太阳能电池及光伏组件的制作方法

1.本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种太阳能电池及光伏组件。


背景技术：

2.随着传统能源的不断消耗及其对环境带来的负面影响，太阳能作为一种无污染、可再生能源，其开发和利用得到了迅速的发展。
3.近年来，钝化接触技术在晶体硅太阳能电池领域受到了广泛的关注，钝化接触太阳能电池的效率高达26.1％，其钝化接触结构采用隧穿二氧化硅层，以及叠加在隧穿二氧化硅层上的多晶硅薄膜，在硅基底上制备得到上述钝化接触结构之后，需要进一步在多晶硅薄膜上制备金属电极，从而得到钝化接触太阳能电池。由于高温退火过程会导致隧穿二氧化硅层中的针孔密度增加，针孔结构变大，使得金属电极在烧结过程中穿透钝化接触结构进入硅基底中，从而引起复合增加，破坏钝化接触结构的钝化效果，目前，为避免金属电极的穿透，需要设置厚度较大的多晶硅薄膜。
4.但是，在目前的方案中，由于制备多晶硅薄膜时，生长速率较低，耗时长，从而会降低钝化接触太阳能电池的生产效率。


技术实现要素：

5.本发明提供一种太阳能电池及光伏组件，旨在解决钝化接触太阳能电池的生产效率较低的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
7.硅基底、设置在所述硅基底上的钝化接触结构，以及设置在所述钝化接触结构远离所述硅基底一面的金属电极；
8.其中，所述钝化接触结构包括：钝化隧穿层、氮化钛层和半导体掺杂层；
9.所述钝化隧穿层设置在所述硅基底的一面，所述氮化钛层设置在所述钝化隧穿层远离所述硅基底的一面，所述半导体掺杂层设置在所述氮化钛层远离所述钝化隧穿层的一面。
10.可选的，所述半导体掺杂层为n型掺杂，所述氮化钛层为电子选择传输层；或，
11.所述半导体掺杂层为p型掺杂，所述氮化钛层为空穴选择传输层。
12.可选的，所述氮化钛层为电子选择传输层，所述氮化钛层包含的掺杂原子或离子包括：砷原子或离子、铝原子或离子、磷原子或离子和锌原子或离子中的任意一种或多种。
13.可选的，所述氮化钛层为空穴选择传输层，所述氮化钛层包含的掺杂原子或离子包括：氮原子或离子、硼原子或离子的任意一种或多种。
14.可选的，所述太阳能电池包含第一钝化接触结构和第二钝化接触结构两个钝化接触结构，
15.所述第一钝化接触结构和第二钝化接触结构设置在所述硅基底同一面的不同区域，或设置在所述硅基底相对的两个面；
16.所述第一钝化接触结构和第二钝化接触结构中的半导体掺杂层的掺杂类型互不相同。
17.可选的，所述氮化钛层的厚度为2-50纳米。
18.可选的，所述氮化钛层包含氮化钛微晶。
19.可选的，所述钝化隧穿层的材料包括：氧化硅、氧化铪、氧化铝和氮氧化硅中的任意一种。
20.可选的，所述半导体掺杂层的材料包括：多晶硅、多晶氧化硅和多晶碳化硅中的任意一种；
21.所述半导体掺杂层的厚度为20-200纳米。
22.可选的，所述金属电极包括：铝电极、银电极、铝/银复合电极、镍/铜/锡复合电极、铬/钯/银复合电极和镍/铜/银复合电极中的任意一种。
23.第二方面，本发明实施例提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括前述任一所述的太阳能电池。
24.基于上述太阳能电池及生产方法、光伏组件，本技术存在以下有益效果：在现有结构中，钝化隧穿层和半导体掺杂层受高温退火过程的影响而发生结构和性能的改变，使得金属电极能够穿透钝化隧穿层和半导体掺杂层，金属电极和硅基底接触界面的载流子复合严重。本技术中，钝化接触结构中的钝化隧穿层和半导体掺杂层之间设置有氮化钛层，氮化钛层具有优异的结构热稳定性，可耐1100摄氏度的高温过程，在高温处理前后的结构不会发生较大的变化，因此，设置氮化硅层就可以避免金属电极的穿透钝化接触结构，而不需要通过设置厚度较大的半导体掺杂层，且相比于半导体掺杂层，氮化钛层的生长速率较高，耗时短，从而可以降低太阳能电池的生产周期，提高太阳能电池的生产效率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1示出了本发明实施例中的第一种太阳能电池的结构示意图；
27.图2示出了本发明实施例中的第二种太阳能电池的结构示意图；
28.图3示出了本发明实施例中的第三种太阳能电池的结构示意图；
29.图4示出了本发明实施例中的一种太阳能电池的生产方法的步骤流程图。
30.附图编号说明：
31.10-硅基底，20-钝化接触结构，21-钝化隧穿层，22-氮化钛层，23-半导体掺杂层，30-金属电极，40-第一钝化接触结构，41-第一钝化隧穿层，42-第一氮化钛层，43-第一半导体掺杂层，50-第一电极，60-第二钝化接触结构，61-第二钝化隧穿层，62-第二氮化钛层，63-第二半导体掺杂层，70-第二电极。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.下面通过列举几个具体的实施例详细介绍本发明提供的一种太阳能电池光伏光伏组件。
34.图1示出了本发明实施例提供的第一种太阳能电池的结构示意图，参照图1，太阳能电池可以包括：硅基底10、设置在硅基底10上的钝化接触结构20，以及设置在钝化接触结构20远离硅基底10一面的金属电极30。
35.其中，钝化接触结构20可以包括：钝化隧穿层21、氮化钛层22和半导体掺杂层23，钝化隧穿层21设置在硅基底10的一面，氮化钛层22设置在钝化隧穿层21远离硅基底10的一面，半导体掺杂层23设置在氮化钛层22远离钝化隧穿层21的一面。
36.在本发明实施例中，硅基底的掺杂类型可以为n型掺杂，也可以为p型掺杂，在硅基底的掺杂类型为n型掺杂时，对应的掺杂物可以包括v族元素中的磷元素(p)、砷元素(as)、铋元素(bi)和锑元素(sb)中的任意一种或多种；在硅基底的掺杂类型为p型掺杂时，对应的掺杂物可以包括iii族元素中的硼元素(b)、铝元素(al)、镓元素(ga)和铟元素(in)中的任意一种或多种。
37.在本发明实施例中，设置在硅基底上的钝化接触结构，可以设置在硅基底的背光面，也可以设置在硅基底的向光面，在包含两个钝化结构的情况下，也可以在硅基底的背光面和向光面同时设置钝化接触结构。
38.此外，设置在硅基底上的钝化接触结构可以整面钝化接触，即钝化接触结构覆盖硅基底向光面或背光面的全部区域，也可以为局部钝化接触，即钝化接触结构仅覆盖硅基底向光面或背光面的局部区域。在太阳能电池为局部钝化接触的情况下，对于钝化接触结构覆盖的区域，钝化接触结构提高了该区域的钝化水平，从而降低了该区域的接触复合；对于未设置钝化接触结构的区域，由于减少了对光线的吸收和阻挡，从而可以提高太阳能电池的光吸收效率。
39.具体的，所述钝化隧穿层设置在硅基底的一面上，具有钝化硅基底表面缺陷的功能，可以降低表面缺陷态密度，减少接触区表面复合，从而提高电池的开路电压和转换效率。
40.所述半导体掺杂层设置在钝化隧穿层远离硅基底的一侧，半导体掺杂层与硅基底的掺杂类型可以相同或不同。
41.所述氮化钛层设置在钝化隧穿层和半导体掺杂层之间，即氮化钛层设置在钝化隧穿层远离硅基底的一面，用于阻挡设置在半导体掺杂层远离氮化钛层一面的金属电极穿透钝化接触结构进入硅基底中，从而降低由于金属电极进入硅基底而引起的复合增加和对钝化效果的破坏。
42.需要说明的是，氮化钛层具有空穴选择性或电子选择性，可以作为空穴选择传输层或电子选择传输层，且氮化钛层的空穴选择性或电子选择性与对应的半导体掺杂层的能级相匹配，从而可以提高载流子的选择性。此外，由于不同类型的氮化钛层对应的工艺条件不同，因此，可以通过调节工艺条件，制备得到具有不同功函数和不同类型的氮化钛层。
43.在本发明实施例中，一种太阳能电池，包括：硅基底、设置在硅基底上的钝化接触
结构，以及设置在钝化接触结构远离硅基底一面的金属电极；其中，钝化接触结构包括：钝化隧穿层、氮化钛层和半导体掺杂层；钝化隧穿层设置在硅基底的一面，氮化钛层设置在钝化隧穿层远离硅基底的一面，半导体掺杂层设置在氮化钛层远离钝化隧穿层的一面。本技术中，钝化接触结构中的钝化隧穿层和半导体掺杂层之间设置有氮化钛层，由于氮化钛层具有优异的结构热稳定性，可耐1100摄氏度的高温过程，在高温处理前后的结构不会发生较大的变化，因此，在钝化隧穿层和半导体掺杂层之间设置氮化硅层就可以避免金属电极穿透钝化接触结构，而不需要通过设置厚度较大的半导体掺杂层以避免金属电极的穿透，且相比于半导体掺杂层，氮化钛层的生长速率较高，耗时短，从而可以降低太阳能电池的生产周期，提高太阳能电池的生产效率。
44.可选的，钝化接触结构中氮化钛层的载流子选择性与半导体掺杂层的掺杂类型相匹配，氮化钛层的载流子选择性可以包括：电子选择性和空穴选择性，即氮化钛层可以作为空穴选择传输层或电子选择传输层，半导体掺杂层的掺杂类型可以包括：n型掺杂和p型掺杂。
45.可选的，氮化钛层为电子选择传输层时，氮化钛层包含的掺杂原子或离子可以包括：砷原子或离子、铝原子或离子、磷原子或离子和锌原子或离子中的任意一种或多种。
46.在本发明实施例中，若掺杂在氮化钛中的掺杂原子或离子为砷原子或离子、铝原子或离子、磷原子或离子和锌原子或离子中任意一种或多种，掺杂原子或离子使得氮化钛层具有良好的电子选择性，从而可以作为电子选择传输层，该氮化钛层中的氮原子和钛原子的原子比也不作具体的限定，砷原子或离子、铝原子或离子、磷原子或离子和锌原子或离子分别对应的原子/离子比也不做具体的限定。
47.可选的，氮化钛层为空穴选择传输层时，氮化钛层包含的掺杂原子或离子包括：氮原子或离子、硼原子或离子的任意一种或多种。
48.在本发明实施例中，若掺杂在氮化钛中的掺杂原子或离子为氮原子或离子、硼原子或离子的任意一种或多种时，掺杂氮原子或离子使得氮化钛层具有良好的空穴选择性，从而可以作为空穴选择传输层，该氮化钛层中的氮原子和钛原子的原子比不作具体的限定。
49.在本发明实施例中，在掺杂原子或离子为硼原子或离子时，可以采用二氟化硼(bf2)作为掺杂源对氮化钛层进行掺杂，使得氮化钛层作为空穴选择传输层，具体的，可以通过bf2对氮化钛层进行离子注入，使得硼与氟一起注入，当与氟一起注入时，硼的扩散增强。离子注入的掺杂源可以为三氟化硼(bf3)，离子化后形成bf2+束流，注入能量为5千电子伏特，注入计量为3
×
10
15
/平方厘米。
50.可选的，氮化钛层的厚度为2-50纳米，避免由于氮化钛层的厚度过小而无法阻挡金属电极进入硅基底的同时，也避免由于氮化钛层的厚度过大而影响载流子的收集和对光线的吸收和阻挡。
51.可选的，氮化钛层包含氮化钛微晶，由于氮化钛微晶的微观结构为非常小的微晶的集合，没有明显的晶粒择优取向。
52.可选的，钝化隧穿层的材料包括：氧化硅、氧化铪、氧化铝和氮氧化硅中的任意一种。
53.可选的，半导体掺杂层的材料包括：多晶硅、多晶氧化硅和多晶碳化硅中的任意一
种，半导体掺杂层的掺杂类型包括：n型掺杂或p型掺杂，半导体掺杂层的厚度为20-200纳米。
54.具体的，半导体掺杂层与对应的氮化钛层的能级相匹配，有利于载流子的传输。
55.可选的，金属电极的材料可以为银，金，铜，镍，铝，锡，铬和钯中的任意一种或多种，因此，金属电极可以包括：铝电极、银电极、铝/银复合电极、镍/铜/锡复合电极、铬/钯/银复合电极和镍/铜/银复合电极中的任意一种。
56.在本发明实施例中，在受到光照的情况下，硅基底作为光吸收层，产生电子-空穴对，由于氮化钛层和半导体掺杂层具有少数载流子选择作用，少数载流子被传输至半导体掺杂层中，然后被与其对应的金属电极导出，从而实现载流子的分离，使得金属电极与硅基底之间产生电势差，即产生电压，从而将光能转换为电能。
57.可选的，太阳能电池可以包含第一钝化接触结构和第二钝化接触结构两个钝化接触结构，第一钝化接触结构和第二钝化接触结构可以设置在硅基底同一面的不同区域，也可以设置在硅基底相对的两个面，其中，第一钝化接触结构和第二钝化接触结构中的半导体掺杂层的掺杂类型互不相同。图2示出了本发明实施例提供的第二种太阳能电池的结构示意图，参照图2，第一钝化接触结构40和第二钝化接触结构60分别设置在硅基底10相对的两个面：背光面和向光面上。
58.其中，第一钝化接触结构40可以设置在硅基底10的向光面上，在第一钝化接触结构40远离硅基底10一面设置有第一金属电极50。第二钝化接触结构60可以设置在硅基底10的背光面上，在第二钝化接触结构60远离硅基底10一面设置有第二金属电极70。
59.图3示出了本发明实施例提供的第三种太阳能电池的结构示意图，参照图3，第一钝化接触结构40和第二钝化接触结构60分别设置在硅基底10同一面的不同区域中，从而形成指状交叉的背接触太阳电池，进一步提升太阳能电池的转换效率。
60.进一步的，第一钝化接触结构40可以包括：第一钝化隧穿层41、第一氮化钛层42和第一半导体掺杂层43，第一钝化隧穿层41设置在硅基底10的向光面，第一氮化钛层42设置在第一钝化隧穿层41远离硅基底10的一面，第一半导体掺杂层43设置在第一氮化钛层42远离第一钝化隧穿层41的一面。第二钝化接触结构60可以包括：第二钝化隧穿层61、第二氮化钛层62和第二半导体掺杂层63，第二钝化隧穿层61设置在硅基底10的向光面，第二氮化钛层62设置在第二钝化隧穿层61远离硅基底10的一面，第二半导体掺杂层63设置在第二氮化钛层62远离第二钝化隧穿层61的一面。
61.需要说明的是，第一钝化接触结构和第二钝化接触结构中的半导体掺杂层的掺杂类型互不相同，即若第一钝化接触结构中的第一半导体掺杂层的掺杂类型为n型掺杂，则第二钝化接触结构中的第二半导体掺杂层的掺杂类型为p型掺杂；第一钝化接触结构和第二钝化接触结构中的氮化钛层的载流子选择性与对应的半导体掺杂层的掺杂类型相匹配，即若第一钝化接触结构中的第一半导体掺杂层的掺杂类型为n型掺杂，则对应的第一氮化钛层为具有电子选择性的电子选择传输层，其功函数较低；若第二钝化接触结构中的第二半导体掺杂层的掺杂类型为p型掺杂，则对应的第二氮化钛层为具有空穴选择性的空穴选择传输层，其功函数较高。
62.本发明还提供了一种太阳能电池的生产方法，参见图4，示出了本发明实施例提供的一种太阳能电池的生产方法的步骤流程图，该方法可以包括如下步骤：
63.步骤101，在硅基底的一面制备钝化隧穿层。
64.在该步骤中，可以首先获取硅基底，进而在硅基底的一面上制备钝化隧穿层。
65.在本发明实施例中，所述硅基底的掺杂类型可以为n型掺杂，也可以为p型掺杂，所述硅基底可以为经过表面去损伤、抛光或者制绒扩散后的硅片。
66.具体的，可以采用热氧化、热硝酸氧化或者化学气相沉积(chemical vapour deposition，cvd)等方法制备得到厚度为0.5-5纳米的钝化隧穿层。
67.例如，可以将掺杂类型为p型掺杂的(100)取向的硅基底进行清洗后，在硅基底的一面上于800摄氏度下进行干氧化，从而制备得到厚度约1纳米的钝化隧穿层。
68.此外，钝化隧穿层还可以由四氯化铪和水作为前驱体，进行的原子沉积得到的二氧化铪构成。
69.步骤102、在所述钝化隧穿层远离所述硅基底的一面制备氮化钛层。
70.在该步骤中，在制备得到钝化隧穿层后，可以在钝化隧穿层远离硅基底的一面制备氮化钛层。
71.具体的，可以采用热原子沉积或等离子体辅助或增强原子沉积的方式沉积形成颗粒状或薄膜状的氮化钛层，该氮化钛层可以具有电子选择传输层或空穴选择传输层对应的功函数。
72.例如，在形成钝化隧穿层后，可以进一步采用金属有机物原子沉积的方式在180摄氏度下沉积厚度约为10纳米的金属氮化钛层。
73.可选的，上述制备氮化钛层的步骤具体包括：
74.子步骤1021、采用钛的氯化物前体作为钛源，采用氨气作为氮源，在300-500摄氏度的温度范围内进行热原子沉积，制备所述氮化钛层。
75.在该步骤中，可以采用热原子沉积制备氮化钛层。
76.具体的，采用热原子沉积时，可以采用钛的氯化物前体，例如四氯化钛(ticl4)、三氯化钛(ticl3)和二氯化钛(ticl2)中的任意一种或多种作为钛源，采用氨气(nh3)作为氮源，在300-500摄氏度的温度范围内进行热原子沉积，从而生成可以作为空穴选择传输层的氮化钛层。
77.在另一中实现方式中，上述制备氮化钛层的步骤具体包括：
78.子步骤1022、采用钛的有机前体作为钛源，采用氨气作为氮源，在100-300摄氏度的温度范围内进行热原子沉积，制备所述氮化钛层。
79.在该步骤中，采用热原子沉积时，可以采用钛的有机前体，例如：tdmat(四(二甲基氨基)钛)、tdeat(四(二乙基氨基)钛)和temat(四(乙基甲基氨基)钛)中的任意一种或多种作为钛源，采用氨气作为氮源，在100-300摄氏度的温度范围内进行热原子沉积，从而生成可以作为电子选择传输层的氮化钛层。
80.步骤103、在所述氮化钛层远离所述钝化隧穿层的一面制备半导体掺杂层。
81.在该步骤中，在制备得到氮化钛层之后，可以进一步在氮化钛层远离钝化隧穿层的一面制备半导体掺杂层。
82.在本发明实施例中，半导体掺杂层的制备方法可以包括cvd沉积、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)以及化学旋涂等，可以包含或者不包含后续退火工艺，半导体掺杂层的厚度可以为20-200纳米，优选其厚度小于100纳米。
83.具体的，可以在580摄氏度下在氮化钛层上沉积半导体掺杂层，为了减少已经制备得到的氮化钛层的氧化，可以减少氮化钛层和半导体掺杂层沉积之间的延迟。
84.此外，在制备得到半导体掺杂层之后，可以在425摄氏度的氮气或氢气中退火30分钟，从而形成气体退火(forming gas annealing，fga)，以减少固定的氧化物电荷并饱和游离硅键。然后在600-1050摄氏度之间对纯样品在纯氮气气氛中进行快速退火(rapid thermal annealing，rta)30秒，其中，rta退火可以增加氮化钛层的功函数，具体的退火温度和时间可以根据实际需要进行调整。
85.步骤104、在所述半导体掺杂层远离所述氮化钛层的一面设置金属电极。
86.在该步骤中，可以在制备得到半导体掺杂层之后，进一步在半导体掺杂层远离氮化钛层的一面设置金属电极。
87.在本发明实施例中，可以采用丝网印刷或镀覆的方式制备金属电极，具体的，在半导体掺杂层上丝网印刷低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干，得到金属电极。
88.需要说明的是，上述太阳能电池和太阳能电池的生产方法对应的部分两者可以参照，且具有相同或相似的有益效果。
89.此外，本发明实施例还提供了一种光伏组件，包括前述任一所述的太阳能电池，太阳能电池的两侧可以设置有封装胶膜、盖板、背板等。具有与前述的太阳能电池相同或相似的有益效果。
90.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。