TOPCon太阳能电池片及其制备方法、电池组件和光伏系统与流程

topcon太阳能电池片及其制备方法、电池组件和光伏系统
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种topcon太阳能电池片及其制备方法、电池组件和光伏系统。


背景技术：

2.目前，topcon太阳能电池(隧穿氧化层钝化接触太阳能电池)通常采用的是n型硅片，其背面结构通常采用的是在背面覆盖一层氧化硅作为隧穿层，然后在覆盖一层n型掺杂多晶硅层(即n+poly-si层)，在背面最外层则设有ag金属电极层。氧化硅隧穿层避免半导体与金属电极直接接触，降低电池表面的复合，减少电子收集的损失。n+poly-si行高温晶化，使得硅片表面能带弯曲，阻挡少子，促进多子隧穿，实现界面载流子的分离，整个结构就是载流子选择收集的钝化接触。然而，在相关技术中，在制作过程中，n+poly-si层中的p原子会因为作为隧穿层的氧化硅层无法完全阻挡而扩散到硅片中，导致缺陷增加以及开路电压的损失。


技术实现要素：

3.本发明提供一种topcon太阳能电池片及其制备方法、电池组件和光伏系统，旨在解决现有技术中的topcon太阳能电池片的n型掺杂多晶硅层中的p原子会因为作为隧穿层的氧化硅层无法完全阻挡而扩散到硅片中，导致缺陷增加以及开路电压的损失的技术问题。
4.本发明是这样实现的，本发明实施例中的topcon太阳能电池片包括硅片和依次层叠在所述硅片背面的第一氧化硅层、纳米晶硅层、第二氧化硅层、n型掺杂多晶硅层以及背面金属电极，所述背面金属电极与所述n型掺杂多晶硅层导电接触，所述纳米晶硅层用于阻挡所述n型掺杂多晶硅层中的磷原子扩散进入所述第一氧化硅层和所述硅片中。
5.更进一步地，所述纳米晶硅层的厚度为3nm-7nm。
6.更进一步地，所述第一氧化硅层的厚度为0.5nm-1.5nm。
7.更进一步地，所述第二氧化硅层的厚度为0.5nm-1.5nm。
8.更进一步地，所述硅片的正面依次设有p型掺杂多晶硅层、钝化层、减反层和正面金属电极，所述正面金属电极贯穿所述减反层和所述钝化层与所述p型掺杂多晶硅层导电接触。
9.本发明还提供了一种topcon太阳能电池片的制备方法，所述制备方法包括：
10.对硅片进行制绒；
11.在所述硅片的背面制备第一氧化硅层；
12.在所述第一氧化硅层上制备纳米晶硅层；
13.在所述纳米晶硅层上制备第二氧化硅层；
14.在所述第二氧化硅层上制备n型掺杂多晶硅层；
15.在所述n型掺杂多晶硅层上制备背面金属电极，所述背面金属电极与所述n型掺杂
多晶硅层导电接触。
16.更进一步地，所述在所述第一氧化硅层上制备纳米晶硅层的步骤包括：
17.在所述第一氧化硅层上沉积氢化非晶硅层；
18.对所述硅片进行高温退火以使所述氢化非晶硅层转换为所述纳米晶硅层。
19.更进一步地，对所述硅片进行高温退火的温度为900℃-950℃。
20.更进一步地，在所述对硅片进行制绒的步骤之后，所述在所述硅片的背面制备第一氧化硅层的步骤之前，所述制备方法还包括：
21.在所述硅片的正面沉积p型掺杂多晶硅层；
22.在所述在所述第二氧化硅层上制备n型掺杂多晶硅层的步骤之后，所述制备方法还包括：
23.在所述硅片的正面依次沉积钝化层和减反层；
24.在所述硅片的正面制备正面金属电极，所述正面金属电极贯穿所述钝化层和所述减反层以与所述p型掺杂多晶硅层导电接触。
25.本发明还提供了一种电池组件，所述电池组件包括多个本发明实施例中所述的topcon太阳能电池片。
26.本发明还提供了一种光伏系统，所述光伏系统包括上述的电池组件。
27.本发明所达到的有益效果是：
28.通过在背面的两层氧化硅之间设有一层纳米晶硅层，纳米晶硅层可对n型掺杂多晶硅层中的磷原子进行有效的阻挡以避免p原子扩散到第一氧化硅层和硅片中，从而解决现有技术中topcon太阳能电池片的n型掺杂多晶硅层中的p原子会因为作为隧穿层的氧化硅层无法完全阻挡而扩散到硅片中而导致缺陷增加以及开路电压的损失的技术问题。
29.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.图1是本发明提供的光伏系统的结构示意图；
31.图2是本发明提供的电池组件的结构示意图；
32.图3是本发明提供的topcon太阳能电池片的结构示意图；
33.图4是本发明提供的topcon太阳能电池片的制备方法的流程示意图；
34.图5是本发明提供的topcon太阳能电池片的制备方法的另一流程示意图；
35.图6是本发明提供的topcon太阳能电池片的制备方法的又一流程示意图。
36.主要元件符号说明：
37.光伏系统1000、电池组件200、topcon太阳能电池片100、硅片10、第一氧化硅层20、纳米晶硅层30、第二氧化硅层、n型掺杂多晶硅层50、背面金属电极60、p型掺杂多晶硅层70、钝化层80、减反层90、正面金属电极110。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似
的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识本识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用。
41.在相关技术中，在topcon电池片的制作过程中，n型掺杂多晶硅层(即n+poly-si层)中的p原子会因为作为隧穿层的氧化硅层无法完全阻挡而扩散到硅片中，导致缺陷增加以及开路电压的损失。
42.在本发明中，通过在背面的两层氧化硅之间设有一层纳米晶硅层，纳米晶硅层可对n型掺杂多晶硅层50中的磷原子进行有效的阻挡以避免p原子扩散到第一氧化硅层20和硅片10中，从而解决现有技术中topcon太阳能电池片的n型掺杂多晶硅层中的p原子会因为作为隧穿层的氧化硅层无法完全阻挡而扩散到硅片中而导致缺陷增加以及开路电压的损失的技术问题。
43.实施例一
44.请参阅图1和图2，本发明的光伏系统1000可包括本发明实施例中的电池组件200，本发明实施例中的电池组件200可包括多个本发明实施例中的topcon太阳能电池片100。
45.请参阅图3，本发明实施例中的topcon太阳能电池片100(隧穿氧化层钝化接触太阳能电池片)包括硅片10和依次层叠在硅片10背面的第一氧化硅层20、纳米晶硅层30、第二氧化硅层40、n型掺杂多晶硅层50以及背面金属电极60，背面金属电极60与n型掺杂多晶硅层50导电接触，纳米晶硅层30用于阻挡n型掺杂多晶硅层50中的磷原子扩散进入第一氧化硅层20和硅片10中。
46.在本发明实施例中的topcon太阳能电池片100、电池组件200和光伏系统1000中，纳米晶硅层30用于阻挡n型掺杂多晶硅层50中的磷原子扩散进入氧化硅层和硅片10中。如此，在背面的两层氧化硅之间设有一层纳米晶硅层30，纳米晶硅层30可对n型掺杂多晶硅层50中的磷原子进行有效的阻挡以避免磷原子扩散到第一氧化硅层20和硅片10中而造成缺陷增加和开路电压的损失。
47.具体地，在发明的本实施例中，硅片10可为n型硅片10，n型掺杂多晶硅层50为磷(p)掺杂的多晶硅层，背面金属电极60可为铝电极，背面金属电极60可为一整个覆盖n型掺
杂多晶硅层50的金属背板，也可以是有多个间隔的电极组成。电池组件200中的多个topcon太阳能电池片100可依次串接或者并联在一起从而实现形成电池串，从而实现电流的串联或者并联汇流输出，例如，可通过设置焊带来实现电池片的串接。
48.可以理解的是，在本发明的实施例中，电池组件200还可包括金属框架、背板、光伏玻璃和胶膜(图未示出)。胶膜可贴附在太阳能电池片正面和背面，其可为良好的透光性能和耐老化性能的透明胶体，例如胶膜可采用eva胶膜或者poe胶膜，具体可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
49.光伏玻璃可覆盖在太阳能电池片的正面的胶膜上，光伏玻璃可为超白玻璃，其具有高透光率、高透明性，并且具有优越的物理、机械以及光学性能，例如，超白玻璃的透光率可达80％以上，其可在尽可能不影响太阳能电池片的效率的情况下对太阳能电池片进行保护。同时，胶膜可将光伏玻璃和太阳能电池片黏合在一起，胶膜的存在可以对太阳能电池片进行密封绝缘以及防水防潮。
50.背板可贴附在太阳能电池片背面的胶膜上，背板可以对太阳能电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性，背板可以有多重选择，通常可为钢化玻璃、有机玻璃、铝合金tpt复合胶膜等，其具体可根据具体情况进行设置，在此不作限制。背板、太阳能电池片、胶膜以及光伏玻璃组成的整体可设置在金属框架上，金属框架作为整个电池组件200的主要外部支撑结构，且可为电池组件200进行稳定的支撑和安装，例如，可通过金属框架将电池组件200安装在所需要安装的位置。
51.进一步地，在本发明中，光伏系统1000可应用在光伏电站中，例如地面电站、屋顶电站、水面电站等，也可应用在利用太阳能进行发电的设备或者装置上，例如用户太阳能电源、太阳能路灯、太阳能汽车、太阳能建筑等等。当然，可以理解的是，光伏系统1000的应用场景不限于此，也即是说，光伏系统1000可应用在需要采用太阳能进行发电的所有领域中。以光伏发电系统网为例，光伏系统1000可包括光伏阵列、汇流箱和逆变器，光伏阵列可为多个电池组件200的阵列组合，例如，多个电池组件200可组成多个光伏阵列，光伏阵列连接汇流箱，汇流箱可对光伏阵列所产生的电流进行汇流，汇流后的电流流经逆变器转换成市电电网要求的交流电之后接入市电网络以实现太阳能供电。
52.在本发明的实施例中，纳米晶硅层可通过先沉积氢化非晶硅层，然后通过高温退火使其晶化从而形成纳米晶硅层。
53.请参阅图3，进一步地，在一些实施例中，纳米晶硅层30的厚度可为3nm-7nm。
54.如此，将纳米晶硅层30的厚度设置在3nm-7nm这一范围可以有效的对磷原子的扩散进行阻挡，也可避免纳米晶硅层30过薄而导致沉积不均匀而导致有些局部位置部(例如局部孔洞)不具备纳米晶硅层30而无法阻挡p原子的扩散，同时还可避免纳米晶硅层30的厚度过厚而导致成本增加以及避免厚度过厚而影响隧穿效率。
55.具体地，在本发明中，纳米晶硅层30的厚度可为3nm、4nm、5nm、6nm、7nm或者是3nm-7nm之间的任意数值，纳米晶硅层30的厚度优选为5nm，具体在此不作限制。当然，需要说明的是，在本发明中，纳米晶硅层30具备少子穿过的功能，也即是说，在少子隧穿第一氧化硅层20后可以顺利地穿过纳米晶硅层30和第二氧化硅层40。
56.实施二
57.请参阅图3，在本发明中，第一氧化硅层20的厚度可为0.5nm-1.5nm。
58.如此，将第一氧化硅层20的厚度设置在0.5nm-1.5nm这一范围可以避免第一氧化硅层20过薄而导致存在较多的局部孔洞而导致漏电流增加，同时也可以避免厚度过厚而导致隧穿效率降低。
59.具体地，在本发明中，第一氧化硅层20可采用沉积的方式形成在硅片10的背面，例如，可采用lpcvd(低压力化学气相沉积法)或者pecvd(等离子体增强化学的气相沉积法)在硅片10的背面沉积第一氧化硅层20。第一氧化硅层20的厚度可为0.5nm、1nm、1.5nm或者是0.5nm-1.5nm之间的任意数值，第一氧化硅层20的厚度优选为1nm，具体在此不作限制。
60.进一步地，在一些实施例中，第二氧化硅层40的厚度也可为0.5nm-1.5nm。
61.如此，将第二氧化硅层40的厚度设置在0.5nm-1.5nm这一范围可以避免第二氧化硅层40过薄而导致制作时出现不均匀的现象，同时也可以避免厚度过厚而导致隧穿效率降低以及成本的升高。同时，第二氧化硅层40的存在也可以对纳米晶硅层30进行保护以保证对磷原子的阻挡效率，避免在后续沉积n型掺杂多晶硅层50时对纳米晶硅层30造成影响而导致纳米晶硅层30损伤。
62.具体地，在本发明中，第一氧化硅层20可采用沉积的方式形成在硅片10的背面，例如，可采用lpcvd或者pecvd在硅片10的背面沉积第一氧化硅层20。纳米晶硅层30可先采用lpcvd或者pecvd沉积氢化非晶硅层，然后通过高温退火转换为纳米晶硅层30，此外，第二氧化硅层40和n型掺杂多晶硅层50也可采用lpcvd或者pecvd进行沉积。
63.在本实施例中，通第一氧化硅层20一样，第二氧化硅层40的厚度可为0.5nm、1nm、1.5nm或者是3nm-7nm之间的任意数值，第一氧化硅层20的厚度优选为1nm，具体在此不作限制。
64.此外，在本发明中，第一氧化硅层20和第二氧化硅层40均为隧穿层，这两层的整体厚度在1nm-3nm之间，这样，硅片10背面整个隧穿层的厚度不会太薄而导致孔洞增加而导致漏电，也不会因为太厚而导致隧穿效率大幅度下降。也即是说，在本实施例中，第二氧化硅层40的设置在对纳米晶硅层30进行保护以保证对磷原子的阻挡效率的情况下保证整体的隧穿效率。
65.再进一步地，在一些施例中，n型掺杂多晶硅层50的厚度可为100nm-120nm。
66.如此，将n型掺杂多晶硅层50的厚度设置在100nm-120nm这一范围可以避免厚度过厚而导致制作成本的增加以及减少了n型掺杂多晶硅层50的寄生吸收带来的电流损失，同时，也可以避免厚度过薄而无法均匀性较差的问题。
67.实施例三
68.请继续参阅图3，在本发明的实施例中，硅片10的正面可依次设有p型掺杂多晶硅层70、钝化层80、减反层90和正面金属电极110，正面金属电极110贯穿减反层90和钝化层80与扩散层导电接触。
69.如此，钝化层80和减反层90可对硅片10的正面进行有效的钝化以提高电池片的转换效果，同时也减少对太阳光的反射以提高效率。
70.具体地，本实施例中，p型掺杂多晶硅层70可为掺硼的多晶硅层，其可是先在硅片10的正面沉积多晶硅层，然后通过对硅片10的正面进行硼扩散而得到，也可以是先在硅片10的正面先沉积p型掺杂非晶硅层，然后通过高温退火晶化后得到，也可以是直接在硅片10的正面直接沉积掺杂有硼的多晶硅层，具体在此不作限制。钝化层80可为氧化铝膜层，钝化
层80可采用ald(原子层沉积)设备制备而成，减反层90可为氮化硅膜层，其可采用lpcvd或者pecvd沉积形成，正面金属电极110可为银电极。
71.进一步地，在一些实施例中，钝化层80的厚度为可为1nm-30nm，优选为2nm-6nm。
72.如此，将钝化层80的厚度设置在上述范围可以在保证膜层具备较好的钝化效果的同时使得膜层制备得更加均匀，避免膜层过薄而导致膜层出现不均匀的现象，同时也可以避免膜层过厚而导致成本增加以及避免出现正面金属电极110无法烧穿该膜层的现象。
73.进一步地，在一些实施例中，减反层90的厚度为10nm-200nm。
74.如此，将减反层90的厚度设置在上述范围可以在保证膜层具有较低的反射率的同时使得膜层制备得更加均匀，同时也可以避免膜层过厚而导致成本增加以及避免出现正面金属电极110无法烧穿的现象。
75.实施例四
76.请参阅图3和图4，本实施例提供一种topcon太阳能电池片100的制备方法制成，本发明的topcon太阳能电池片100可由本实施例中的制备方法的，本发明实施例中的制备方法可包括步骤：
77.s10：对硅片10进行制绒；
78.s20：在硅片10的背面制备第一氧化硅层20；
79.s30：在第一氧化硅层20上制备纳米晶硅层30；
80.s40：在纳米晶硅层30上制备第二氧化硅层40；
81.s50：在第二氧化硅层40上制备n型掺杂多晶硅层50；
82.s60：在n型掺杂多晶硅层50上制备背面金属电极60，背面金属电极60与n型掺杂多晶硅层50导电接触。
83.由本发明实施例中的topcon太阳能电池片100的制备方法制成的topcon太阳能电池片100包括硅片10和依次层叠在硅片10背面的第一氧化硅层20、纳米晶硅层30、第二氧化硅层40、n型掺杂多晶硅层50以及背面金属电极60，背面金属电极60与n型掺杂多晶硅层50导电接触，纳米晶硅层30用于阻挡n型掺杂多晶硅层50中的磷原子扩散进入第一氧化硅20层和硅片10中。如此，在背面的两层氧化硅之间设有一层纳米晶硅层30，纳米晶硅层30可对n型掺杂多晶硅层50中的磷原子进行有效的阻挡以避免磷原子扩散到第一氧化硅层20和硅片10中而造成缺陷增加和开路电压的损失。
84.具体地，在一个可能的实施例中，硅片10可采用电阻率较高的n型单晶硅片或者n型多晶硅片。在制绒钱，可先采用碱性溶液对硅片10进行抛光处理，在步骤s10中，制绒时，可将硅片10浸没在碱性溶液(例如koh)溶液对硅片10的正面和背面进行刻蚀已形成金字塔绒面。在步骤s20和步骤s40中均可采用pecvd对第一氧化硅层20进行沉积，在步骤s50中也可采用lpcvd或者pecvd对n型掺杂多晶硅直接进行沉积，也可以是先沉积多晶硅层然后进行磷扩散，也可以是先沉积n型掺杂非晶硅，然后高温退火使其转化形成n型掺杂多晶硅层50。在步骤s60中，可使用铝浆直接通过丝网印刷和高温烧结的方式在硅片10的背面形成背面金属电极60。
85.进一步地，请参阅图5，在一些实施例中，步骤s30可包括步骤：
86.s31：在第一氧化硅侧美好上沉积氢化非晶硅层；
87.s32：对硅片10进行高温退火以使氢化非晶硅层转换为纳米晶硅层。
88.如此，通过先沉积氢化非晶硅层再通过高温退化后转换为较为稳定的纳米晶硅层，其实现方式较为简单。
89.具体地，在这样的实施例中，氢化非晶硅层可通过lpcvd或者pecvd沉积形成，高温退火的温度可为900℃-950℃，这样可以避免温度过低而导致氢化非晶硅层无法完全晶化，也可以避免温度过高而导致能量的浪费以及避免温度过高而对纳米晶硅层30造成损伤。
90.进一步地，在一些实施例中，在步骤s10之后，步骤s20之前，该制备方法还可包括：
91.s70：在硅片10的正面沉积p型掺杂多晶硅层70。
92.如此，可通过直接在沉积p型掺杂多晶硅层70从而形成p型发射极，其实现方式较为简单，同时，直接沉积p型掺杂多晶硅层70可以避免采用扩散时造成绕镀和形成硼硅玻璃从而使得后续需要增加去除绕镀和硼硅玻璃的工艺步骤。
93.具体地，在这样的实施例中，可直接采用pecvd或者lpcvd沉积掺杂有硼源的p型掺杂多晶硅层70。
94.再进一步地，在步骤s50之后，本发明实施例中的制备方法还可包括：
95.s80：在硅片10的正面依次沉积钝化层80和减反层；
96.s90：在硅片10的正面制备正面金属电极110，正面金属电极110贯穿钝化层80和减反层以与p型掺杂多晶硅层70导电接触。
97.具体地，在步骤s80中，钝化层80可为氧化铝膜层，其可通过ald设备进行沉积，减反层90可为氮化硅膜层，其可通过pecvd或者lpcvd进行成沉积。
98.需要说明的是，在图示的示例中，步骤s80是在步骤s50之后以及步骤s60之前进行，步骤s90是在步骤s60之前进行，可以理解的是，在其它实施例中，步骤s90也可以是在步骤s60之后进行或者是步骤s90和步骤s60同时进行，也即，背面金属电极60和正面金属电极110的制备可以是同时制备也可以是一个先制备然后再制备另一个，具体顺序在此不作限制，此外，背面金属电极60可以采用铝浆通过丝网印刷和烧结的方式形成，正面金属电极110可以是采用银奖通过丝网印刷和烧结的方式形成。
99.在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
100.此外，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。