太阳能电池及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光伏器件，特别是涉及一种太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在“双碳”目标的引领下，太阳能电池这一新能源技术正迎来前所未有的发展态势。太阳能电池主要有硅基太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机化合物薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池、叠层薄膜太阳能电池。其中硅基太阳能电池因其电池转换效率及稳定性最高、技术也最为成熟，使得生产应用最为广泛，一直主导着光伏行业90%以上的市场占有率，在如此庞大的体量和广阔的市场前景下，硅基太阳能电池也在不断发展。

2、硅基太阳能电池技术从传统的低复杂度全面积铝背表面场(al-bsf)，到钝化发射极和背面接触(perc)结构，已取得了重大进步，然而perc电池仍然具有局部的金属和硅触点造成开路电压较低以及电流密度低等问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供了一种入光面的寄生吸收小，背光面的光学吸收小，金属半导体复合电流密度高，光生电流密度高以及开路电压高的太阳能电池。

2、技术方案如下：

3、一种太阳能电池，包括：

4、硅基底，包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；其中，所述第一表面具有在第一方向上相邻的第一区域和第二区域；

5、第一电极，位于所述第一表面的第一区域，沿逐渐远离所述硅基底的方向，所述第一电极依次层叠设置有隧穿氧化层、第一n型掺杂氢多晶氧化硅层和第一金属电极层；

6、第一磷掺杂硅层和第一钝化层，沿逐渐远离所述硅基底的方向依次层叠设置于所述第一表面的第二区域上。

7、在其中一些实施方式中，所述隧穿氧化层的厚度为1.3nm～1.5nm。

8、在其中一些实施方式中，所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层为磷掺杂氢稀释多晶氧化硅层，其中，磷的掺杂浓度为1e+19cm-3～1e+21cm-3。

9、在其中一些实施方式中，所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层的厚度为25nm～35nm。

10、在其中一些实施方式中，所述第一金属电极层的材料选自银、铜、金、铝、锡、钛、含银化合物、含铜化合物、含金化合物、含铝化合物、含锡化合物和含钛化合物中的一种或多种的组合。

11、在其中一些实施方式中，所述隧穿氧化层的宽度和所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层的宽度均大于所述第一金属电极层的宽度。

12、在其中一些实施方式中，所述第一钝化层的材料选自氧化铝、氮化硅和本征掺杂氢非晶硅中的一种或几种的组合。

13、在其中一些实施方式中，所述第一磷掺杂硅层为第一磷掺杂硅前表面场，所述第一钝化层包括本征掺杂氢非晶硅层和氮化硅层，沿逐渐远离所述硅基底的方向依次层叠设置于所述第一表面的第二区域上。

14、在其中一些实施方式中，在所述第一磷掺杂硅前表面场中，磷的掺杂浓度为1e+19cm-3～1e+22cm-3。

15、在其中一些实施方式中，所述本征掺杂氢非晶硅层的厚度为3nm～6nm。

16、在其中一些实施方式中，所述第一磷掺杂硅层为第一磷掺杂硅前表面场，所述第一钝化层包括本征掺杂氢非晶硅层和氮化硅层，所述氮化硅层的厚度为75nm～105nm。

17、在其中一些实施方式中，所述第一磷掺杂硅层为前发射极，所述第一钝化层包括氧化铝层和氮化硅层，沿逐渐远离所述硅基底的方向依次层叠设置于所述第一表面的第二区域上。

18、在其中一些实施方式中，在所述前发射极中，磷的掺杂浓度为1e+19cm-3～1e+22cm-3。

19、在其中一些实施方式中，所述第一磷掺杂硅层为前发射极，所述第一钝化层包括氧化铝层和氮化硅层，所述氧化铝层的厚度为6nm～8nm。

20、在其中一些实施方式中，所述第一磷掺杂硅层为前发射极，所述第一钝化层包括氧化铝层和氮化硅层，所述氮化硅层的厚度为75nm～105nm。

21、在其中一些实施方式中，所述太阳能电池还包括：

22、第二钝化层、离子处理层、空穴传输层和透明导电层，沿逐渐远离所述硅基底的方向依次层叠设置于所述第二表面上；及

23、第二电极，所述第二电极与所述透明导电层之间形成电连接。

24、在其中一些实施方式中，所述第二钝化层的材料包括本征非晶硅。

25、在其中一些实施方式中，所述第二钝化层的厚度为3nm～6nm。

26、在其中一些实施方式中，所述离子处理层的制备方法包括如下步骤：

27、以二氧化碳、硅烷和氢气的混合气或者二氧化碳、硅烷、氢气和硼烷的的混合气为工作气体，采用气相沉积法制备所述离子处理层。

28、在其中一些实施方式中，所述空穴传输层的材料包括氧化钼。

29、在其中一些实施方式中，所述空穴传输层的厚度为2.5nm以下。

30、在其中一些实施方式中，所述透明导电层的材料包括掺锡氧化铟、掺锌氧化铟、氧化锌、掺钨氧化铟、掺铈氧化铟、掺杂氢氧化铟、铟掺杂氧化镉、掺铁氧化铟和掺氟氧化铟中的一种或多种的组合。

31、在其中一些实施方式中，所述透明导电层的厚度为55nm～105nm。

32、在其中一些实施方式中，所述第二电极的材料包括银、铜、金、铝、锡、钛、含银化合物、含铜化合物、含金化合物、含铝化合物、含锡化合物和含钛化合物中的一种或多种的组合。

33、本发明还提供一种如上所述的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

34、提供硅基底，所述硅基底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；

35、在所述硅基底的第一表面制备隧穿氧化层；

36、在所述隧穿氧化硅层的表面制备所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层；

37、在所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层的表面制备掩膜层；

38、在所述掩膜层表面施加负性光刻胶，通过曝光显影，在所述掩膜层的部分区域形成光刻胶掩膜；

39、去除未被所述光刻胶掩膜保护的掩膜层；

40、去除所述光刻胶掩膜、未被所述掩膜层保护的所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层和所述隧穿氧化硅层，并在所述第一表面裸露出来的区域形成图形化的织构化表面；

41、在所述第一表面形成第一磷掺杂硅层；

42、在所述第一磷掺杂硅层的表面形成第一钝化层；

43、在所述第一表面施加正性光刻胶，通过曝光显影在所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层表面形成图形化的第一电极开口；

44、在所述第一电极开口形成所述第一金属电极层。

45、在其中一些实施方式中，在所述隧穿氧化硅层的表面制备所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层包括如下步骤：

46、在所述隧穿氧化硅层的表面制备本征掺杂氢非晶氧化硅层；

47、在所述本征掺杂氢非晶氧化硅层的表面制备n型掺杂氢非晶氧化硅层；

48、通过热退火使所述n型掺杂氢非晶氧化硅层形成所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层。

49、在其中一些实施方式中，通过湿法蚀刻的方式去除未被所述光刻胶掩膜保护的掩膜层。

50、在其中一些实施方式中，通过丙醇湿法或等离子体清洗干法的方式去除所述光刻胶掩膜。

51、在其中一些实施方式中，使用四甲基氢氧化铵和制绒添加剂在加热条件下进行湿法刻蚀，去除所述光刻胶掩膜、未被所述掩膜层保护的所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层和所述隧穿氧化硅层，并在所述第一表面裸露出来的区域形成图形化的织构化表面。

52、在其中一些实施方式中，通过磷离子注入法在所述第一表面的织构化表面形成第一磷掺杂硅层；

53、通过pecvd法在所述第一磷掺杂硅层的表面形成第一钝化层。

54、在其中一些实施方式中，在所述第一电极开口形成所述第一金属电极层的步骤之后，还包括通过湿法蚀刻去除所述正性光刻胶的步骤。

55、在其中一些实施方式中，在所述第一表面裸露出来的区域形成图形化的织构化表面的过程中同步在所述第二表面形成图形化的织构化表面。

56、在其中一些实施方式中，所述的太阳能电池的制备方法还包括如下步骤：

57、在所述第二表面的织构化表面形成第二钝化层；

58、以二氧化碳、硅烷和氢气的混合气组合，或者二氧化碳、硅烷、氢气和硼烷的混合气组合为工作气体，通过气相沉积法在所述第二钝化层的表面制备离子处理层；

59、在所述离子处理层的表面制备空穴传输层；

60、在所述空穴传输层的表面制备透明导电层；

61、制备第二电极。

62、在其中一些实施方式中，相比于制备所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层和本征掺杂氢非晶硅层，在制备离子处理层的步骤中，氢稀释比最高。

63、在其中一些实施方式中，在制备所述第一n型掺杂氢多晶氧化硅层的步骤中，氢稀释比为（40～60）：1；

64、在制备所述本征掺杂氢非晶硅层的步骤中，氢稀释比为（80～120）：1；

65、在制备离子处理层的步骤中，氢稀释比为（100～500）：1。

66、本发明还提供一种光伏组件，包括如上所述的太阳能电池，或如上所述的制备方法制得的太阳能电池。

67、本发明还提提供一种光伏系统，包括如上所述的光伏组件。

68、本发明至少具有如下有益效果：

69、本发明提供的太阳能电池使用隧穿氧化层、第一n型掺杂氢多晶氧化硅层来钝化金属电极和晶硅基底直接接触的界面，可以提高光学性能，减小光学吸收，有效提高光生电流密度。同时，这种电极下的钝化结构可以有效减小金属半导体复合电流密度，提高电池的开路电压。

70、经测试，本发明实施例提供的太阳能电池，光生电流密度为40.5 ma/cm2以上，开路电压为725mv以上，光电转换效率为21.5%以上。