太阳能电池及生产方法、光伏组件与流程

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生产方法、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％，其结构为在硅基底的一侧设置钝化接触结构。其中，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具有载流子选择性的多晶硅薄膜，以降低硅基底表面的载流子浓度，实现良好的表面钝化效果。由于氮化钛也具有载流子选择性，可以钝化硅基底表面以抑制载流子的表面复合，因此，可以采用氮化钛薄膜替代多晶硅薄膜得到钝化接触结构，此外，相比于多晶硅薄膜，氮化钛薄膜的沉积速率较高，制备过程简单，耗时短。
4.但是，在目前的方案中，在对氮化钛薄膜进行高温退火时，氮化钛可能会穿透隧穿二氧化硅层进入硅基底中，导致硅基底接触电阻和接触复合的增加，从而降低了太阳能电池的开路电压和填充因子，使得太阳能电池的效率降低。


技术实现要素：

5.本发明提供一种太阳能电池及生产方法、光伏组件，旨在解决由于氮化钛层穿透并进入硅基底导致的太阳能电池的开路电压和填充因子降低，使得太阳能电池的效率降低的问题。
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、氧化硅层、隧穿钝化层和氮化钛层；
8.其中，所述氧化硅层设置在所述硅基底的表面，所述隧穿钝化层设置在所述氧化硅层远离所述硅基底的一面，所述氮化钛层设置在所述隧穿钝化层远离所述氧化硅层的一面。
9.可选的，所述隧穿钝化层的材料包括：氧化铝或氧化铪；
10.所述隧穿钝化层的厚度为0.5-5纳米。
11.可选的，所述氮化钛层具有电子选择性或空穴选择性；
12.在所述氮化钛层具有电子选择性的情况下，所述氮化钛层的功函数为4.1-4.5电子伏特；
13.在所述氮化钛层具有空穴选择性的情况下，所述氮化钛层的功函数为4.8-5.5电子伏特。
14.可选的，所述氮化钛层的氮空位密度大于10
15
/cm3。
15.可选的，所述氧化硅层的厚度为0.5-3纳米。
16.可选的，所述太阳能电池还包括：金属覆盖层；
17.所述金属覆盖层设置在所述氮化钛层远离所述隧穿钝化层的一面。
18.可选的，所述金属覆盖层的厚度为0.1-10微米；
19.所述金属覆盖层的材料包括：银、锡和铝/银复合材料中的任意一种。
20.第二方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池的生产方法，所述方法包括：
21.在硅基底的表面制备氧化硅层；
22.在所述氧化硅层远离所述硅基底的一面制备隧穿钝化层；
23.在所述隧穿钝化层远离所述氧化硅层的一面制备氮化钛层。
24.可选的，在所述隧穿钝化层远离所述氧化硅层的一面制备氮化钛层的步骤之后，所述方法还包括：
25.在所述氮化钛层远离所述隧穿钝化层的一面制备金属覆盖层。
26.可选的，所述隧穿钝化层的材料包括：氧化铝或氧化铪；
27.所述隧穿钝化层的厚度为0.5-5纳米；
28.所述氧化硅层的厚度为0.5-3纳米。
29.可选的，在所述隧穿钝化层远离所述氧化硅层的一面制备氮化钛层的步骤之前，所述方法还包括：
30.在400-1000摄氏度的温度范围内，对所述硅基底、所述氧化硅层和所述隧穿钝化层进行退火处理。
31.可选的，在所述隧穿钝化层远离所述氧化硅层的一面制备氮化钛层的步骤之后，所述方法还包括：
32.在400-1000摄氏度的温度范围内，在氮气气氛中对所述氮化钛层进行退火处理。
33.可选的，在氮气气氛中对所述氮化钛层进行退火处理的步骤之后，所述方法还包括：
34.在400-1000摄氏度的温度范围内，在包含氮气和氧气的混合气氛中对所述氮化钛层进行退火处理，所述混合气氛中氧气的质量百分比为10％。
35.第三方面，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。
36.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：本技术中太阳能电池包括：硅基底、氧化硅层、隧穿钝化层和氮化钛层；其中，氧化硅层设置在硅基底的表面，隧穿钝化层设置在氧化硅层远离硅基底的一面，氮化钛层设置在隧穿钝化层远离氧化硅层的一面。本技术中，具有载流子选择性的氮化钛层与硅基底之间，除氧化硅层之外，还设置有隧穿钝化层，氧化硅层和隧穿钝化层构成的叠层结构可以避免在高温退火时氮化钛层进入硅基底中，使得硅基底的接触电阻和接触复合不会因为氮化钛的进入而增加，从而确保太阳能电池的开路电压和填充因子，提高太阳能电池的效率。
附图说明
37.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。
38.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；
39.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；
40.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；
41.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。
42.附图编号说明：
43.10-硅基底，20-氧化硅层，30-隧穿钝化层，40-氮化钛层，50-金属覆盖层，60-掺杂层，70-钝化减反层，71-氧化铝层，72-氮化硅层。
具体实施方式
44.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。
45.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及生产方法、光伏光伏组件。
46.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、氧化硅层20、隧穿钝化层30和氮化钛层40。
47.其中，氧化硅层20设置在硅基底10的表面，所述表面可以为硅基底10的向光面，也可以是硅基底10的背光面，隧穿钝化层30设置在氧化硅层20远离硅基底10的一面，氮化钛层40设置在隧穿钝化层30远离氧化硅层20的一面。
48.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。
49.设置在所述硅基底表面的氧化硅层可以起到隧穿作用，同时，还能钝化硅基底的表面缺陷，从而降低硅基底表面缺陷态密度。
50.设置在氧化硅层远离硅基底一面的隧穿钝化层，可以为氧化铝或氧化铪，隧穿钝化层可以起到隧穿作用，同时还具有化学钝化和场钝化作用，从而可以进一步增加硅基底表面的钝化效果。
51.此外，设置在隧穿钝化层远离氧化硅层一面的氮化钛层具有载流子选择性，可以与氧化钛层构成钝化接触结构，载流子可以隧穿通过氧化硅层和隧穿钝化层，且氮化钛层为具有载流子选择性的载流子选择层，因此，硅基底中产生的多数载流子可以穿透钝化接触结构，而少数载流子被阻挡，从而降低了硅基底表面的载流子浓度，实现良好的表面钝化效果。同时，由于氮化钛层具有良好的热稳定性和化学稳定性，氮化钛层与下层的隧穿钝化层和氧化硅层不发生反应，在高温下也不会发生严重的相互作用，有利于提高太阳能电池的热稳定性。进一步的，具有载流子选择性的氮化钛层与硅基底之间，除氧化硅层之外，还设置有隧穿钝化层，氧化硅层和隧穿钝化层构成的叠层结构可以避免在高温退火时氮化钛
层局部穿透从而进入硅基底中，使得硅基底的接触电阻和接触复合不会因为氮化钛的进入而增加，从而确保太阳能电池的开路电压和填充因子，避免太阳能大电池的性能发生恶化，提高太阳能电池的效率。
52.需要说明的是，由于氮化钛具有准金属导电性，因此，可以直接利用氮化钛层作为太阳能电池的金属电极，以收集并导出载流子。
53.进一步的，氮化钛本身就可以钝化硅基底表面以抑制载流子表面复合，且氮化钛层的沉积速率较快，从而可以提高太阳能电池的生产效率，降低生产成本。
54.在本发明实施例中，一种太阳能电池，包括：硅基底、氧化硅层、隧穿钝化层和氮化钛层；其中，氧化硅层设置在硅基底的表面，隧穿钝化层设置在氧化硅层远离硅基底的一面，氮化钛层设置在隧穿钝化层远离氧化硅层的一面。本技术中，具有载流子选择性的氮化钛层与硅基底之间，除氧化硅层之外，还设置有隧穿钝化层，氧化硅层和隧穿钝化层构成的叠层结构可以避免在高温退火时氮化钛层进入硅基底中，使得硅基底的接触电阻和接触复合不会因为氮化钛的进入而增加，从而确保太阳能电池的开路电压和填充因子，提高太阳能电池的效率。
55.可选的，上述氮化钛层具有电子选择性或空穴选择性，从而可以实现载流子的分离，在氮化钛层具有电子选择性的情况下，氮化钛层的功函数为4.1-4.5电子伏特；在氮化钛层具有空穴选择性的情况下，氮化钛层的功函数为4.8-5.5电子伏特。
56.在本发明实施例中，上述氮化钛层可以整面设置，即氮化钛层覆盖隧穿钝化层远离氧化硅层的表面的全部区域，也可以局部设置，即氮化钛层仅覆盖隧穿钝化层远离氧化硅层的表面的局部区域。在氮化钛层为局部设置的情况下，对于氮化钛层覆盖的区域，氮化钛层与氧化硅层构成的钝化接触结构提高了太阳能电池该区域的钝化水平，从而降低了该区域的接触复合；对于未设置氮化钛层的区域，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。
57.可选的，上述氮化钛层的氮空位密度大于10
15
/cm3。由于氮化钛层的功函数随氮空位密度的增加而降低，因此，可以通过针对氮化钛层的退火处理，设置不同的退火气氛和温度，调整氮化钛层中的氮空位密度，从而改变氮化钛层的功函数，使得最终得到的氮化钛层具有合适的功函数而产生电子选择性或空穴选择性。
58.可选的，上述氧化硅层的厚度可以为0.5-3纳米。
59.在本发明实施例中，可以采用等离子体氧化或热原子沉积方法制备氧化硅层，从而精确的控制氧化硅层的厚度，例如，可以实现0.1纳米精度的控制，相比于采用常规高温氧化制备得到的氧化硅层，具有更加优异的钝化效果。
60.可选的，上述隧穿钝化层的材料可以包括：氧化铝或氧化铪，隧穿钝化层的厚度可以为0.5-5纳米。
61.在本发明实施例中，可以采用等离子体氧化或热原子沉积方法制备氧化铝或氧化铪作为隧穿钝化层，从而精确的控制隧穿钝化层的厚度，例如，可以实现0.1纳米精度的控制，相比于采用常规高温氧化制备得到的隧穿钝化层，具有更加优异的钝化效果。同时，还可以精确的控制包含氧化硅层和隧穿钝化层的叠层的总厚度不会阻碍隧穿的水平，例如，可以精确的制备得到厚度为0.5纳米的氧化硅层，厚度为1纳米的氧化铝作为隧穿钝化层。
62.可选的，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，太阳能电池还包括：金属覆盖层50，金属覆盖层50设置在氮化钛层40远离隧穿钝化层30的一面，从而可以阻止氮化钛层40在空气中的氧化，避免电池性能的下降。
63.可选的，上述金属覆盖层的厚度可以为0.1-10微米，金属覆盖层的材料可以包括：银、锡和铝/银复合材料中的任意一种。
64.可选的，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，太阳能电池还包括：掺杂层60和钝化减反层70，其中，掺杂层60设置在硅基底10与氧化硅层相对的表面，钝化减反层70设置在掺杂层60远离硅基底10的一面。
65.在本发明实施例中，所述掺杂层60可以是通过掺杂硼得到的p型掺杂层，所述钝化减反层70一方面可以实现硅基底表面的钝化，另一方面在所述钝化减反层70设置在硅基底向光面时，还可以降低硅基底10向光面入射光的反射。
66.其中，所述钝化减反层70还可以包括厚度为10纳米的氧化铝层71和厚度为60纳米的氮化硅层72。
67.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：
68.步骤101，在硅基底的表面制备氧化硅层。
69.在该步骤中，可以首先获取硅基底，进而在硅基底的表面上制备氧化硅层。
70.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。
71.可选的，可以采用低压力化学气相沉积法(low pressure chemical vapor deposition，lpcvd)、等离子体增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)、紫外线臭氧光解氧化技术(uv/o3)和热硝酸氧化法中的任意一种方法制备氧化硅层。
72.可选的，可以在获取到硅基底，首先在硅基底的与氧化硅层相对的表面制备掺杂层，并在掺杂层远离硅基底的一面制备钝化减反层。
73.在本发明实施例中，所述掺杂层可以是通过掺杂硼得到的p型掺杂层，所述钝化减反层一方面可以实现硅基底表面的钝化，另一方面在钝化减反层设置在硅基底向光面时，还可以降低硅基底向光面入射光的反射。
74.其中，所述钝化减反层还可以包括厚度为10纳米的氧化铝层和厚度为60纳米的氮化硅层。
75.例如，可以将掺杂类型为n型掺杂的硅基底在碱性溶液中刻蚀硅基底表面损伤层，形成表面随机金字塔结构，并经过rca清洗后，在管式炉中利用三溴化硼(bbr3)进行扩散，从而获得旁路电阻约为120欧姆/平方的p型掺杂层的硅基底，进一步可以采用等离子体增强原子沉积法制备10纳米厚度的氧化铝层作为钝化层，采用等离子体增强物理气相沉积法制备60纳米厚度的氮化硅层作为减反层，所述钝化层和减反层共同构成硅基底向光面的钝化减反层。此外，还可以在400摄氏度的温度下气体退火30分钟，以激活包括氧化铝层和氮化硅层的钝化减反层。进一步的，可以对硅基底的背光面进行清洗后，采用uv o3暴露5分钟制备超薄氧化硅层。
76.步骤102，在所述氧化硅层远离所述硅基底的一面制备隧穿钝化层。
77.在该步骤中，在硅基底上制备得到氧化硅层之后，可以进一步在氧化硅层远离硅
基底的一面制备隧穿钝化层。
78.可选的，上述隧穿钝化层的材料可以包括：氧化铝或氧化铪，其厚度可以为0.5-5纳米，上述氧化硅层的厚度可以为0.5-3纳米。
79.可选的，可以采用热原子沉积法或等离子体增强化学气相沉积法制备隧穿钝化层。
80.在本发明实施例中，隧穿钝化层可以为氧化铝或氧化铪，可以起到隧穿作用，同时还具有化学钝化和场钝化作用，从而可以增加硅基底表面的钝化效果。
81.例如，可以采用热原子沉积法沉积超薄氧化铝或氧化铪，从而制备得到隧穿钝化层。
82.可选的，可以在氧化硅层远离硅基底的一面制备隧穿钝化层，即生成氧化硅层/隧穿钝化层的叠层结构之后，可以在400-1000摄氏度的温度范围内，对硅基底、氧化硅层和隧穿钝化层进行退火处理，使得氧化硅层/隧穿钝化层的叠层结构中的固定电荷数量增加，从而提高氧化硅层/隧穿钝化层的叠层结构的场效应钝化效果。例如，在800摄氏度进行退火处理之后，氧化硅层/隧穿钝化层的叠层结构中的固定电荷密度可以增加50％-100％。
83.步骤103，在所述隧穿钝化层远离所述氧化硅层的一面制备氮化钛层。
84.在该步骤中，在氧化硅层上制备得到隧穿钝化层之后，可以进一步在隧穿钝化层远离氧化硅层的一面制备氮化钛层，该氮化钛层可以具有电子选择性或空穴选择性对应的功函数。
85.可选的，可以采用热原子沉积法或物理气相沉积反应溅射制备氮化钛层。
86.在采用热原子沉积法制备氮化钛层时，可以采用钛的氯化物前体作为钛源，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，从而在隧穿钝化层远离氧化硅层的一面生成氮化钛层，其中，所述钛的氯化物前体可以为四氯化钛(ticl4)、三氯化钛(ticl3)和二氯化钛(ticl2)中的任意一种或多种。
87.在采用物理气相沉积反应溅射制备氮化钛层，采用钛钯，在氮气和氨气的气氛中，进行物理气相沉积反应溅射，从而在隧穿钝化层远离氧化硅层的一面生成氮化钛层。
88.例如，可以在氧化铝或氧化铪构成的隧穿钝化层上采用热原子沉积法沉积500纳米厚度的氮化钛层。
89.可选的，为了制备得到热稳定性的背面接触结构，在制备得到氮化钛层之后，可以进一步在氮化钛层远离隧穿钝化层的一面制备金属覆盖层，从而可以阻止氮化钛层在空气中的氧化，避免电池性能的下降。
90.可选的，可以采用热蒸发、溅射和印刷中的任意一种制备金属覆盖层，所述金属覆盖层的材料可以包括：银、锡和铝/银复合材料中的任意一种。
91.例如，可以采用热蒸发法在氮化钛层远离隧穿钝化层的一面沉积一层厚度为300纳米的银材料，从而得到所述金属覆盖层。
92.在本发明实施例中，由于氮化钛层的功函数随氮空位密度的增加而降低，因此，可以通过针对氮化钛层的退火处理，设置不同的退火气氛和温度，调整氮化钛层中的氮空位密度，从而改变氮化钛层的功函数，使得最终得到的氮化钛层具有合适的功函数而产生电子选择性或空穴选择性。例如，采用物理气相沉积反应溅射制备得到的氮化钛层的功函数处于电子选择性和空穴选择性对应的功函数的中间间隙(4.8
±
0.1电子伏特)，并不是很适
用于电子选择性接触或空穴选择性接触，因而需要通过不同温度和气氛的退火处理从而获得具有合适功函数的氮化钛层，例如，在对上述制备得到的太阳能电池在700上摄氏度的纯氮气气氛中退火，太阳能电池的氮化钛层具有空穴选择性对应的较高的功函数，随着退火温度升高至800摄氏度以上，氮化钛层的功函数降低，处于所述中间间隙。
93.可选的，可以在隧穿钝化层远离氧化硅层的一面制备得到氮化钛层之后，可以在400-1000摄氏度的温度范围内，在氮气气氛中对氮化钛层进行退火处理，从而可以降低氮化钛层的功函数，使其具有电子选择性对应的较低的功函数。
94.具体的，氮化钛层在氮气气氛中进行退火处理的过程中，可能会产生氮空位，导致电子态密度增加，从而降低功函数。
95.可选的，在氮气气氛中对氮化钛层进行退火处理之后，可以进一步400-1000摄氏度的温度范围内，在包含氮气和氧气的混合气氛中对氮化钛层进行退火处理，混合气氛中氧气的质量百分比为10％。
96.具体的，由于氮化钛层在氮气气氛中进行退火处理的过程中，可能会产生氮空位，导致电子态密度增加，从而降低功函数，若随后在富氧的混合气氛中进一步退火处理，则氧可以填充氮化钛层中氮空位，并减少氮化钛层和隧穿钝化层中的氧空位，使得氮化钛层的功函数增加。
97.例如，首先在600摄氏度下在纯氮气气氛中进行退火处理，氮化钛层的功函数降低，然后在400摄氏度的富氧的氮气气氛中进行退火处理，则在第二次退火处理之后，氮化钛层的功函数又回到了其原始值。
98.在本发明实施例中，可以设置厚度较大的氮化钛层，从而可以通过在富氧的混合气氛中进行退火处理，生成tionx的生成，或通过离子注入氮，以降低氮化钛层中的钛/氮浓度比，或增加晶粒尺寸的方法，以提高氮化钛层的功函数。既保证了氧化硅/隧穿钝化层构成的叠层结构可以避免氮化钛层在高温下的穿透，又使氮化钛层的功函数保持在相对合适的水平。
99.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。
100.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。
101.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。