一种太阳能电池及其制备方法以及光伏组件与流程

1.本发明涉及光伏电池技术领域，特别是一种太阳能电池及其制备方法以及光伏组件。


背景技术：

2.topcon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触(tunnel oxide passivated contact)太阳能电池技术，其电池结构为n型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂多晶硅层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合。topcon背面制备超薄氧化硅和掺杂多晶硅层后，需要再沉积氮化硅，用于n型硅衬底和掺杂多晶硅层内缺陷钝化
3.如何进一步提升topcon电池的效率，是一个函待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种太阳能电池及其制备方法以及光伏组件，以解决现有技术中的技术问题，它能够进一步提升topcon电池的效率。
5.第一方面，本发明提供了一种太阳能电池，包括：
6.基底，具有前表面以及背表面，所述前表面与所述背表面沿所述基底的厚度方向相对设置；
7.位于所述背表面上的电介质层；
8.位于所述电介质层表面的背面掺杂层；
9.氮化硅层，n层所述氮化硅层设于所述背面掺杂层上；
10.氮氧化硅层，m层所述氮氧化硅层设于最外层的所述氮化硅层的表面；
11.氧化硅层，k层所述氧化硅层设于最外层的所述氮氧化硅层的表面。
12.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述n的取值范围为1-3，所述m的取值范围为1-2，所述k的取值为1。
13.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述n的取值为3，所述m的取值为2。
14.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，m层所述氮氧化硅层的总厚度为20-30nm，总折射率为1.75-1.9。
15.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述氧化硅层的厚度为5-10nm，总折射率为1.6-1.75。
16.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述电介质层的厚度为0.85nm-1.9nm，所述电介质层的材料包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。
17.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述背面掺杂层的材料包括掺杂多晶硅、非晶硅或者微晶硅。
18.如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述太阳能电池还包括：
19.依次穿透所述氧化硅层、所述氮氧化硅层以及所述氮化硅层后与所述背面掺杂层
形成电接触的第一电极；
20.位于所述前表面上的正面掺杂层；
21.位于所述正面掺杂层上的正面钝化层；
22.穿透所述正面钝化层后与所述正面掺杂层形成电接触的第二电极。
23.第二方面，本技术还提供了一种太阳能电池片的制备方法，用于制备前述的太阳能电池，包括以下步骤：
24.基底背面抛光后，沉积一层电介质层；
25.沉积形成背面掺杂层；
26.沉积1-3层氮化硅层；
27.沉积1-2层氮氧化硅层；
28.沉积1层氧化硅层。
29.第三方面，本技术还提供了一种光伏组件，包括：
30.电池串，所述电池串由前述的太阳能电池连接而成；
31.封装层，所述封装层用于覆盖所述电池串的表面；
32.盖板，所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。
33.与现有技术相比，本发明通过将氮化硅、氮氧化硅层、氧化硅层的叠层膜结构代替传统的氮化硅层，具有转换效率高，工艺兼容度高，双面率高等优点，降低了背面反射率，提高了电池片双面率。
附图说明
34.图1是本发明实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
35.图2是本发明实施例所提供的光伏组件的结构示意图。
36.附图标记说明：
37.1-基底，2-前表面，3-背表面，4-电介质层，5-背面掺杂层，6-第一电极，7-氮化硅层，8-氮氧化硅层，9-氧化硅层，10-正面掺杂层，11-正面钝化层，12-第二电极，13-电池串，14-封装层，15-盖板。
具体实施方式
38.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，而不能解释为对本发明的限制。
39.topcon(tunnel oxide passivating contacts)电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池。其背面通常采用超薄隧穿氧化硅+掺杂多晶硅层组合的结构，实现钝化接触效果，使得金属电极和c-si不形成直接接触，有助于减少载流子的复合，实现载流子的分离和收集，如何进一步提升topcon电池的效率，是一个函待解决的技术问题。
40.为进一步提升topcon电池的效率，如图1所示，本发明的实施例提供了一种太阳能电池，包括基底1以及沿着太阳光照射方向依次设置于基底1背部的电介质层4、背面掺杂层5、氮化硅层7、氮氧化硅层8以及氧化硅层9，其中：
41.基底1具有前表面2以及背表面3，前表面2与背表面3沿基底1的厚度方向相对设
置，前表面2为面向太阳光照射方向的受光面，背表面3为与前表面2相对的表面，本技术所提供的实施例中，太阳能电池为双面电池，背表面3也作为光接收面。基底1可以是例如包括含有第一导电类型掺杂物的晶体半导体。晶体半导体可以为多晶硅、单晶硅或类单晶硅，本发明实施例对于晶体半导体的具体类型不作限定，并且第一导电类型掺杂物可以是诸如包括磷(p)、砷(as)、铋(bi)、锑(sb)等v族元素的n型掺杂物,或包括硼(b)、铝(al)、镓(ga)、铟(in)等iii族元素的p型掺杂物。
42.电介质层4位于背表面3上，电介质层4用于对基底1的背表面3进行界面钝化，降低界面处载流子的复合，保证了载流子的传输效率。
43.本技术所提供的实施例中，电介质层4包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。这几种材料具有良好的界面悬挂健钝化效果和隧穿效果，电介质层4的厚度在0.85nm-1.9nm。具体地，电介质层4的厚度为0.85nm、0.9nm、1.0nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm、1.9nm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
44.电介质层4允许多子隧穿进入背面掺杂层5同时阻挡少子通过，进而多子在背面掺杂层5内横向运输被第一电极6收集，电介质层4与背面掺杂层5构成隧穿氧化层钝化接触结构，可以实现优异的界面钝化和载流子的选择性收集，减少了载流子的复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。需要说明的是，电介质层4实际效果上可以不具备完美的隧道势垒，因为它可以例如含有诸如针孔的缺陷，这可以导致其它电荷载流子传输机制(例如漂移、扩散)相对于隧道效应占主导。
45.背面掺杂层5设于电介质层4表面，本技术所提供的实施例中，背面掺杂层5通过用n型掺杂物来掺杂非晶硅、微晶硅、多晶硅等形成。本技术所提供的实施例中，背面掺杂层5为掺杂多晶硅层，掺杂多晶硅层的第一掺杂元素与基底1的第一导电类型掺杂物相适配；在一种可行的实施方式中，当基底1为n型晶体硅基底1时，掺杂多晶硅层的第一掺杂元素为磷；当基底1为p型晶体硅基底1时，掺杂多晶硅层的第一掺杂元素为硼。背面掺杂层5的厚度为20nm～300nm，例如可以是20nm、40nm、50nm、80nm、100nm、120nm、150nm、200nm、220nm、250nm或300nm。当然也可以是该范围内的其他数值，在此不做限定。
46.n层氮化硅层7设于背面掺杂层5上，m层氮氧化硅层8设于最外层的氮化硅层7的表面，k层氧化硅层9设于最外层的氮氧化硅层8的表面，氮化硅层7、氮氧化硅层8以及氧化硅层9共同形成多层钝化膜结构，对电池的背表面3钝化，通过氮氧化硅层8和氧化硅层9阻挡h原子溢出，提高了h钝化效果，降低了背面反射率，提高了电池片双面率。
47.本技术所提供的实施例中，m层氮氧化硅层8的总厚度为20-30nm，总折射率为1.75-1.9，氧化硅层的总厚度为5-10nm，总折射率为1.6-1.75。光从低折到高折就会减少反射率，提高光电转换效率，同时氮氧化硅层8和氧化硅层9的较氮化硅层7更佳致密，且化学性质更佳稳定，对阻挡h原子有作用。而氮化硅在高温烧结时有部分的h溢出，导致钝化下降，所以需要氮氧化硅层8和氧化硅层9阻挡，这样进入硅体内的h含量更多，钝化效果更好。
48.本技术所提供的实施例中，n的取值范围为1-3，包括端点值，氮化硅层7折射率高，钝化好，一种可行的实施方式中，n取值为3，也就是将氮化硅层7设为三层，形成复合光学结构设计，三层氮化硅层7起到良好光学吸收作用，增加吸收率。超过三层氮化硅层7的话，电池片效率不会明显提升，但会增加成本以及制造难度。
49.本技术所提供的实施例中，m的取值范围为1-2，包括端点值，一种可行的实施方式
中，m的取值为2，也就是将氮氧化硅层8设为两层，形成复合光学结构设计，氮氧化硅层8折射率大于氧化硅层9，光线经由氧化硅到氮氧化硅层8到氮化硅层7可以吸光，提高电池效率，如果将氮氧化硅层8设为超过两层不会有明显增益，但会增加成本以及制造难度。
50.一种可行的实施方式中，氮化硅层7的厚度沿着基底1的厚度方向自下而上依次为15、30、20nm，每层的折射率依次为2.25-2.30，2.15-2.25，2.05-2.15，氮氧化硅层8的每层厚度均为10mm，每层的折射率依次为1.75和1.90，将各层折射率沿着入射光线方向依次增高，具有光学增益，提高短流、阻挡h溢出，提高钝化效率的效果。
51.本技术所提供的实施例中，k的取值为1，也就是将氧化硅层9设为一层，以避免将氧化硅层9设置太厚，太厚浆料烧不穿，影响接触。
52.本技术实施例所提供的太阳能电池还包括：
53.依次穿透氧化硅层9、氮氧化硅层8以及氮化硅层7后与背面掺杂层5形成电接触的第一电极6，第一电极6的材料包括银、铝、铜、镍等至少一种导电金属材料。作为本技术可选的技术方案，氧化硅层9、氮氧化硅层8以及氮化硅层7的对应位置上可设有开口，以供第一电极6通过后分别与背面掺杂层5电接触，从而减少了金属电极与背面多晶硅层的接触面积，进一步降低了接触电阻，提高了开路电压。
54.位于前表面2上的正面掺杂层10，正面掺杂层10的第二掺杂元素与基底1的第一导电类型掺杂物相反；在一种可行的实施方式中，当基底1为n型晶体硅基底1时，正面掺杂层10的第二掺杂元素为硼；当基底1为p型晶体硅基底1时，正面掺杂层10的第二掺杂元素为磷。
55.位于正面掺杂层10上的正面钝化层11，正面钝化层11可以起到钝化基底1前表面2的作用，降低了界面处载流子的复合，提高载流子的传输效率，进而提高电池片的光电转换效率。可选地，正面钝化层11包括氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层中的至少一种或多种的层叠结构。
56.穿透正面钝化层11后与正面掺杂层10形成电接触的第二电极12，在一些实施例中，第二电极12的材料包括银、铝、铜、镍等至少一种导电金属材料。
57.基于以上实施例，本技术还提供了一种太阳能电池片的制备方法，用于制备前述的太阳能电池，包括以下步骤：
58.s101，基底1背面抛光后，沉积一层电介质层4，一种可行的实施方式中，电池片背面碱抛后，使用lpcvd高温炉管设备沉积一层0.85-1.9nm的电介质层4，电介质层4的流量在30-40slm，氧化时间400-450s，闷管时间在400-450s。
59.s102，沉积形成背面掺杂层5，一种可行的实施方式中，沉积一层60-200nm的非晶硅层，非晶硅层的sih4流量在1200-1600sccm，沉积时间在1000-2000s，使用高温炉管进行非晶硅晶化和掺杂形成背面掺杂层5，晶化温度在850-950℃，掺杂pocl3在1000-1500sccm，通源时间在100-300s；
60.s103，沉积3层氮化硅层7，具体地，包括以下步骤。
61.步骤s1031：石墨舟放置于520-570℃pecvd炉管中，开启射频源，压力240pa，功率22850w，脉冲开关比6/120，沉积135s，通入2270sccm硅烷和9090sccm氨气；
62.步骤s1032：开启射频源，压力255pa，功率24800w，脉冲开关比7/119，沉积115s，通入1720sccm硅烷和12310sccm氨气；
63.步骤s1033：开启射频源，压力255pa，功率24800w，脉冲开关比7/119，沉积215s，通入1350sccm硅烷和12720sccm氨气。
64.s104，沉积2层氮氧化硅层8，硅烷/氨气/笑气的比例为1：(7-15)：(45-65)，具体地，包括以下步骤：
65.步骤s1041：开启射频源，压力255pa，功率24000w，脉冲开关比4/100，沉积98s，通入1020sccm硅烷、420sccm氨气和6290sccm笑气；
66.步骤s1042：开启射频源，压力255pa，功率24000w，脉冲开关比4/100，沉积91s，通入765sccm硅烷、3435sccm氨气和7565sccm笑气。
67.s105，沉积1层氧化硅层9，硅烷/笑气的比例为1：(10-35)，具体地，开启射频源，压力255pa，功率24000w，脉冲开关比4/120，沉积98s，通入765sccm硅烷和9945sccm笑气。
68.基于上述实施例，参照图2所示，本技术还提供了一种光伏组件，包括：电池串13，电池串13由前述的太阳能电池连接而成，相邻的电池串13之间经由诸如焊带等导电带连接；封装层14，封装层14用于覆盖电池串13的表面；盖板15，盖板15用于覆盖封装层14远离电池串13的表面。
69.在一些实施例中，电池串13的数量为至少两个，电池串13通过并联和/或串联的方式形成电连接。
70.在一些实施例中，封装层14包括设置于电池串13正面和背面的封装层14，封装层14的材料包括但不限于eva、poe或者pet等胶膜。
71.在一些实施例中，盖板15包括设置于电池串13正面和背面的盖板15，盖板15选择具有良好透光能力的材料，包括但不限于玻璃、塑料等。
72.以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。