太阳能电池及其光伏组件的制作方法

1.本实用新型实施例涉及半导体领域，特别涉及一种太阳能电池及其光伏组件。


背景技术：

2.电池界面复合是抑制电池效率提升的关键因素。目前业内钝化晶硅太阳能电池，常采用等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)在硅片表面生长一层氮化硅薄膜，通过调整多层氮化硅膜层的折射率，使其获得最优的界面钝化效果和光学减反效果。但是，该钝化材料具有较高的固定正电荷，仅可应用在p型电池的磷扩散层表面和非扩散表面，无法被应用于n型电池的硼扩散层表面钝化。
3.为解决该问题，行业内引入带有固定负电荷的氧化铝薄膜材料，当氧化铝沉积在p型电池的磷扩散层表面时，可提供足够数量的固定负电荷以钝化电池界面的缺陷，从而提升电池的钝化效果。然而在n型硅片的硼扩散层上沉积氧化铝薄膜，将会带来较高的界面态缺陷密度，弱化氧化铝的场钝化效果，需要通过电退火等过程才能提升其钝化效果。于是，沉积氧化铝薄膜所需的设备以及退火工序，无疑增加了n型电池制备的设备成本和工艺时长，且对电池良率管控造成不良影响。因此，希望开发一种非氧化铝钝化体系且保持高效率的新型n型电池以取代氧化铝钝化体系的n型电池。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种太阳能电池及其光伏组件，太阳能电池采用非非氧化铝钝化体系，且同时保持高效率。
5.为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种太阳能电池，包括：n型基底以及位于所述基底前表面的p型发射极；位于所述基底前表面且在远离所述p 型发射极的方向上依次设置有第一钝化层、第二钝化层和第三钝化层，其中所述第一钝化层包括第一氮氧化硅材料，所述第二钝化层包括第一氮化硅材料，所述第三钝化层包括第二氮氧化硅材料，在垂直于所述基底表面的方向上，所述第一钝化层的厚度为8nm～20nm；位于所述基底后表面的钝化接触结构。
6.另外，所述第一钝化层的第一折射率为1.61～1.71。
7.另外，所述第一钝化层的第一折射率大于所述第三钝化层的第三折射率，所述第三钝化层的第三折射率为1.56～1.61。
8.另外，在垂直于所述基底表面的方向上，所述第三钝化层的厚度不大于 50nm。
9.另外，在垂直于所述基底表面的方向上，所述第三钝化层的厚度为 10nm～20nm。
10.另外，所述第二钝化层的第二折射率大于所述第三钝化层的第三折射率以及所述第一钝化层的第一折射率。
11.另外，所述第二折射率为1.98～2.2。
12.另外，在垂直于所述基底的方向上，所述第二钝化层的厚度为40nm～60nm。
13.另外，还包括：第四钝化层，所述第四钝化层包括第二氮化硅材料，覆盖所述钝化
接触结构背离所述基底的表面，所述第四钝化层的折射率为2.04～2.2，在垂直于所述基底后表面的方向上，所述第四钝化层的厚度为60nm～100nm。
14.相应地，本实用新型实施例还提供一种光伏组件，包括上述任一项所述的太阳能电池。
15.与现有技术相比，本实用新型实施例提供的技术方案具有以下优点：
16.上述技术方案中，采用相对于氮化硅具有较弱正电性的氮氧化硅作为缓冲层，并合理设置第一钝化层的厚度，有利于减小强正电性的第二钝化层对p型发射极的影响，进而应用于p型发射极表面；同时，相较于氧化铝，氮氧化硅与基底的性质相近，有利于降低p型发射极的界面态缺陷密度以及受到的应力损伤，进而降低基底前表面的载流子复合率，提高太阳能电池的光电转换效率；进一步地，具有正电性的第一钝化层可排斥迁入的正离子，避免正离子迁移至基底表面，有利于抑制太阳能电池的pid现象，提高组件性能。
17.另外，合理设置第一钝化层的折射率，有利于提高入射光线的利用效率，进而提高太阳能电池的光电转换效率；还有利于扩大第三钝化层的材料选用范围，以满足第三钝化层的第三折射率在一定范围内可调的灵活性。
附图说明
18.一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，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
19.图1为本实用新型实施例提供的太阳能电池。
具体实施方式
20.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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，在本实用新型各实施例中，为了使读者更好地理解本技术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，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
21.参考图1，太阳能电池包括：n型基底100以及位于基底100前表面的p型发射极111；位于基底100前表面且在远离p型发射极111的方向上依次设置有第一钝化层112、第二钝化层113和第三钝化层114，其中第一钝化层112包括第一氮氧化硅材料，第二钝化层113包括第一氮化硅材料，第三钝化层114包括第二氮氧化硅材料，在垂直于基底100表面的方向上，第一钝化层112的厚度为8nm～20nm；位于基底100后表面的钝化接触结构125。
22.其中，8nm～20nm可以是12nm、15nm或18nm。
23.在一些实施例中，基底100为硅基底，基底100的电阻率范围为 0.1～10ohm.cm，优选为0.3～2ohm.cm，采用优选的电阻率值，有利于提高太阳能电池的光电转换效率；基底100前表面为基底100朝向阳光的表面，基底100 后表面为基底100背离阳光的表面，p型发射极111位于基底100朝阳侧的至少部分表层空间，p型发射极111的扩散方阻范围可设置为110ω～140ω，表面扩散浓度可设置为e19～e20/cm3。
24.硅基底的材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅以及微晶硅；在其他实施例中，基底的材料还可以为碳单质、有机材料以及多元化合物，多元化合物包括砷化镓、碲化镉、铜铟硒
等。
25.在一些实施例中，第一钝化层112的材料包括第一氮氧化硅材料，由于第一钝化层112与基底100都包含有硅元素，因此，第一钝化层112的材料特性与基底100的材料特性相近，采用第一氮氧化硅材料作为第一钝化层112的材料，有利于降低p型发射极111与第一钝化层112之间的界面态缺陷密度，提高光生载流子的传输效率，以及降低第一钝化层112施加于基底100的应力，避免基底100受到应力损伤，保证太阳能电池具有较高的光电转换效率。
26.由于材料禁带宽度的要求，基底100材料一般选用半导体材料，或者材料特性与半导体材料相近的材料，当选用金属化合物(例如氧化铝)作为第一钝化层112的材料时，由于第一钝化层112的材料特性与基底100的材料特性差异较大，第一钝化层112容易对基底100施加较大的应力甚至造成应力损伤，不利于光生载流子的生成与传输，不利于进一步提升太阳能电池的光电转换效率。
27.在一些实施例中，第一钝化层112中包含相对于氮化硅呈现较弱正电性的氮氧化硅，以适配n型基底100表面的p型发射极111(比如，利用硼扩散形成的p型发射极111)，形成的第一钝化层112可以用于阻隔从组件封装材料中迁入的正离子，避免正离子迁移至基底100表面，进而抑制太阳能电池的pid 现象，提升光伏组件的性能；同时，由于第一钝化层112呈现较弱的正电性，因此第一钝化层112对第二钝化层113的场钝化效果的影响较小，第一钝化层 112具有良好的能带弯曲效果，有利于减小载流子在基底100前表面的复合速率，从而提升光电转换效率。
28.当光伏组件的边缘发生受潮时，光伏组件的封装材料的玻璃内部会生成大量的自由移动的na

，且钠离子会穿过封装材料而迁移至太阳能电池表面。当采用氧化铝作为第一钝化层112的材料时，由于氧化铝携带电荷的极性与钠离子的极性相反，无法阻拦钠离子的进一步迁移，因此，钠离子可进一步迁移至基底100表面而破坏pn结，从而导致太阳能电池的功率衰减和光电转换效率降低；而采用呈现较弱正电性的氮氧化硅材料(包括第一氮氧化硅材料)作为第一钝化层112，第一钝化层112整体呈现正电性，可以利用同性相斥原理阻隔钠离子的迁移，避免钠离子聚集在基底100表面，保证第一钝化层112和第二钝化层 113的钝化效果，提高太阳能电池的光电转换效率。
29.第一钝化层112的参数可以包括第一折射率和厚度。第一钝化层112的厚度与第一钝化层112携带的正电荷数量有关，厚度越厚，携带的正电荷数量越多；以及与第一钝化层112施加于基底100的应力有关，厚度越厚，应力越大，第一钝化层112与基底100之间的界面态缺陷密度越高；此外，与第一钝化层 112在电池前表面的入射光利用率有关，即厚度越厚，入射光利用率越低。
30.在一些实施例中，第一钝化层112具有相对较高的第一折射率，有利于提高入射光线的利用效率，进而提高太阳能电池的光电转换效率；还有利于扩大第三钝化层114的材料选用范围，以满足第三钝化层114的第三折射率在一定范围内可调的灵活性，进而提高光电转换效率。其中，第一折射率具体为 1.61～1.71，例如为1.63、1.66或1.69。
31.此外，通过合理设置第一钝化层112的厚度，有利于避免第一钝化层112 内的正电荷数量过多，保证第一钝化层112对p型发射极具有良好的能带弯曲效果；此外，有利于避免第一钝化层112内的正电荷数量过少，保证第一钝化层112对迁入的正离子具有良好的排斥
作用，从而抑制pid现象；同时，有利于增强正面入射光的利用率，提升太阳能电池短路电流；进一步地，有利于将第一钝化层112与基底100之间的应力控制在合理范围内，既保证第一钝化层 112与基底100之间的有效结合，又减小基底100受到的应力损伤和界面态缺陷密度，有利于提升载流子生成与传输效率，从而提升太阳能电池的光电转换效率。
32.在一些实施例中，第一钝化层112可以由多层氮氧化硅层组成，第一钝化层112的折射率指的是多层氮氧化硅层的整体折射率，在第一钝化层112朝向基底100的方向上，多层氮氧化硅层的折射率可以递增，以提高入射光线的利用效率，进而提高太阳能电池的光电转换效率。
33.在一些实施例中，第二钝化层113由第一氮化硅材料组成。采用相对氮氧化硅材料具有较强正电性的氮化硅材料作为第二钝化层113，有利于使得第二钝化层113具有良好的氢钝化效果，扩散到基底100前表面减小载流子复合速率，提高太阳能电池的光电转换效率；同时，有利于控制第二钝化层113具有较高折射率，减少光线的反射和出射，增强可见光的吸收，便于制备黑色或者暗蓝色太阳能电池，使其满足黑色组件的要求。
34.第二钝化层113的参数可以包括第二折射率和厚度。第二钝化层113的厚度与第二钝化层113的氢钝化效果有关，氢钝化效果影响太阳能电池的转换效率；第二钝化层113的厚度还与太阳能电池的成本有关，厚度越厚，成本越高。需要说明的是，光电转换效率具有上限值，当入射光线的反射量和出射量接近最小值时，厚度继续增厚意义较小。
35.在一些实施例中，第二折射率大于第一折射率和第三折射率，从而保证第一钝化层112和第二钝化层113作为一个整体相对于第三钝化层114具有较高的折射率，从而减少光线的反射和出射。具体地，第二折射率可以为1.98～2.2，例如为2.05、2.1或2.15。
36.在一些实施例中，在垂直于n型基底100的方向上，第二钝化层113的厚度为40nm～60nm，例如为45nm、50nm或55nm。通过合理设置第二钝化层113 的厚度，有利于保证第二钝化层113携带的正电荷数量满足界面氢钝化要求，降低载流子的表面复合速率；此外，有利于减薄太阳能电池的封装尺寸，降低成本。
37.需要说明的是，关于第二钝化层113的折射率以及厚度的限定属于对第二钝化层113的整体限定，实际上，第二钝化层113即可以是单层膜层，也可以是由依次层叠的多层膜层组成。具体来说，第二钝化层113可以由2～4层子膜层构成，在第二钝化层113朝向基底100的方向上，不同子膜层的折射率递增，每一子膜层的折射率都满足关于第二钝化层113的折射率的限定，如此，有利于进一步提高入射光的利用率。
38.在一些实施例中，第三钝化层114包括第二氮氧化硅材料，第三钝化层114 的第三折射率小于第二钝化层113的第二折射率，有利于减少光线的反射和出射，增强可见光的吸收，便于制备黑色或者暗蓝色太阳能电池板呈现的颜色。
39.进一步地，第三钝化层114的第三折射率大于等于第一钝化层112的第一折射率，太阳能电池具有相对较高的光电转换效率；第三钝化层114的第三折射率小于第一钝化层112的第一折射率时，第三钝化层114的反射光线或出射光线可通过第一钝化层112重新入射至基底100内，从而进一步提高太阳能电池的光电转换效率。
40.具体地，受相邻膜层折射率匹配性以及光电转换效率要求的限定，可将第三折射率设置为1.56～1.87，例如1.1.61、1.67或1.75。如此，有利于太阳能电池具有较高的光电转换效率，相对于采用氧化铝作为第一钝化层112的材料，本实用新型提供的太阳能电池的
短路电流isc可提升20～40ma，进而有助于提升太阳能电池的转化效率。
41.太阳能电池吸收光线的能力主要体现在第二钝化层113的折射率和厚度以及第三钝化层114的折射率和厚度上。由于第二钝化层113的折射率和厚度以及第三钝化层114的折射率已经确定，为进一步保证太阳能电池具有较高的吸光能力，可设置第三钝化层114的厚度不大于50nm。
42.根据第三钝化层114的厚度不同，太阳能电池的吸光能力不同，太阳能电池呈现的颜色也不同。在一些实施例中，第三钝化层114具有第一厚度阈值范围和第二厚度阈值范围，第二厚度阈值范围的最大值小于等于第一厚度阈值范围的最小值。当第三钝化层114的厚度处于第一厚度阈值范围时，入射光容易从第三钝化层114的边缘出射，人眼可接收更多的出射光，从而使得太阳能电池表面在可见光状态下呈现亮蓝色；当第三钝化层114的厚度处于第二厚度阈值范围时，入射光更多地进入基底100，太阳能电池表面在可见光状态下呈现接近于黑色的暗蓝色，甚至于呈现黑色，暗蓝色或者黑色太阳能电池可以满足黑色组件的要求。
43.其中，第一厚度阈值范围为20nm～50nm，例如30nm、37nm或45nm，第二厚度阈值范围为10nm～20nm，例如为13nm、15nm或17nm。
44.在一些实施例中，钝化接触结构125至少包括：在远离基底100的方向上依次设置的界面钝化层121和场钝化层122。其中，界面钝化层121的材料为电介质材料，用于实现基底100背面的界面钝化，例如，界面钝化层121为隧穿氧化层(比如，氧化硅层)。场钝化层122的材料为实现场钝化效应的材料，比如掺杂硅层，掺杂硅层具体可以为掺杂多晶硅层、掺杂微晶硅层或掺杂非晶硅层的一种或多种。对于n型硅基底100，场钝化层122可以为n型掺杂多晶硅层。
45.在一些实施例中，在场钝化层122背离基底100的表面还设置有第四钝化层123。第四钝化层123的材料包括实现减反射功能的材料，例如，第二氮化硅材料。
46.进一步地，可限定第四钝化层123的折射率范围为2.04～2.2，例如为2.08、2.12或2.16，在垂直于基底100后表面的方向上，第四钝化层123的厚度范围可设置为60nm～100nm，例如70nm、80nm或90nm。具有上述参数的第四钝化层123，可较好地吸收后表面的光线，有利于保证基底100后表面具有较高的光线利用率。
47.在一些实施例中，第四钝化层123可以是类似于第二钝化层113的多层子膜层，即在第四钝化层123朝向基底100的方向上，不同子膜层的折射率逐渐升高，每一子膜层受第四钝化层123的整体折射率的限制。
48.此外，太阳能电池还包括第一电极115和第二电极124，第一电极115与p 型发射极111电连接，第二电极124贯穿第四钝化层123与场钝化层122电连接。在一些实施例中，第一电极115和/或所述第二电极124可以通过导电浆料 (银浆、铝浆或者银铝浆)烧结印刷而成。
49.在一些实施例中，采用相对于氮化硅具有较弱正电性的氮氧化硅作为缓冲层，并合理设置第一钝化层的厚度，有利于减小强正电性的第二钝化层对p型发射极的影响，进而应用于p型发射极表面；同时，相较于氧化铝，氮氧化硅与基底的性质相近，有利于降低p型发射极的界面态缺陷密度以及受到的应力损伤，进而降低基底前表面的载流子复合率，提高太阳能电池的光电转换效率；进一步地，具有正电性的第一钝化层可排斥迁入的正离子，
避免正离子迁移至基底表面，有利于抑制太阳能电池的pid现象，提高组件性能。
50.相应地，本实用新型实施例还提供一种光伏组件，包括上述任一太阳能电池。包括上述太阳能电池的光伏组件具有较高的光电转换效率，且可有效抑制太阳能电池的pid现象，具有较高的组件性能。
51.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实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。