CN112002779A - 硅异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种硅异质结太阳能电池以及硅异质结太阳能电池的制作方法，涉及太阳能电池技术领域，以在保证本征非晶硅层钝化效果的同时，提高本征非晶硅层的膜层质量。该硅异质结太阳能电池，包括：晶硅基底；至少形成在晶硅基底一面上的本征非晶硅叠层；本征非晶硅叠层包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。本发明提供的硅异质结太阳能电池的制作方法用于制作上述硅异质结太阳能电池。

Description

硅异质结太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
硅异质结太阳能电池为在晶硅基底与掺杂非晶硅薄膜之间插入一层本征非晶硅薄膜的太阳能电池，该本征非晶硅层用于对晶硅基底进行钝化。
作为硅异质结太阳能电池的核心钝化工艺层，本征非晶硅层的工艺制备尤为重要，设计与优化该本征层技术是提高硅异质结电池效率的重中之重。现有的本征非晶硅薄膜，不利于硅异质结太阳能电池效率的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅异质结太阳能电池以及硅异质结太阳能电池的制作方法，以在提升电池效率。
第一方面，本发明提供一种硅异质结太阳能电池，包括：
硅基底；
至少形成在晶硅基底一面上的本征非晶硅叠层；
本征非晶硅叠层包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。
在采用上述技术方案的情况下，由于在本征非晶硅层中，氢元素含量越大，可以钝化的悬挂键的数量就越多，本征非晶硅层具有的钝化作用越好。并且，在本征非晶硅层中，氢元素含量越小，该非晶硅层的膜层结构就越致密，缺陷就越少，载流子复合概率越低，该本征非晶硅层具有的电学性能相对好。基于这一表现，本发明提供的硅异质结太阳能电池中，在晶硅基底一面形成本征非晶硅叠层，并且该本征非晶硅叠层具有层叠设置的至少三层本征非晶硅层，沿背离晶硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小，使得该本征非晶硅叠层中靠近晶硅基底的本征非晶硅层具有较好的钝化性，可以实现对晶硅基底实现的良好钝化。
在此基础上，由于远离晶硅基底的本征非晶硅层具有较好的膜层质量，故其能够降低载流子传输中的复合和电学损耗，从而能够提高硅异质结太阳能电池的短路电流及填充因子。再者，由于本征非晶硅叠层中各层本征非晶硅层的氢元素含量的渐变形式，从而使得相邻本征非晶硅层之间带隙更为匹配，减少了硅异质结太阳能电池的带阶损失，可一定程度提高硅异质结电池的填充因子。
在一种可能的实现方式中，沿背离晶硅基底的方向，各层本征非晶硅层的微结构因子逐渐降低。
在采用上述技术方案的情况下，膜层的微结构因子越小，说明该膜层的致密性越好。膜层的致密性越好时，则该膜层的膜层质量越好。基于上述原因，沿背离晶硅基底的方向，各层本征非晶硅层的电学性能相对逐渐增加，使该本征非晶硅叠层整体具有较好的电学性能，从而使硅异质结太阳能电池的电学输出性能得到提升。
在一种可能的实现方式中，本征非晶硅叠层中靠近晶硅基底的本征非晶硅层的厚度最小。
在采用上述技术方案的情况下，本征非晶硅叠层中靠近晶硅基底的本征非晶硅层用于钝化晶硅基底表面。而该本征非晶硅层的膜层结构具有多孔疏松，缺陷密度大，电学性能差的缺点，基于此，本发明将本征非晶硅叠层中靠近晶硅基底的本征非晶硅层的厚度设置为最小，使该本征非晶硅层满足钝化硅基底表面的同时，尽可能的不影响硅异质结太阳能电池的电学输出。
在一种可能的实现方式中，本征非晶硅叠层包括沿背离晶硅基底的方向层叠设置的第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层以及第三本征非晶硅层；
第一本征非晶硅层含有氢元素含量为20％-30％，第二本征非晶硅层中含有的氢元素含量为14％-22％，第三本征非晶硅层中的氢元素含量为11％-17％。
在采用上述技术方案的情况下，本征非晶硅叠层包括沿背离晶硅基底的方向层叠设置的第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层以及第三本征非晶硅层。其中，第一本征非晶硅层含有氢元素含量较高，为20％-30％。在氢元素含量为20％-30％的情况下，第一本征非晶硅层能够钝化晶硅基底表面。第三本征非晶硅层含有的氢元素含量为11％-17％。在氢元素含量为11％-17％的情况下，第三本征非晶硅层具有较好的膜层质量。但第一本征非晶硅层与第三本征非晶硅层之间的氢元素含量相差较大，容易导致膜层之间的带隙匹配度低，基于此，在第一本征非晶硅层和第三本征非晶硅层之间形成有第二本征非晶硅层，该第二本征非晶硅层的氢元素含量为14％-22％。由于第二本征非晶硅层的氢元素含量介于第一本征非晶硅层和第三本征非晶硅层之间，故第二本征非晶硅层可以改善膜层之间的带隙匹配低的问题。
在一种可能的实现方式中，第一本征非晶硅层中的微结构因子为63％-67％，第二本征非晶硅层中的微结构因子为16％-18％，第三本征非晶硅层中的微结构因子为9％-11％。
在采用上述技术方案的情况下，微结构因子用于描述膜层的致密性。微结构因子越大，相应的膜层结构越疏松，膜层的致密性越差。微结构因子越小，相应的膜层结构越紧密，膜层的致密性越好。基于以上原因，当第三本征非晶硅层中的微结构因子为9％-11％时，第三本征非晶硅层具有较好的膜层致密性，进而具有较好的膜层质量。由于第一本征非晶硅层用于钝化晶硅基底表面，故其膜层结构较疏松，具有较大的微结构因子。当第一本征非晶硅层中的微结构因子为63％-67％时，第一本征非晶硅层可以满足对硅基底需求钝化作用。第二本征非晶硅层用于改善膜层之间的带隙匹配低的问题，当第二本征非晶硅层中的微结构因子为16％-18％可以在满足改善膜层之间的带隙匹配低的问题，从而改善硅异质结太阳能电池的填充因子。
在一种可能的实现方式中，第一本征非晶硅层的厚度为0.5nm-1.5nm，第二本征非晶硅层的厚度为1.5nm-3nm，第三本征非晶硅层的厚度为4nm-10nm。
在采用上述技术方案的情况下，由于第一本征非晶硅层用于钝化晶硅基底表面，其膜层结构较疏松，导致其电学性能较差，故第一本征非晶硅层的厚度会降低硅异质结太阳能电池的填充因子。此时，可以将第一本征非晶硅层的厚度设置为0.5nm-1.5nm，来减小第一本征非晶硅层对硅异质结太阳能电池电学输出的影响。第三本征非晶硅的膜层结构较致密，具有较好的电学性能，将其的厚度设置为4nm-10nm，可以弥补第一本征非晶硅层对硅异质结太阳能电池性能的影响，提升硅异质结太阳能电池的整体电学输出。第二本征非晶硅层用于改善膜层之间的带隙匹配问题，将第二本征非晶硅层的厚度设置为1.5nm-3nm，可以在满足改善膜层之间带隙匹配同时，对硅异质结太阳能电池本身性能提升产生积极影响。
在一种可能的实现方式中，掺杂晶硅基底厚度为100μm-180μm，本征非晶硅叠层的厚度为6nm-20nm。
在采用上述技术方案的情况下，该本征非晶硅叠层用于在不影响硅异质结太阳能电池电学性能的同时，对晶硅基底表面进行钝化。基于以上原因，本征非晶硅叠层的厚度与晶硅基底的厚度具有一定对应关系，当掺杂硅基底厚度为100μm-180μm，本征非晶硅叠层的厚度为6nm-20nm时，该本征非晶硅叠层可以实现对晶硅基底的钝化作用，并提升硅异质结太阳能电池的电学输出。
第二方面，本发明提供一种硅异质结太阳能电池的制作方法，包括：
提供一掺杂晶硅基底；
在晶硅基底一面上形成本征非晶硅叠层；本征非晶硅叠层包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离晶硅基底的方向，各层本征非晶硅层中的氢元素含量逐渐降低。
在采用上述技术方案的情况下，由该硅异质结太阳能电池的制作方法制作的本征非晶硅叠层，具有层叠设置的至少三层本征非晶硅层，沿背离硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。在本征非晶硅层中，氢元素含量越大，可以钝化悬挂键的数量越多，本征非晶硅层具有的钝化作用越好。在本征非晶硅层中，氢元素含量越小，非晶硅层的膜层的越致密，缺陷就越少，载流子复合速率越低，该本征非晶硅层具有的电学性能相对好。故该本征非晶硅叠层中靠近硅基底的本征非晶硅层具有较好的钝化作用，可以实现对晶硅基底表面良好钝化，远离晶硅基底的本征非晶硅层具有较好的膜层质量，有利于提升硅异质结太阳能电池的短路电流和填充因子。综上，采用本发明的硅异质结太阳能电池制作方法制作的本征非晶硅叠层不仅能够实现对晶硅基底的良好钝化，还可进一步提高硅异质结电池的短路电流和填充因子。
在此基础上，由于远离晶硅基底的本征非晶硅层具有较好的膜层质量，故其能够降低载流子传输中的复合和电学损耗，从而能够提高硅异质结太阳能电池的短路电流及填充因子。再者，由于本征非晶硅叠层中各层本征非晶硅层的氢元素含量的渐变形式，从而使得相邻本征非晶硅层之间带隙更为匹配，减少了硅异质结太阳能电池的带阶损失，可一定程度提高硅异质结电池的填充因子。
在一种可能的实现方式中，在晶硅基底一面上分别形成本征非晶硅叠层包括：
以硅烷为反应气体，在晶硅基底一面上沉积第一本征非晶硅层；
以硅烷为反应气体，在第一本征非晶硅层上沉积第二本征非晶硅层；
以硅烷和氢气为反应气体，在第二本征非晶硅层上沉积第三本征非晶硅层。
在采用上述技术方案的情况下，以硅烷为反应气体，在晶硅基底的一面上沉积第一本征非晶硅层，从而使第一本征非晶硅层含有的SiH2基团含量较高，可以较好的满足晶硅基底表面的钝化。以硅烷和氢气为反应气体，在第二本征非晶硅层上沉积第三本征非晶硅层，使第三本征非晶硅层中含有的SiH基团含量较高。在第三本征非晶硅层具有较高SiH基团的情况下，第三本征非晶硅层的膜层致密、缺陷态密度较低，可以减少载流子复合，从而使第三本征非晶硅层具有较好的电学性能。以硅烷为反应气体，在第一本征非晶硅层上沉积第二本征非晶硅层时，可以通过控制沉积第二本征非晶硅层时的沉积参数，使该第二本征非晶硅层改善第一本征非晶硅层与第三本征非晶硅层之间的带隙匹配低的问题。
在一种可能的实现方式中，在第二本征非晶硅层上沉积第三本征非晶硅层时，反应气体中硅烷和氢气的流量比为(0.5-20)：1，沉积气压为50Pa-350Pa，沉积温度为140℃-260℃。
在采用上述技术方案的情况下，在第二本征非晶硅层上沉积的第三本征非晶硅层具有较好的电学性能，可以对硅异质结太阳能电池的电学输出起到积极作用。
在一种可能的实现方式中，在硅基底一面上形成本征非晶硅叠层后，硅异质结太阳能电池的制作方法还包括；
利用含氢等离子体对本征非晶硅叠层中背离所述掺杂晶硅基底的表面进行处理。
在采用上述技术方案的情况下，利用含氢等离子体对本征非晶硅叠层中背离所述掺杂晶硅基底的表面进行处理，可以提高该本征非晶硅叠层本身的钝化作用以及提高该本征非晶硅叠层中的载流子寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种硅异质结太阳电池结构图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种硅异质结太阳电池结构图；
图3示出了现有的硅异质结太阳电池结构图；
图4至图8为本发明实施例提供的硅异质结太阳电池的制作方法的各个阶段状态示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
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该特征。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。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
目前，光伏市场的主流产品为晶硅电池，其中尤以单晶背面钝化电池(PERC)的市场占有率高，已超过50％，然而其电池效率已接近理论估算的极限值，突破难度大。作为下一代高效晶硅电池的主流技术，非晶硅/晶硅异质结太阳能电池(SHJ)电池具有高转化效率、低温度系数、低衰减、低制程温度、高双面率等优点，且其降本路径比较清晰、降本空间潜力大，颇受光伏市场青睐。作为SHJ电池的核心钝化工艺层，本征非晶硅层的工艺制备显得尤为重要。
SHJ电池晶硅基底的表面钝化具体为：利用本征非晶硅层中的氢原子来钝化晶硅基底表面悬挂键。然而，非晶硅膜层中氢(H)含量的多少与非晶硅膜层质量息息相关。H含量高，可起较好的钝化悬挂键的作用，但其膜层表现为多孔疏松，缺陷密度大，电学性能差，不利于电池效率的提升。故传统的单层本征非晶硅膜层较难同时兼容具备高质量的钝化效果和电性能特点。
基于此，图1示出了本发明实施例中的一种硅异质结太阳能电池的结构示意图。图2示出了本发明实施例中的另一种硅异质结太阳能电池的结构示意图。
参照图1和图2，该硅异质结太阳能电池包括：晶硅基底10。该晶硅基底10可以为N型或者P型硅基底。当该晶硅基底10为N型硅基底时，该晶硅基底中掺杂有N型杂质元素。N型杂质元素包括第VA族元素，例如：磷、砷、锑等。当该晶硅基底10为P型硅基底时，该硅基底中掺杂有P型杂质元素。P型杂质元素包括IIIA族元素，例如：硼、铝、镓、铟、铊等。
该硅异质结太阳能电池还包括，至少形成在晶硅基底一面上的本征非晶硅叠层；该本征非晶硅叠层所具有的结构用于实现对晶硅基底表面的钝化作用的同时，还用于提升硅异质结太阳能电池的短路电流和填充因子。该本征非晶硅叠层可以包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。
作为一种示例，参照图1，在晶硅基底10的入光面上形成第一本征非晶硅叠层20。该第一本征非晶硅叠层20包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离所述晶硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。在本征非晶硅层中，氢元素含量越大，可以钝化的悬挂键的数量越多，本征非晶硅层具有的钝化效果就越好。在本征非晶硅层中，氢元素含量越小，本征非晶硅层的膜层就越致密，载流子复合几率就越低，该本征非晶硅层所具有的膜层质量就越好。在本实施例中，本征非晶硅叠层20中靠近硅基底10的本征非晶硅层的氢元素含量最高，故其具有较好的钝化性，可以较好的实现对晶硅基底10表面的钝化作用。本征非晶硅叠层20中远离硅基底10的本征非晶硅层的氢元素含量最低，故其具有较好的膜层质量，有利于提升硅异质结太阳能电池的短路电流和填充因子。综上，本发明的硅异质结太阳能电池中的本征非晶硅叠层20不仅可以实现对晶硅基底10表面的钝化作用，还具有较好的电学性能。
作为另一种示例，参照图2，在晶硅基底10入光面形成第一本征非晶硅叠层20，在晶硅基底10的背光面形成第二本征非晶硅叠层30。可以理解，该第二本征非晶硅叠层30和第一本征非晶硅叠层20可以具有相同的叠层结构，也可以具有不同的叠层结构。示例性的，该第二本征非晶硅叠层30也可以包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离所述硅基底的方向，各层本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。基于第二本征非晶硅叠层30的结构，该第二本征非晶硅叠层30在实现对晶硅基底10的钝化作用的同时，还具有较好的电学性能。
参照图2，本发明实施例提供的硅异质结太阳能电池，由于该第一本征非晶硅叠层20和该第二本征非晶硅叠层30的叠层结构以及各个本征非晶硅层的氢元素含量的分布特性，使第一本征非晶硅叠层20和该第二本征硅叠层30本身具有较好钝化效果和电学性能。故相对仅在晶硅基底10入光面形成第一本征非晶硅叠层20，不仅可以提升对晶硅基底10的钝化效果，还可以大幅提高硅异质结太阳能电池的转化效率。
参照图1和图2，为了兼顾钝化效果和电学性能，上述第一本征非晶硅叠层可以包括沿背离硅基底的方向层叠设置的第一本征非晶硅层201、第二本征非晶硅层202以及第三本征非晶硅层202。第一本征非晶硅层201中的氢元素含量为20％-30％，主要用于钝化晶硅基底表面。第三本征非晶硅层203中的氢元素含量为11％-17％，用于提升本征非晶硅叠层的膜层质量。但第一本征非晶硅层201与第三本征非晶硅层203之间的氢元素含量相差较大，容易导致膜层之间的带隙匹配度低。基于此，在第一本征非晶硅层201和第三本征非晶硅层203之间形成有第二本征非晶硅层202，该第二本征非晶硅层202的氢元素含量为14％-22％。由于第二本征非晶硅层202的氢元素含量介于第一本征非晶硅层201和第三本征非晶硅层203之间，故第二本征非晶硅层202可以改善膜层之间的带隙匹配度低的问题。
其中，上述氢元素含量可以为氢元素的原子个数百分比，此时，上述第一本征非晶硅层中的氢元素含量即为第一本征非晶硅层中的氢元素的原子个数百分比。为了清楚的说明氢元素的原子个数百分比，示例性，H2中氢元素的原子个数百分比为100％。H2O中的氢元素的原子个数百分比为66.6％。
第二本征非晶硅叠层30包括沿背离硅基底的方向层叠设置的第四本征非晶硅层301、第五本征非晶硅层302以及第六本征非晶硅层303。第四本征非晶硅层301含有氢元素含量为20％-30％，用于钝化晶硅基底表面。第六本征非晶硅层303中的氢元素含量为11％-17％，用于提升本征非晶硅叠层的膜层质量。但第四本征非晶硅层301与第六本征非晶硅层303之间的氢元素含量相差较大，容易导致膜层之间的带隙匹配度低。基于此，在第四本征非晶硅层301和第六本征非晶硅层303之间形成有第五本征非晶硅层302，该第五本征非晶硅层302的氢元素含量为14％-22％。由于第五本征非晶硅层302的氢元素含量介于第三本征非晶硅层301和第六本征非晶硅层303之间，故第五本征非晶硅层302可以改善膜层之间的带隙匹配度低的问题。
可以理解，上述本征非晶硅叠层也可以为其他层数，例如：四层或者五层，对此本发明实施例不做限定，但随着本征非晶硅叠层层数的增加，制作工艺会相对增加，基于此，可以根据具体的需求来设定上述本征非晶硅叠层的层数。
在实际的应用中，该本征非晶硅叠层的厚度也会对硅异质结太阳能电池的电学输出性能产生影响。例如，当本征非晶硅叠层的厚度相对太薄，可能无法实现对晶硅基底的有效钝化作用。又例如，当本征非晶硅叠层的厚度相对太厚，吸光增强，导致硅异质结太阳能电池的电流下降，不利于SHJ电池效率提升。
基于上述原因，可以根据晶硅基底的厚度来设定本征非晶硅叠层的厚度。例如当晶硅基底厚度为100μm-180μm时，可以设置本征非晶硅叠层的厚度为6nm-20nm。
当设定了本征非晶硅叠层的具体厚度后，可以根据本征非晶硅叠层的具体结构设定其所包括的每层本征非晶硅层的厚度，以兼顾本征非晶硅叠层的钝化作用和电学性能。具体的：本征非晶硅叠层中靠近硅基底的本征非晶硅层用于钝化晶硅基底时，该靠近晶硅基底的本征非晶硅层为了实现较好的钝化效果，需要掺入较多的氢元素。由于掺入了较多的氢元素，该靠近硅基底的本征非晶硅层的膜层结构具有多孔疏松，缺陷密度大，电学性能差的缺点，基于此，本发明实施例将本征非晶硅叠层中靠近硅基底的本征非晶硅层的厚度设置为最小，使该本征非晶硅层可以钝化硅基底的同时，尽可能的不影响硅异质结太阳能电池的输出性能。
示例性的，参照图1和图2，第一本征非晶硅叠层包括沿背离晶硅基底的方向层叠设置的第一本征非晶硅层201、第二本征非晶硅层202以及第三本征非晶硅层203，第一本征非晶硅层201的厚度可以为0.5nm-1.5nm，第二本征非晶硅层202的厚度可以为1.5nm-3nm，第三本征非晶硅层203的厚度可以为4nm-10nm。此时，由于第一本征非晶硅层201用于钝化晶硅基底，其膜层结构较疏松，导致其电学性能较差，故第一本征非晶硅层201的厚度会影响硅异质结太阳能电池的本身性能。此时，可以将第一本征非晶硅层201的厚度设置为0.5nm-1.5nm，来减小第一本征非晶硅层201对硅异质结太阳能电池本身性能的影响。第三本征非晶硅层203的本身结构较紧密，具有较好的膜层质量，将其的厚度设置为4nm-10nm，可以弥补第一本征非晶硅层201对硅异质结太阳能电池性能的影响，提升硅异质结太阳能电池的本身电学性能。第二本征非晶硅层202用于改善第一本征非晶硅层201和第三本征非晶硅层203之间的晶格匹配度低的问题，将第二本征非晶硅层202的厚度设置为1.5nm-3nm，可以在满足改善膜层之间的晶格匹配度低的需求的同时，对硅异质结太阳能电池的电学输出产生积极影响。
本征非晶硅叠层中的各层本征非晶硅层的氢元素含量，各层本征非晶硅层的厚度、以及各层本征非晶硅层的微结构因子均会对本征非晶硅叠层的性能产生影响。其中，微结构因子与膜层性能之间的关系为：本征非晶硅层的微结构因子越小，则该本征非晶硅层的致密性越好，则该本征非晶硅层的膜层质量包括电学性能越好。微结构因子越大，相应的膜层结构越疏松，膜层的致密性越差。基于上述原因，可以沿背离硅基底的方向，设置至少三层本征非晶硅层的导电性能逐渐增加，在满足本征非晶硅叠层的钝化作用的前提下，使该本征非晶硅叠层具有较好的膜层质量，从而使硅异质结太阳能电池的除开路电压外，短路电流和填充因子也得到提升。
示例性的，参照图1，第一本征非晶硅叠层包括沿背离晶硅基底的方向层叠设置的第一本征非晶硅层201、第二本征非晶硅层202以及第三本征非晶硅层203时，第一本征非晶硅层201中的微结构因子为63％-67％，第二本征非晶硅层202中的微结构因子为16％-18％，第三本征非晶硅层203中的微结构因子为9％-11％。当第三本征非晶硅层203中的微结构因子为9％-11％时，第三本征非晶硅层203具有较好的膜层致密性，进而具有较好的膜层质量包括电学性能。由于第一本征非晶硅层201用于钝化晶硅基底表面，故其膜层氢含量较大，导致其结构较疏松，具有较大的微结构因子，当第一本征非晶硅层201中的微结构因子为63％-67％时，第一本征非晶硅层201可以满足对晶硅基底钝化需求。第二本征非晶硅层202用于改善膜层之间的晶格匹配度低的问题，当第二本征非晶硅层202中的微结构因子为16％-18％可以在满足改善膜层之间的晶格匹配度低的问题的同时，还可以改善硅异质结太阳能电池的电学输出性能。
以上，对本征非晶硅叠层中所包含的本征非晶硅层的层数，各层本征非晶硅层的氢元素含量、厚度以及微结构因子的设定原则均进行了描述，在实际的应用中，可根据具体的需求设定具有不同层数的本征非晶硅叠层，以及设定每层本征非晶硅层中的氢元素含量、厚度以及微结构因子。
本发明实施例中提供的硅异质结太阳能电池具有多层本征非晶硅层，且沿着背离硅基底的方向，各层本征非晶硅层中的氢元素含量逐渐降低，基于以上结构，本发明实施例中的硅异质结太阳能电池可以有效提升晶硅表面的钝化效果，改善本征非晶硅层的综合质量，可使硅异质结太阳能电池效率提升明显，其绝对效率提升约为0.3-0.7％。
本发明实施例还公开了一种硅异质结太阳能电池的制作方法，硅异质结太阳能电池的制作方法包括以下步骤：
参照图4，提供一晶硅基底10。根据具体的需求，该晶硅基底10可以为N型或者P型硅基底。示例性的，当该晶硅基底为N型硅基底时，该N型硅基底的制作步骤可以为：对硅片进行N型掺杂处理，然后对N型硅片进行制绒、清洗处理，得到N型硅基底。其中，硅片规格可选用M2或者M6硅片、厚度为100μm-180μm，电阻率为0.5Ω·cm-5Ω·cm。
参照图5，在晶硅基底10的至少一面上形成本征非晶硅叠层。该至少一面可以为晶硅基底的入光面，也可以为晶硅基底的入光面和背光面。例如：在晶硅基底10的入光面和背光面上利用13.56MHz的RF-PECVD(射频增强等离子体化学气相沉积)设备分别依次沉积多层本征非晶硅层，得到本征非晶硅叠层。该本征非晶硅叠层20包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层。沿背离晶硅基底的方向，各层本征非晶硅层中的氢元素含量逐渐降低。
例如：参照图5，沿背离硅基底的方向，在晶硅基底10入光面上形成有第一本征非晶硅叠层20。该第一本征非晶硅叠层20包括第一本征非晶硅201，第二本征非晶硅202和第三本征非晶硅203。在晶硅基底背光面上形成按照传统工艺形成本征非晶硅结构30。
又例如，参照图6，在晶硅基底10入光面上形成第一本征非晶硅叠层20后，沿背离晶硅基底的方向，在晶硅基底背光面上形成有第二本征非晶硅叠层30。该第二本征非晶硅叠层30包括第四本征非晶硅301，第五本征非晶硅302和第六本征非晶硅303。
示例性的，在晶硅基底的至少一面上形成本征非晶硅叠层可以包括：以硅烷为反应气体，在所述硅基底至少一面上沉积第一本征非晶硅层。沉积第一本征非晶硅层时，RF-PECVD设备的两个极板间的间距为40mm-55mm，硅烷的流量为600sccm-1000sccm，沉积气压为50Pa-100Pa，功率密度为0.01W/cm2-0.1W/cm2，沉积温度为140℃-260℃。
以硅烷为反应气体，在所述第一本征非晶硅层上沉积第二本征非晶硅层。沉积第二本征非晶硅层时，RF-PECVD设备的两个极板间的间距为20mm-35mm，硅烷的流量为900sccm–1500sccm，沉积气压为50Pa-150Pa，功率密度为0.01W/cm2-0.1W/cm2，沉积温度为140℃-260℃。
以硅烷和氢气为反应气体，在所述第二本征非晶硅层上沉积第三本征非晶硅层。沉积第三本征非晶硅层时，RF-PECVD设备的两个极板间的间距为25mm-40mm，硅烷和氢气的流量比为(0.5-20)：1，沉积气压为50Pa-350Pa，功率密度为0.01W/cm2-1W/cm2，沉积温度为140℃-260℃。
作为一种可能的实现方式，在形成上述本征非晶硅叠层后，为了加强本征非晶硅叠层的钝化作用以及该本征非晶硅叠层中的载流子寿命，可以利用含氢等离子体对本征非晶硅叠层中背离所述掺杂晶硅基底的表面进行处理。
参照图7，在形成上述本征非晶硅叠层后，所述方法还可以包括通过13.56MHz的RF-PECVD设备于硅第三本征非晶硅层203之上沉积N型非晶硅或纳米硅掺杂层40；通过13.56MHz的RF-PECVD设备于本征非晶硅结构30之上沉积P型非晶硅掺杂层50；通过PVD设备分别于N型非晶硅或纳米硅掺杂层40和P型非晶硅掺杂层50之上沉积透明导电层60；在透明导电层60上通过丝网印刷形成正背面金属电极70。最终，得到硅异质结太阳能电池。
参照图8，在形成上述本征非晶硅叠层后，所述方法还可以包括通过13.56MHz的RF-PECVD设备于第三本征非晶硅层203之上沉积N型非晶硅或纳米硅掺杂层40；通过13.56MHz的RF-PECVD设备于第六本征非晶硅层303之上沉积P型非晶硅掺杂层50；通过PVD设备分别于N型非晶硅或纳米硅掺杂层40和P型非晶硅掺杂层50之上沉积透明导电层60；在透明导电层60上通过丝网印刷形成正背面金属电极70。最终，得到硅异质结太阳能电池。在上述实施方式的描述中，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。
为了证明本发明实施例提供的硅异质结太阳能电池的性能优势，下面示例出本发明实施例的硅异质结太阳能电池与对照组的硅异质结太阳能电池的具体结构以及性能参数的对比，性能参数对比见表1。
参照图2，本发明实施例提供的硅异质结太阳能电池的制作方法的步骤如下：
步骤1，对N型晶体硅片进行制绒、清洗处理，硅片规格可选用M2或者M6硅片、厚度为100μm-180μm，电阻率0.5Ω.cm-5Ω.cm。
步骤2，在N型晶体硅片的正反两面通过13.56MHz的RF-PECVD设备分别依次沉积多层本征非晶硅层201，202和203。
步骤3，通过13.56MHz的RF-PECVD设备于在第三本征非晶硅层203之上沉积N型非晶硅掺杂层40。
步骤4，通过13.56MHz的RF-PECVD设备在第三本征非晶硅层303之上沉积P型非晶硅掺杂层50。
步骤5，通过磁控溅射PVD设备分别在N型非晶硅掺杂层40和P型非晶硅掺杂层50之上沉积透明导电层60。
步骤6，通过丝网印刷形成正背面金属电极70。
参照图2，采用上述制作方法制作的本发明实施例的硅异质结太阳能电池包括N型晶硅基底10，N型晶硅基底10的入光面设置有第一本征非晶硅层201；第一本征非晶硅层201上设置有第二本征非晶硅层202，第二本征非晶硅层202上设置有第三本征非晶硅层203，第三本征非晶硅层203上设置有N型非晶硅或微晶硅掺杂层40；N型非晶硅或微晶硅掺杂层40上设置有透明导电层60；透明导电层60上设置有金属电极70；N型晶硅基底10的背光面设置有第四本征非晶硅层301；第四本征非晶硅层301上设置有第五本征非晶硅层302，第五本征非晶硅层302上设置有第六本征非晶硅层303，第六本征非晶硅层303上设置有P型非晶硅掺杂层50；P型非晶硅掺杂层50上设置有透明导电层60；透明导电层60上设置有金属电极70。
参照图2，第一本征非晶硅层201和第四本征非晶硅层301厚度为1.0nm，纯硅烷沉积，氢元素含量为25％，微结构因子为65％；第二本征非晶硅层202和第五本征非晶硅层302的厚度为1.5nm，纯硅烷沉积，氢元素含量比为20％，微结构因子为17％；第三本征非晶硅层203和第六本征非晶硅层303的厚度为7nm，硅烷和氢气协同沉积，氢元素含量为15％，微结构因子为10％；其中，为了进一步提高钝化效果，提高载流子寿命，所述第三本征非晶硅层203和第六本征非晶硅层303之后，N型非晶硅掺杂层40或P型非晶硅掺杂层50之前，设有大压力氢等离子体处理。
对照组的硅异质结太阳能电池的制作方法包括以下步骤：
步骤1，对N型晶体硅片1进行制绒、清洗处理，硅片规格可选用M2或者M6硅片、厚度为100μm-180μm，电阻率0.5Ω.cm-5Ω.cm。
步骤2，N型晶体硅片1的正反两面通过13.56MHz的RF-PECVD设备分别沉积第一本征非晶硅层2和第二本征非晶硅3。
步骤3，通过13.56MHz的RF-PECVD设备于正面第二本征非晶硅3之上沉积N型非晶硅掺杂层5。
步骤4，通过13.56MHz的RF-PECVD设备于背面第二本征非晶硅3之上沉积P型非晶硅掺杂层4。
步骤5，通过磁控溅射PVD设备分别于N型非晶硅掺杂层5和P型非晶硅掺杂层4之上沉积透明导电层6。
步骤6，通过丝网印刷形成正背面金属电极7。
参照图3，采用上述制作方法制作的对照组中的硅异质结太阳能电池包括N型晶硅基底1，N型晶硅基底1的入光面设置有本征非晶硅层2；本征非晶硅层2上设置有本征非晶硅3；本征非晶硅3上设置有N型非晶硅或微晶硅掺杂层5；N型非晶硅或微晶硅掺杂层5上设置有透明导电层6；透明导电层6上设置有金属电极7；N型晶硅基底1的背光面设置有本征非晶硅层2；本征非晶硅层2上设置有本征非晶硅3；本征非晶硅层3上设置有P型非晶硅掺杂层4；P型非晶硅掺杂层4上设置有透明导电层6；透明导电层6上设置有金属电极7。其中，本征非晶硅层2厚度为1nm-4nm，本征非晶硅层3厚度为3nm-7nm。
表1硅异质结太阳能电池的性能参数对比
Figure BDA0002600853600000161
从上表可以看出，本发明实施例提供的硅异质结太阳能电池可使电池效率提升明显，其绝对效率可以提升约为0.3-0.7％。本实施例的硅异质结太阳能电池在开路电压、短路电流、填充因子以及转换效率上均有较大改善。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种硅异质结太阳能电池，其特征在于，包括：
晶硅基底；
至少形成在所述晶硅基底的一面上的本征非晶硅叠层；其中，所述本征非晶硅叠层包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离所述晶硅基底的方向，各层所述本征非晶硅层含有的氢元素含量逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，沿背离所述晶硅基底的方向，各层所述本征非晶硅层的微结构因子逐渐降低。
3.根据权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述本征非晶硅叠层中靠近所述晶硅基底的本征非晶硅层的厚度最小。
4.根据权利要求1-3所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述本征非晶硅叠层包括沿背离所述晶硅基底的方向层叠设置的第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层以及第三本征非晶硅层；
所述第一本征非晶硅层含有氢元素含量为20％-30％，所述第二本征非晶硅层中含有的氢元素含量14％-22％，所述第三本征非晶硅层中的氢元素含量为11％-17％。
5.根据权利要求4所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征非晶硅层中的微结构因子为63％-67％，所述第二本征非晶硅层中的微结构因子为16％-18％，所述第三本征非晶硅层中的微结构因子为9％-11％。
6.根据权利要求4所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征非晶硅层的厚度为0.5nm-1.5nm，所述第二本征非晶硅层的厚度为1.5nm-3nm，所述第三本征非晶硅层的厚度为4nm-10nm。
7.根据权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述晶硅基底厚度为100μm-180μm，所述本征非晶硅叠层的厚度为6nm-20nm。
8.一种硅异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供一晶硅基底；
在所述晶硅基底的一面上形成本征非晶硅叠层；所述本征非晶硅叠层包括层叠设置的至少三层本征非晶硅层；沿背离所述硅基底的方向，各层本征非晶硅层中的氢元素含量逐渐降低。
9.根据权利要求8所述的硅异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述在所述晶硅基底的一面上形成本征非晶硅叠层包括：
以硅烷为反应气体，在所述晶硅基底的一面上沉积第一本征非晶硅层；
以硅烷为反应气体，在所述第一本征非晶硅层上沉积第二本征非晶硅层；
以硅烷和氢气为反应气体，在所述第二本征非晶硅层上沉积第三本征非晶硅层。
10.根据权利要求9所述的硅异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，在沉积第三本征非晶硅层时，所述反应气体中硅烷和氢气的流量比为(0.5-20)：1，沉积气压为50Pa-350Pa，沉积温度为140℃-260℃。
11.根据权利要求8所述的硅异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述形成本征非晶硅叠层后，所述硅异质结太阳能电池的制作方法还包括；
利用含氢等离子体对所述本征非晶硅叠层中背离所述晶硅基底的表面进行处理。
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