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.太阳能电池的一个显著特点是它们能够将光产生的电子和空穴引导到非对称导电的路径上，即将载流子分开，然后通过正极和负极进行收集，从而输出电能。传统的晶体硅太阳能电池是通过在硅基底的近表面进行掺杂，从而得到电子选择性接触和空穴选择性接触以实现载流子的分离，但由于掺杂技术势必引起重掺杂效应，影响电池性能，同时掺杂技术的高温过程会引入较多杂质，且会影响少数载流子的寿命，从而导致太阳电池的效率较低，因此，可以通过在硅基底的一面设置具有电子选择性或者空穴选择性的氮化钛层作为载流子选择层，以收集硅基底中的电子或空穴，从而分离硅基底中的载流子，而无需对硅基底进行掺杂就可以形成用于分离载流子的空穴选择性接触和电子选择性接触。
4.但是，在目前的方案中，作为载流子选择层的氮化钛层被氧化而生成氧化钛层，由于氧化钛层的导电性较差，使得电子传输效率较差，金属电极与氧化钛层之间的势垒高度较高，从而增加了太阳能电池的接触电阻，降低了太阳能电池的效率。


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，旨在解决太阳能电池中作为载流子选择层的氮化钛层被氧化而生成氧化钛层，从而导致太阳能电池的接触电阻较高，太阳能电池的效率低下的问题。
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、氮化钛层、低功函数金属层和金属电极层；
8.所述氮化钛层设置在所述硅基底的一面，所述低功函数金属层设置在所述氮化钛层远离所述硅基底的一面，所述金属电极层设置在所述低功函数金属层远离所述氮化钛层的一面；
9.其中，所述低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性。
10.可选的，所述低功函数金属包括：钙、镁、铝、钡、铯、锶、镱、铈、钐、铕、钕、钍、钆、铪、镥和镧中的任意一种。
11.可选的，所述太阳能电池还包括：氧化钛层和氧化硅层；
12.所述氧化硅层设置在所述硅基底和所述氮化钛层之间，所述氧化钛层设置在所述氮化钛层和所述低功函数金属层之间；
13.其中，所述氧化钛层和所述氧化硅层是在对所述氮化钛层进行氧化处理的过程中生成。
14.可选的，所述太阳能电池还包括：硅化物层；
15.所述硅化物层设置在所述硅基底与所述氮化钛层之间；
16.所述硅化物层包括：二硅化钴、硅化铂和二硅化钛中的任意一种。
17.可选的，所述硅基底为n型硅基底。
18.可选的，所述金属电极层包括：铝、铝/银、镍/铜、镍/铜/锡、铬/钯/银和镍/铜/银中的任意一种。
19.可选的，所述氮化钛层的厚度小于20纳米。
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.在硅基底的一面制备氮化钛层；
22.在所述氮化钛层远离所述硅基底的一面制备低功函数金属层；
23.在所述低功函数金属层远离所述氮化钛层的一面制备金属电极层；
24.其中，所述低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性。
25.可选的，在硅基底的一面制备氮化钛层的步骤之后，所述方法还包括：
26.对所述氮化钛层进行氧化处理，在所述氮化钛层与所述硅基底的中间生成氧化硅层，在所述氮化钛层远离所述硅基底的一面生成氧化钛层。
27.可选的，在硅基底的一面制备氮化钛层的步骤之前，所述方法还包括：
28.在所述硅基底的一面制备金属层；
29.对所述金属层进行退火处理，所述金属层与所述硅基底反应生成硅化物层；
30.其中，所述金属层包括：钴、铂和钛中的任意一种。
31.可选的，所述氧化处理包括：干式氧化、湿式氧化和等离子体氧化中的任意一种。
32.可选的，在所述氧化处理为干式氧化的情况下，所述氧化处理的热处理温度为300-600摄氏度，所述氧化处理的氧化气氛包括氮气和氧气；
33.在所述氧化处理为湿式氧化的情况下，所述氧化处理的热处理温度为300-600摄氏度，所述氧化处理的氧化气氛包括氮气和水；
34.在所述氧化处理为等离子体氧化的情况下，所述氧化处理的热处理温度为25-300摄氏度。
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、氮化钛层、低功函数金属层和金属电极层；氮化钛层设置在硅基底的一面，低功函数金属层设置在氮化钛层远离硅基底的一面，金属电极层设置在低功函数金属层远离氮化钛层的一面；其中，低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性。本技术中，由于在氮化钛层远离硅基底的一面设置有低功函数金属层，且低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性，因此，若作为载流子选择传输层的氮化钛层被氧化而生成氧化钛层，则低功函数金属层可以还原氧化钛层，从而提高氮化钛层的导电性，使得电子传输效率得到提升，降低了金属电极与氮化钛层之间的势垒高度，从而可以降低太阳能电池的接触电阻，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-氮化钛层，30-低功函数金属层，40-金属电极层，50-氧化硅层，60-氧化钛层，70-硅化物层。
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、氮化钛层20、低功函数金属层30和金属电极层40。
47.其中，氮化钛层20设置在硅基底10的一面，低功函数金属层30设置在氮化钛层20远离硅基底10的一面，金属电极层40设置在低功函数金属层30远离氮化钛层20的一面，且低功函数金属层30中包含的低功函数金属高于金属钛的活性。
48.在本发明实施例中，硅基底可以为n型硅基底，即硅基底的掺杂类型为n型掺杂，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，掺杂浓度为5
×
10
14-1
×
10
16
cm-3
，n型硅基底对污染物有更高的抵抗能力，可以减少污染物对寿命的影响，从而具有更高的寿命，并且，由于n型硅基底没有硼氧缺陷，从而可以避免性能退化。而轻掺杂的硅基底可以降低掺杂引起的俄歇复合和带隙变窄效应，提高少数载流子的寿命和载流子扩散长度，提高太阳能电池的电流密度，从而可以获得较高的转换效率。所述硅基底也可以为p型硅基底，即硅基底的掺杂类型为p型掺杂，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.在本发明实施例中，上述氮化钛层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，氮化钛层可以具有空穴选择性或电子选择性，因而可以作为空穴选择传输层或电子选择传输层，以收集硅基底中的空穴或电子，从而分离硅基底中的载流子，而无需对硅基底进行重掺杂就可以形成用于分离载流子的空穴选择性接触或电子选择性接触。同时，可以通过针对氮化钛层的氧化处理，从而在氮化钛层和硅基底的界面形成具有隧穿钝
化功能的氧化硅层，以及在氮化钛层远离硅基底的一面形成氧化钛层。氧化硅层可以钝化表面缺陷，使得不需要单独生长氧化硅层以改善氮化钛层钝化能力不足的缺陷，氧化钛层可以增强表面钝化效果，而且氮化钛层也具有优良的钝化性能，综上，在本发明实施例中，可以通过一次氧化处理即可大大增强表面的钝化效果，具有工艺简单的优点。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。
50.在本发明实施例中，上述低功函数金属层设置在氮化钛层远离硅基底的一面，若氮化钛层的表面形成氧化钛层，则氧化钛层位于低功函数金属层和氮化钛层之间，由于低功函数金属层中包含低功函数金属，且低功函数金属高于金属钛的活性，因此，低功函数金属层中包含低功函数金属可以还原氧化钛层，避免由于氮化钛的表面由于氧化生成的氧化钛的导电性较差，导致接触电阻增大的问题，从而提高氮化钛层的导电性，使得电子传输效率得到提升，降低了金属电极与氮化钛层之间的势垒高度，从而可以降低太阳能电池的接触电阻，提高太阳能电池的效率。
51.需要说明的是，若硅基底为n型硅基底，则低功函数金属层中低功函数金属的功函数可以低于铝的功函数(4.28电子伏特)。
52.在本发明实施例中，上述金属电极层用于收集和导出载流子。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，由于氮化钛层和低功函数金属层具有少数载流子选择传输作用，少数载流子被传输至低功函数金属层中，然后被与其连接的金属电极层导出，从而实现载流子的分离，使得金属电极层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。
53.在本发明实施例中，一种太阳能电池，包括：硅基底、氮化钛层、低功函数金属层和金属电极层；氮化钛层设置在硅基底的一面，低功函数金属层设置在氮化钛层远离硅基底的一面，金属电极层设置在低功函数金属层远离氮化钛层的一面；其中，低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性。本技术中，由于在氮化钛层远离硅基底的一面设置有低功函数金属层，且低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性，因此，若作为载流子选择传输层的氮化钛层被氧化而生成氧化钛层，则低功函数金属层可以还原氧化钛层，从而提高氮化钛层的导电性，使得电子传输效率得到提升，降低了金属电极与氮化钛层之间的势垒高度，从而可以降低太阳能电池的接触电阻，提高太阳能电池的效率。
54.可选的，上述低功函数金属包括：钙、镁、铝、钡、铯、锶、镱、铈、钐、铕、钕、钍、钆、铪、镥和镧中的任意一种，即低功函数金属的金属活动性顺序位于金属钛之前，低功函数金属高于金属钛的活性，同时，低功函数金属的活性越强，对氧化钛的还原程度越大，通过氧化钛的还原可以增加其导电性来提高通过该层的电子传输，改善与硅基底表面的能带排列，降低了金属/氧化钛层的势垒高度，克服典型n型硅基底-金属接触的局限性，实现了在轻掺杂n型硅基底上的无掺杂欧姆接触。
55.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，太阳能电池还可以包括：氧化钛层60和氧化硅层50，氧化硅层50设置在硅基底10和氮化钛层20之间，氧化钛层60设置在氮化钛层20和低功函数金属层30之间，其中，氧化钛层60和氧化硅层50是在对氮化钛层20进行氧化处理的过程中生成。
56.具体的，在硅基底的一面制备得到氮化钛层之后，可以通过针对氮化钛层的一次
氧化处理，从而在氮化钛层和硅基底的界面形成具有隧穿钝化功能的氧化硅层，以及在氮化钛层远离硅基底的一面形成氧化钛层。由于氧化硅层可以钝化表面缺陷，使得不需要单独生长氧化硅层以改善氮化钛层钝化能力不足的缺陷，氧化钛层可以增强表面钝化效果，而且氮化钛层也具有优良的钝化性能，综上，可以通过一次氧化处理即可大大增强表面的钝化效果，具有工艺简单的优点。
57.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，所述太阳能电池还可以包括：硅化物层70，硅化物层70设置在硅基底10与氮化钛层20之间，从而可以进一步降低接触电阻，提高太阳能电池的效率。
58.其中，硅化物层可以包括：二硅化钴、硅化铂和二硅化钛中的任意一种。
59.可选的，上述硅基底可以为n型硅基底，由于n型硅基底对污染物有更高的抵抗能力，可以减少污染物对寿命的影响，从而具有更高的寿命，并且，由于n型硅基底没有硼氧缺陷，从而可以避免性能退化。
60.可选的，上述金属电极层可以包括：铝、铝/银、镍/铜、镍/铜/锡、铬/钯/银和镍/铜/银中的任意一种。
61.可选的，上述氮化钛层的厚度可以小于20纳米，优选小于15纳米，例如8纳米，同时，氮化钛层表面形成的氧化钛层的厚度可以小于氮化钛层的厚度。
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氮化钛层。
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氮化钛层。
65.在本发明实施例中，所述硅基底可以为n型硅基底，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氮化钛层，该氮化钛层可以为电子选择传输层或空穴选择传输层。
67.可选的，在沉积氮化钛层之前，可以在硅基底的表面沉积金属层，并对金属层进行退火处理，使得金属层与硅基底反应生成硅化物层，从而在硅基底和氮化钛层之间制备得到硅化物层。
68.其中，上述金属层可以包括：钴、铂和钛中的任意一种，相应的，上述硅化物层可以包括：二硅化钴、硅化铂和二硅化钛中的任意一种。
69.可选的，在制备得到氮化钛层之后，可以对氮化钛层进行氧化处理，从而在氮化钛层和硅基底之间形成超薄氧化硅层，在氧化钛层远离硅基底的一面形成氧化钛层。
70.需要说明的是，若需要在氮化钛层和硅基底之间形成硅化物层，则可以在硅基底的表面沉积金属层之后，在金属层远离硅基底的一面沉积氮化钛层，并经过一次氧化处理，使得金属层中的金属与硅基底反应形成硅化物层，同时形成超薄氧化硅层和氧化钛层。
71.可选的，上述氧化处理可以包括：干式氧化、湿式氧化和等离子体氧化中的任意一种。
72.可选的，在上述氧化处理为干式氧化的情况下，氧化处理的热处理温度为300-600摄氏度，氧化处理的氧化气氛包括氮气和氧气；在上述氧化处理为湿式氧化的情况下，氧化处理的热处理温度为300-600摄氏度，氧化处理的氧化环境包括氮气和水；在上述氧化处理
为等离子体氧化的情况下，氧化处理的热处理温度为25-300摄氏度，所述等离子体氧化可以使用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，icp)反应器或微波等离子体氧化仪完成。
73.步骤102、在所述氮化钛层远离所述硅基底的一面制备低功函数金属层。
74.在该步骤中，在硅基底的一面制备得到氮化钛层之后，可以进一步在氮化钛层远离硅基底的一面制备低功函数金属层。
75.其中，上述低功函数金属层中包含的低功函数金属高于金属钛的活性。
76.步骤103、在所述低功函数金属层远离所述氮化钛层的一面制备金属电极层。
77.在该步骤中，在制备得到低功函数金属层之后，可以进一步在低功函数金属层远离氮化钛层的一面制备金属电极层。
78.在本发明实施例中，所述金属电极可以通过各种已知的方法制作，并且可以不用高温烧结工艺，以降低热预算和对电池性能的不利影响，例如，可以通过丝网印刷、打印、激光转印低温浆料或电子束蒸发、热蒸镀、电镀的方式形成金属电极层。
79.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。
80.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。
81.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。