质可以是本领域技术人员常用的材料，根据电池具体的类型的不同，可以选自氧化硅、氧化铝、氮化硅、本征非晶硅等材料。
进一步地，界面钝化层9远离硅基底4的一侧设置有半导体层3。半导体层3的材质可以是本领域技术人员常用的材料，根据电池具体的类型的不同，可以选自多晶硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种。半导体层3可以是多种的混合体或者层叠体。在图1所示的电池结构中，通过隔离区域6可以隔离空穴收集区域和电子收集区域。进一步还可以在半导体层3上设置钝化层2。
本申请的硅基底4可以具有部分其它掺杂区，掺杂区可以通过半导体层3经由界面钝化层9掺杂到硅片中形成。也可以通过直接掺杂形成。
在本申请中，除了硅基底4中掺杂有锑元素之外，还可以进一步掺杂有其他元素，例如第三主族元素或第五主族元素，第三主族元素，例如硼、铝、镓、铟、铊，第五主族元素，例如氮、磷、砷、锑、铋。
在一个具体的方式中，硅基底4的部分区域掺杂有磷元素，部分区域掺杂有硼元素。在一个具体方式中，界面钝化层是指具有钝化作用、且允许掺杂元素通过的层，例如可以是隧穿层。
图2示出了IBC(Interdigitatedback contact)电池的背面电极图形，即指交叉背接触电池的电极二维结构图，在硅基底的背光面形成有叉指形交叉排列的空穴收集区域和电子收集区域，同时，正负电极也呈叉指状方式排列在电池背光面的一种背结背接触太阳能电池。在本申请中，对于IBC电池中使用的电池的类型没有任何限定，只要将第一发射极(即电子收集区域)和第二发射极(即空穴收集区域)交叉排列在背光面即可。
在本申请中，硅基底的正面是指电池正常工作条件下，面向太阳光一侧的表面，而背光面是指和正面相对的硅基底另一侧的表面。
如图2所示，在硅基底的背面形成了若干集电栅线，图2中显示了同一极性的IBC细栅线的中心间距为d。以图2为例，同样为第一电极的细栅线的中心间距为d1，同样为第二电极的细栅线的中心间距为d2，d1＝d2＝d。
在本申请集电栅线垂直的方向上的相同极性的集电栅线的栅线密度为n根/cm，本领域技术人员可以通过视觉观察来确定每厘米中集电栅线的平均根数，例如通过计数法来测量，也可以通过计数确定整个硅基底上设置的集电栅线的总数，并除以整个硅基底的长度(集电栅线垂直的方向上)，来确定栅线密度。对于背接触电池，由于不同极性的集电栅线设置在同一侧，通常还需要再进一步除以2以获得针对同一极性的集电栅线的平均根数，此外，也可以通过同一极性集电栅线的根数和集电栅线垂直方向上的电池长度来获取栅线密度。
图3为双面接触电池的背面电极图形。在图3的电池结构中，在硅基底的一侧的整个表面为同一极性的电极，同一极性的电极包括平行或近似平行的集电栅线，即细栅线。在硅基底的另一侧的整个表面形成相反极性的电极。另外，电极还可以包括如图3所示的与细栅线垂直的主栅线。其中，同一极性的细栅线的中心间距为d，如图3所示。
与上述背接触电极类似，本领域技术人员可以通过测量相邻集电栅线之间的距离d，并且通过电池垂直集电栅线方向上的总长度，利用长度来除以距离d来计算，本领域技术人员也完全可以理解，上述根数数量的计算方法或测量方法仅仅是列举行的，本领域技术人员可以完全按照实际情况来计算。
在本申请中，在计算本申请集电栅线垂直的方向上单位长度上的相同极性的集电栅线的栅线密度时，本领域技术人员也明确仅仅是针对设置有集电栅线的区域而言，如果集电栅线均匀地设置在硅基底上时，可以以整个硅基底作为计算集电栅线的基础，如果仅仅设置在电池硅基底的局部区域时，应当以该局部区域作为测量设置有集电栅线的区域的总长度，再来计算单位长度上的栅线密度。
本申请的申请人通过深入研究发现，在本申请的具体的实施方案中，本申请的一种电池包括：硅基底，以及形成在硅基底的一侧表面的若干集电栅线；所述硅基底中掺杂有锑元素；在垂直于该集电栅线方向上，单位长度上相同极性的集电栅线的栅线密度为n根/cm。栅线密度n和硅片的基底中的锑元素的浓度a atoms/cm3满足如下关系：
n≥35-klg a公式一。
在本申请中，集电栅线是用于收集载流子的栅线，一般也就称为细栅线。
对于电池的形式没有任何限制，可以适用于各类太阳能电池，包括铝背场电池(Al-BSF)、钝化发射极和背面接触电池(PERC)、金属穿孔卷绕电池(MWT)；钝化发射极背面定域扩散电池(PERL)、钝化发射极背面全扩散电池(PERT)、发射区穿孔卷绕电池(EWT)、隧穿氧化层钝化电池(TOPCon)、交叉指式背接触电池(IBC)、晶体硅异质结电池(HJT/HIT)、全背电极背接触异质结电池(HBC)。
在一个具体方式中，如果是双面接触电池，则本申请的方案针对正背面电极集电栅线的设计均适用，均可以按照本申请的方案来进行设计，具体实施方式中的数据以正面栅线为例。
在一些具体的方式中，可以是至少部分具有TOPCon的结构的电池，包括TOPCon电池，局部TOPCon电池、背接触杂化电池和TBC电池，也可以是晶体硅异质结电池(HJT/HIT)、全背电极背接触异质结电池(HBC)。
在一个具体的实施方式中，k小于等于2，例如可以为1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0。
对于各类电池，通过有效地控制集电栅线的数量，即能够满足公式一，则可以有效地改善横向传输的效果。能够获得良好的电池效率Eta以及开路电压，同时短路电流和填充因子也较为优异，即能够有效地改善电池片的效率。
在一个具体的实施方式中，针对不同太阳电池中硅基底厚度，来进一步修正计算单位长度内相同极性的集电栅线根数n(即栅线密度n根/cm)，当硅基底厚度为bμm时，栅线密度n和硅基底中的锑元素的浓度a满足如下关系：
其中，常数c为50μm。基于公式二，硅基底越薄，载流子横向传输的电阻对栅线设计影响大，需要的栅线数量越多，才能提升电池性能。当硅基底厚度b为50-100μm或100-180μm时，可以基于公式二计算出不同的数值范围。
在一个具体的实施方式中，n满足如下关系：
n≤35-lg a公式三
通常来说，栅线的根数越多，金属和硅半导体接触面积就越大，硅基底中的载流子就更容易被复合掉。所以栅线密度也不是越大越好，会有一定上限，并且由于在电极处通常有更高的载流子复合速率(复合速率是用反向饱和电流密度来衡量)，复合速率的值越大，复合就越严重，电池就越严重，所以栅线密度也不是越大越好，会有一定上限；同时，栅线根数越多，相对地电池遮光更严重，因此，对于n同时满足公式一以及公式三，即35-klg a≤n≤35-lg a，可以有效地平衡横向传输的效果和遮光对于电池效率的影响，电池的效率更优。
在一个具体的实施方式中，本申请的上述公式一、公式二和公式三中的栅线密度可以适用于双面接触电池的正背面细栅线，包括PN结侧和高低结侧；还适用BC电池的背面栅线，包括背面正极细栅线、背面负极细栅线。
在一个具体的实施方式中，针对双面接触电池，电池的正极和负极分布在电池的两个不同表面时，优选k＝2。
双面接触电池，其指的是通过不同表面的掺杂区将载流子收集到相同或不同表面的电池。可以是正负电极直接在两侧，也可以是电子空穴从两侧分别引出，但是最终正负电极在电池的同侧表面上。
在本申请一个具体的方式中，该双面接触电池可以为金属穿孔卷绕(MWT)电池、发射极穿孔卷绕(EWT)电池。
在本申请一个具体的方式中，该双面接触电池为TOPCon电池。图7显示了本申请涉及的双面接触电池的一个典型结构。在界面钝化层9远离硅基底4的一侧设置有半导体层3。进一步还可以在半导体层3上设置钝化层2。进一步地，所述太阳电池具有一个硅基底4，具有第一电极1以及第二电极5。在图7中，上部是由P型半导体形成的区域为空穴收集区域，下部是由N型半导体形成的区域为电子收集区域。
在一个具体的实施方式中，针对背接触电池，电池的正极和负极设置在电池的一个表面时，k＝1.9。本申请的发明人，通过大量试验发现，针对背接触电池k取1.9时，更加准确。
在本申请一个具体的方式中，该背接触电池为背接触杂化电池。
在本申请一个具体的方式中，该背接触电池为TBC电池。
在本申请一个具体的方式中，该背接触电池为全背电极背接触异质结电池。
在一个具体的实施方式中，针对背接触电池的情况，通常在电池的一侧具有电子收集区域和空穴收集区域，同时位于电子收集区域和空穴收集区域之间的隔离区域；当电池电子收集区域和空穴收集区域之间的隔离区域的深度为dμm时，所述n满足如下关系：
其中隔离区域的深度为电子收集区域和空穴收集区域中更浅区域的底部距离隔离区域底部的平均深度对应的数值高度差，也即是空穴收集区域或电子收集区域的隧穿层和基底的界面(即硅基底表面)，到隔离区最深处的垂直深度，如果空穴收集区域和电子收集区域的高度不同，则选择更高的一个区域到隔离区最深处的垂直深度。
上述隔离区域指的是在空穴收集区域和电子收集区域之间引入的一个电绝缘区域(或称为gap区域)，从而避免了空穴收集区域和电子收集区域横向的直接接触。本领域技术人员不难理解，高度差d指的是电子收集区域和空穴收集区域二者中更浅区域的底部距离隔离区域底部平均深度所对应的竖直高度差，或者当太阳能电池含有界面钝化层的时，所述电子收集区域或空穴收集区域的底部为界面钝化层靠近硅基底一侧的高度。
在一个具体实施方式中，背接触电池的结构图如图4所示，其中，空穴收集区域7和电子收集区域8通过隔离区域6隔离开，其中，空穴收集区域7为两个区域中更高的区域，因此上述高度差d如图4所示，是指空穴收集区域7的底部到隔离区域6底部之间的差值。
在一个具体实施方式中，本申请涉及的太阳能电池的空穴收集区域、电子收集区域与隔离区域处于相同的高度，即深度都相同，因此不存在高度差。
在一个具体实施方式中，本申请提供了一种太阳能电池的结构，其结构如图5所示，空穴收集区域和电子收集区域的深度相同，空穴收集区域和电子收集区域中的任一个区域的底部与隔离区域底部的平均深度对应的数值高度差为d。
本申请提供了一种太阳能电池的结构示意图，如图6所示，空穴收集区域和电子收集区域的深度相同，空穴收集区域和电子收集区域中的任一个区域的底部与隔离区域底部的平均深度对应的数值高度差为d。
对于具有数值高度差d的背接触电池，如果满足上述公式四(k＝1.9)，通过这样的设置可以有效地平衡横向传输、纵向传输的效果和遮光对于电池效率的影响。
在一个具体的实施方式中，所述锑元素的浓度a的范围为1E13～1E18atom/cm3。
例如，所述锑元素的浓度a可以为1E13 atom/cm3、1E14 atom/cm3、1E15atom/cm3、1E16 atom/cm3、1E17 atom/cm3、1E18 atom/cm3等。例如可以为2E13 atom/cm3、3E13 atom/cm3、4E13 atom/cm3、5E13 atom/cm3、6E13atom/cm3、7E13 atom/cm3、8E13 atom/cm3、9E13atom/cm3、1E14 atom/cm3、4E+14 atom/cm3、4.1E+14 atom/cm3、4.2E+14atom/cm3、4.3E+14atom/cm3、4.4E+14atom/cm3、4.5E+14atom/cm3、4.6E+14atom/cm3、4.7E+14atom/cm3、4.8E+14atom/cm3、4.9E+14atom/cm3、5E+14atom/cm3、5.1E+14atom/cm3、5.2E+14atom/cm3、5.3E+14atom/cm3、5.4E+14atom/cm3、5.5E+14atom/cm3、5.6E+14atom/cm3、5.7E+14atom/cm3、5.8E+14atom/cm3、5.9E+14atom/cm3、6E+14atom/cm3、6.1E+14atom/cm3、6.2E+14atom/cm3、6.3E+14atom/cm3、6.4E+14atom/cm3、6.5E+14atom/cm3、6.6E+14atom/cm3、6.7E+14atom/cm3、6.8E+14atom/cm3、6.9E+14atom/cm3、7E+14atom/cm3、7.1E+14atom/cm3、7.2E+14atom/cm3、7.3E+14atom/cm3、7.4E+14atom/cm3、7.5E+14atom/cm3、7.6E+14atom/cm3、7.7E+14atom/cm3、7.8E+14atom/cm3、7.9E+14atom/cm3、8E+14atom/cm3、8.1E+14atom/cm3、8.2E+14atom/cm3、8.3E+14atom/cm3、8.4E+14atom/cm3、8.5E+14atom/cm3、8.6E+14atom/cm3、8.7E+14atom/cm3、8.8E+14atom/cm3、8.9E+14atom/cm3、9E+14atom/cm3、9.1E+14atom/cm3、9.2E+14atom/cm3、9.3E+14atom/cm3、9.4E+14atom/cm3、9.5E+14atom/cm3、9.6E+14atom/cm3、9.7E+14atom/cm3、9.8E+14atom/cm3、9.9E+14atom/cm3、1E+15atom/cm3、1.1E+15atom/cm3、1.2E+15atom/cm3、1.3E+15atom/cm3、1.4E+15atom/cm3、1.5E+15atom/cm3、1.6E+15atom/cm3、1.7E+15atom/cm3、1.8E+15atom/cm3、1.9E+15atom/cm3、2E+15atom/cm3、2.1E+15atom/cm3、2.2E+15atom/cm3、2.3E+15atom/cm3、2.4E+15atom/cm3、2.5E+15atom/cm3、2.6E+15atom/cm3、2.7E+15atom/cm3、2.8E+15atom/cm3、2.9E+15atom/cm3、3E+15atom/cm3、3.1E+15atom/cm3、3.2E+15atom/cm3、3.3E+15atom/cm3、3.4E+15atom/cm3、3.5E+15atom/cm3、3.6E+15atom/cm3、3.7E+15atom/cm3、3.8E+15atom/cm3、3.9E+15atom/cm3、4E+15atom/cm3、4.1E+15atom/cm3、4.2E+15atom/cm3、4.3E+15atom/cm3、4.4E+15atom/cm3、4.5E+15atom/cm3、4.6E+15atom/cm3、4.7E+15atom/cm3、4.8E+15atom/cm3、4.9E+15atom/cm3、5E+15atom/cm3、5.1E+15atom/cm3、5.2E+15atom/cm3、5.3E+15atom/cm3、5.4E+15atom/cm3、5.5E+15atom/cm3、5.6E+15atom/cm3、5.7E+15atom/cm3、5.8E+15atom/cm3、5.9E+15atom/cm3、6E+15atom/cm3、6.1E+15atom/cm3、6.2E+15atom/cm3、6.3E+15atom/cm3、6.4E+15atom/cm3、6.5E+15atom/cm3、6.6E+15atom/cm3、6.7E+15atom/cm3、6.8E+15atom/cm3、6.9E+15atom/cm3、7E+15atom/cm3、7.1E+15atom/cm3、7.2E+15atom/cm3、7.3E+15atom/cm3、7.4E+15atom/cm3、7.5E+15atom/cm3、7.6E+15atom/cm3、7.7E+15atom/cm3、7.8E+15atom/cm3、7.9E+15atom/cm3、8E+15atom/cm3、8.1E+15atom/cm3、8.2E+15atom/cm3、8.3E+15atom/cm3、8.4E+15atom/cm3、8.5E+15atom/cm3、8.6E+15atom/cm3、8.7E+15atom/cm3、8.8E+15atom/cm3、8.9E+15atom/cm3、9E+15atom/cm3、9.1E+15atom/cm3、9.2E+15atom/cm3、9.3E+15atom/cm3、9.4E+15atom/cm3、9.5E+15atom/cm3、9.6E+15atom/cm3、9.7E+15atom/cm3、9.8E+15atom/cm3、9.9E+15atom/cm3、1E+16atom/cm3、1.1E+16atom/cm3、1.2E+16atom/cm3、1.3E+16atom/cm3、1.4E+16atom/cm3、1.5E+16atom/cm3、1.6E+16atom/cm3、1.7E+16atom/cm3、1.8E+16atom/cm3、1.9E+16atom/cm3、2E+16atom/cm3、3E+16atom/cm3、4E+16atom/cm3、5E+16atom/cm3、6E+16atom/cm3、7E+16atom/cm3、8E+16atom/cm3、9E+16atom/cm3、1E+17atom/cm3、2E+17atom/cm3、3E+17atom/cm3、4E+17atom/cm3、5E+17atom/cm3、6E+17atom/cm3、7E+17atom/cm3、8E+17atom/cm3、9E+17atom/cm3以及这些数值之间的任意范围。
本申请在硅基底中掺杂Sb元素，由于低浓度掺杂，故而缺陷少，可以提高硅基体的电荷迁移率以及降低硅基体的电阻率；其次，该浓度下的Sb元素可以减少由于掺杂导致的晶硅带边能级分化，且Sb元素掺杂离化率较高。
实施例以及对比例
一、初始公式获得
首先使用本领域常规的方法制备硅基底，并通过调节Sb掺杂剂的掺杂量，检测并选取锑元素的浓度为8.00E+16cm-3、1.00E+16cm-3、2.40E+15cm-3、9.00E+14cm-3、4.50E+14cm-3、3.00E+14cm-3、2.20E+14cm-3、4.40E+13cm-3的硅基底。上述硅基底的锑元素的浓度采用本领域的常规方法检测。
将上述硅基底制成电池，并设置不同的栅线密度，然后分别测试电池性能。
针对同一锑浓度的硅基底，不同栅线密度的电池效率分布情况，即相同硅基底情况下不同栅线密度的电池性能(以转换效率Eta为准)的趋势图，如图8～11所示，发现在一定范围内，随着栅线密度变小，电性能有下降趋势。并且在特定栅线密度以下，电性能下降变得非常快。将该特定的栅线密度记作拐点栅线密度；然后基于在不同锑浓度以及对应的拐点栅线密度n进行数据拟合，结果如图12所示。
如图12所示，横坐标表示硅基底中的锑掺杂浓度a，单位为cm-3；纵坐标表示栅线密度n，单位为根/cm；可以看出，得到的拟合曲线公式为y＝35-2lgx，也即n＝35-2lga；当n和a满足公式35-2lg a时，即n≥35-2lg a，太阳能电池的效率上升非常明显，如果n＜35-2lga，则太阳能电池的效率下降非常明显。
可以看出，当实际电池的栅线密度n大于此下限临界值(35-2lg a)时，电性能水平明显较高。当实际电池的n大于此下限临界值时，电性能水平选对较低。
二、太阳能电池性能的验证
制备例
首先使用本领域常规的方法制备硅基底，并通过调节Sb掺杂剂的掺杂量，检测并选取锑元素的浓度为8.00E+16cm-3、1.00E+16cm-3、2.40E+15cm-3、9.00E+14cm-3、4.50E+14cm-3、3.00E+14cm-3、2.20E+14cm-3、4.40E+13cm-3的硅基底。上述硅基底的锑元素的浓度采用本领域的常规方法检测。
实施例1针对双面接触电池
电池1-1～1-10的制备
分别采用制备例得到的掺锑元素的硅基底制备如图7所示的双面接触电池结构，所述电池为TOPCon太阳电池，其中实施例1-1和1-6采用锑元素的浓度为8.00E+16cm-3的硅基底，实施例1-2和1-7采用锑元素的浓度为1.00E+16cm-3的硅基底，实施例1-3和1-8采用锑元素的浓度为9.00E+14cm-3的硅基底、实施例1-4和1-9采用锑元素的浓度为8.00E+14cm-3的硅基底，以及实施例1-5和1-10采用锑元素的浓度为4.00E+14cm-3的硅基底。实施例1-1到1-5的硅基底厚度为150μm；实施例1-6到1-10的硅基底厚度为100μm。
针对实施例1-1～1-10制备的太阳能电池，利用使用IV测试仪，具体为halm公司生产的光伏电性能测试设备进行测试，在制备试验样品时，每组均制备了100片实验片，最后成品电池片在30-100片不等，每组的效率取中位数得到Isc、Uoc、FF和Eta性能，结果分别如表1和表2所示。
表1厚度为150μm的双面接触电池结果
表2厚度为100μm的双面接触电池结果
基于实施例1的结果可以看出，在双面接触电池的情况下，即电池的正负极分布在电池的两个不同侧面，当栅线密度n与锑掺杂浓度a关系不符合公式一时，太阳能电池的Isc、Uoc、FF和Eta的性能不好；随着栅线密度的增加，当栅线密度n与锑掺杂浓度a关系满足公式一后，太阳能电池的Isc、Uoc、FF和Eta的性能较好；当栅线密度n与锑掺杂浓度a关系满足公式二后，太阳能电池的Isc、Uoc、FF和Eta的性能更好。
针对表1数据，在不同浓度下，依据该实施例下栅线密度增大顺序，做Eta性能的数据的趋势图分别如图8；针对表2数据，在不同浓度下，依据该实施例下栅线密度增大顺序，做Eta性能的数据的趋势图分别如图9；需要说明的是，图8和图9中的横坐标只代表该实施例下栅线密度数据序号，无实际物理含义。
从图8和图9中，图中竖向虚线左侧的数据均不满足公式一，可以看出在不满足公式一的情况，电池性能下降较快。
实施例2针对背接触电池
电池2-1～2-10的制备
分别采用制备例得到的掺锑元素的硅基底制备背接触电池结构，电池结构如图1所示，栅线结构如图2所示。其中实施例2-1和2-6采用锑元素的浓度为8.00E+16cm-3的硅基底，实施例2-2和2-7采用锑元素的浓度为1.00E+16cm-3的硅基底，实施例2-3和2-8采用锑元素的浓度为9.00E+14cm-3的硅基底，实施例2-4和2-9采用锑元素的浓度为8.00E+14cm-3的硅基底，实施例2-5和2-10采用锑元素的浓度为4.00E+14cm-3的硅基底，并分别基于不同硅基底的厚度、不同背接触电池的隔离区域的深度。
针对实施例2-1～2-15制备的太阳能电池，利用与实施例1相同的方法检测Isc、Uoc、FF和Eta性能，结果分别如表3和表4所示。
表3厚度为150μm的背接触电池结果
表4厚度为100μm的背接触电池结果
基于表3和4的结果可以看出，在背接触电池的情况下，即电池的正负极均在电池的一个侧面，此时，当n≥35-1.9lga时，太阳能电池的Isc、Uoc、FF和Eta性能好，而不满足此公式时，Isc、Uoc、FF和Eta性能较差。
此外，在n符合公式二时，太阳能电池的Isc、Uoc、FF和Eta性能更好，发明人猜测的原因是，载流子不仅要穿过硅基底厚度方向，也通常需要在背面的正极和负极之间进行横向移动，在横向传输过程中，经过的路径更长，因此需要在单位长度上设置更多的栅线用来抵消这一影响。
当n符合公式四时，能够进一步提高太阳能电池的Isc、Uoc、FF和Eta的性能。
针对表3数据，在不同浓度下，依据该实施例下栅线密度增大顺序，做Eta性能的数据的趋势图分别如图10；针对表4数据，在不同浓度下，依据该实施例下栅线密度增大顺序，做Eta性能的数据的趋势图分别如图11；需要说明的是，图10和图11中的横坐标只代表该实施例下栅线密度数据序号，无实际物理含义。
在图10和图11中，图中竖向虚线左侧的数据均不满足公式一，更加明显可以看出在不满足公式一的情况，电池性能下降较快。
尽管以上结合对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请保护之列。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其包括：
硅基底，以及形成在硅基底的一侧表面的若干集电栅线；
所述硅基底中掺杂有锑元素，
在与所述集电栅线垂直的方向上的相同极性的集电栅线的栅线密度为n根/cm，硅基底中锑元素的浓度为a atoms/cm3时，n与a满足如下关系：
n≥35-klg a公式一，
其中，k小于等于2。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，当所述电池的硅基底的厚度为bμm时，所述n满足如下关系：
其中，c为常数，且取值为50μm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，n与a还满足如下关系：
n≤35-lg a公式三。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池为双面接触电池，k＝2。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池为背接触电池，k＝1.9。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述硅基底的一侧表面具有电子收集区域和空穴收集区域，以及位于电子收集区域和空穴收集区域之间的隔离区域；当所述隔离区域的深度为dμm时，所述n满足如下关系：
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中，
所述隔离区域的深度为电子收集区域和空穴收集区域中更浅区域的底部距离隔离区域底部的平均深度对应的数值高度差，所述隔离区域的底部为所述隔离区域对应的硅基底的表面，
当所述太阳能电池含有界面钝化层时，所述电子收集区域或空穴收集区域的底部为界面钝化层靠近硅基底一侧的高度。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池，其中，所述a的范围为1E13～1E18。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池，其中，每根所述集电栅线的宽度为10-200μm。
10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括权利要求1～9中任一项所述的太阳能电池。
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