CN112349791A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及太阳能电池技术领域，公开了一种太阳能电池及其制备方法。本发明中，太阳能电池包括：基体，正电极、负电极以及带电钝化层，所述基体包括相对设置的前表面和背表面，所述基体的背表面设有交替排列的P型掺杂层和N型掺杂层，所述P型掺杂层与所述正极连接，所述N型掺杂层与所述负极连接，所述带电钝化层位于所述前表面一侧，所述带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米。本发明提供的太阳能电池及其制备方法，能够在保证载流子传输能力的前提下，简化太阳能电池的制备流程，降低生产成本。

Description

太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及太阳能电池技术领域，特别涉及太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其p+掺杂区域接触电极和n+掺杂区域接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所遮挡反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。
背接触电池，是一种将p+掺杂区域和n+掺杂区域均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。现有技术中，背接触电池通常采用高温热扩散的方式，在基底前表面形成正面场或浮动发射级，以提高载流子传输能力，然后，在基底前表面沉积钝化层，避免载流子在到达背表面之前就被复合而降低电池效率。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在基底前表面采用高温热扩散的方式以形成正面场或浮动发射级的方案，在高温扩散后需进行清洗，太阳能电池的制备流程复杂，生产成本较高。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种太阳能电池及其制备方法，能够在保证载流子传输能力的前提下，简化太阳能电池的制备流程，降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种太阳能电池，包括：基体，正电极、负电极以及带电钝化层，所述基体包括相对设置的前表面和背表面，所述基体的背表面设有交替排列的P型掺杂层和N型掺杂层，所述P型掺杂层与所述正极连接，所述N型掺杂层与所述负极连接；所述带电钝化层位于所述前表面一侧，所述带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米。
本发明的实施方式还提供了一种太阳能电池的制备方法，包括：提供基体，其中，所述基体包括相对设置的前表面和背表面；所述基体的背表面设有交替排列的P型掺杂层和N型掺杂层，所述P型掺杂层与所述正极连接，所述N型掺杂层与所述负极连接；在所述前表面一侧形成带电钝化层，其中，所述带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米。
本发明实施方式相对于现有技术而言，由于基体的前表面一侧设置有带电钝化层，带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，带电钝化层吸引基体中与带电钝化层所带电荷电性相反的粒子，从而能够在基体的前表面形成与带电钝化层所带电荷电性相反的膜层，该膜层能够替代现有技术中高温掺杂所形成的膜层，在基底前表面形成正面场或浮动发射级，以保证载流子传输能力，同时具有正表面钝化效果，避免了载流子在到达背表面之前就被复合而降低电池效率，即，一步完成前表面的场钝化和形成正面场/浮动发射极的功能，简化了太阳能电池的制备流程，降低了生产成本；并且，由于所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米，从而既能保证正面吸光性能、以避免电池的电流损失和转化效率下降，又能提高带电钝化层的带电密度，从而提高载流子传输能力。
另外，所述带电钝化层的材料包括氧化铝、氮化硅、氧化磷、氧化镓、氧化钼和氧化铪中任一者或其任意组合。
另外，所述带电钝化层的材料为氧化铝，且所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至20纳米；或者，所述带电钝化层的材料为氧化镓氧化磷，且所述带电钝化层的厚度范围为20纳米至30纳米。
另外，所述带电钝化层为叠层结构，所述叠层结构中各膜层所带电荷的电性相同。
另外，所述叠层结构包括：依次叠设于所述基体上的第一膜层和第二膜层，所述第一膜层的带电密度大于所述第二膜层的带电密度。由于靠近基体的第一膜层的带电密度大于远离基体的第二膜层的带电密度，更加符合载流子传输的要求，从而进一步提高了载流子传输能力，所述第一膜层的厚度大于所述第二膜层的厚度。
另外，所述第一膜层的材料为氧化磷，所述第二膜层的材料为氮化硅；或者，所述第一膜层的材料为氧化铝，所述第二膜层的材料为氧化镓。
另外，所述带电钝化层所带电荷为正电，所述基体靠近所述带电钝化层一侧形成负电层，所述负电层与所述基体的材料相同；或者，所述带电钝化层所带电荷为负电，所述基体靠近所述带电钝化层一侧形成正电层，所述正电层与所述基体的材料相同。
另外，在所述前表面一侧形成带电钝化层的步骤中，退火温度范围为400摄氏度至450摄氏度，退火时间范围为1分钟至10分钟。如此设置，能够提高带电钝化层的带电密度。
另外，所述带电钝化层所带电荷为负电，在所述前表面一侧形成带电钝化层的步骤中，退火气体氛围为氮气和氢气的混合气体、或惰性气体与氢气的混合气体，其中，氢气所占的体积比为3％至8％。利用混合气体中的氢气可钝化带电钝化层中带正电的“氧”替位缺陷，导致带电钝化层负电带电密度最大化，同时，避免氢气浓度过高导致爆炸的危险。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明第一实施方式提供的太阳能电池的一种结构示意图；
图2是本发明第一实施方式提供的太阳能电池的另一种结构示意图；
图3是本发明第三实施方式提供的太阳能电池的制备方法的流程图；
附图说明：
基体11、前表面111、背表面112、波峰处113、波谷处114、正电极12、负电极13、带电钝化层14、第一膜层141、第二膜层142、P型掺杂层15、N型掺杂层16、减反层17、背表面钝化层18。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种太阳能电池，如图1所示，包括：基体11，正电极12、负电极13以及带电钝化层14，基体11包括相对设置的前表面111和背表面112，正电极12和负电极13位于背表面112一侧，带电钝化层14位于前表面111一侧；带电钝化层14的带电密度范围为1013库仑/平方厘米(cm-2)至1016库仑/每平方厘米。
本实施方式中，带电钝化层14的厚度范围可以为10纳米(nm)至30纳米。由于带电钝化的厚度越大，其带电密度越高，太阳能电池的载流子传输能力越好，但带电钝化的厚度过大会影响正面吸光性能，引起电池的电流损失和转化效率下降，因此，通过设置带电钝化层14的厚度范围为10纳米至30纳米，从而既能保证正面吸光性能、以避免电池的电流损失和转化效率下降，又能提高带电钝化层14的带电密度，从而提高载流子传输能力。
其中，带电钝化层14的材料可以包括氧化铝、氮化硅、氧化磷、氧化镓、氧化钼和氧化铪中任一者或其任意组合。
本实施方式中，带电钝化层14为单层结构，例如，带电钝化层14的材料可以为氧化铝，由于正常几纳米的氧化铝的带电密度为1012cm-2，为了满足带电密度要求，因此需要较厚的(例如>10nm)氧化铝，又由于氧化铝的透光性较差，为了避免影响正面吸光性能，因此，可优选带电钝化层14的厚度范围为10纳米至20纳米，优选10纳米；又例如，带电钝化层14的材料可以为氧化镓或氧化磷，相比于氧化铝，由于氧化镓或氧化磷的透光性较好，对入射光的吸收损失较小，为了尽可能提高载流子传输能力，因此，可优选带电钝化层14的厚度范围为20纳米至30纳米，优选30纳米。
如图2所示，可以理解的是，带电钝化层14也可以为叠层结构，叠层结构中各膜层所带电荷的电性相同，例如，叠层结构中各膜层可以为带负电的氧化铝或氧化镓，也可以为带正电的氧化磷或氮化硅。
为了进一步提高载流子传输能力，当叠层结构包括：依次叠设于基体11上的第一膜层和第二膜层，第一膜层的带电密度可以大于第二膜层的带电密度，第一膜层的厚度可以大于第二膜层的厚度，例如，氧化磷的带电密度一般为1013cm-2至1016cm-2，氮化硅的带电密度一般为1012cm-2，因此，第一膜层的材料可以为氧化磷，第二膜层的材料可以为氮化硅；类似的，第一膜层的材料可以为氧化铝，第二膜层的材料可以为氧化镓。通过设置靠近基体11的第一膜层的带电密度大于远离基体11的第二膜层的带电密度，从而更加符合载流子传输的要求。
值得一提的是，由于氧化镓、氧化磷透光性较好，对正面吸光性能的影响较小，因此，可以设置得较厚的钝化层结构以进一步提高带电密度，例如，第一膜层的材料为氧化磷、第二膜层的材料为氮化硅的叠层，或者，第一膜层的材料为氧化铝、第二膜层的材料为氧化镓的叠层，厚度范围可以为20纳米至60纳米。
本实施方式中，基体11覆盖有带电钝化层14的一侧呈锯齿状，靠近锯齿状的波峰处113的带电钝化层14的带电密度大于靠近锯齿状的波谷处114的带电钝化层14的带电密度，受锯齿状这一形貌影响，波峰处113的带电钝化层14往往沉积得较薄，约是波谷处114厚度除以1至1.7，因此使用正常不富含电荷的钝化层钝化时，波峰的表面钝化效果往往偏差，但使用本发明实施例中的带电钝化层14后，虽然也有波峰处113厚度偏薄的问题，但由于波峰处113面积较小，因此带电钝化层14的电荷密度仍然可以维持在较高水平，更有利于在波峰处113形成好的表面钝化效果，进一步体现了带电钝化层14的优势。
具体的，带电钝化层14所带电荷可以为正电，基体11靠近带电钝化层14一侧形成负电层，负电层与基体11的材料相同(即，负电层中没有额外掺杂带电粒子)，其中，如果基体11为n型(常规使用磷掺杂)，该负电层称之为积累层或累积层(accumulation layer)；，如果基体11为p型(常规使用硼或镓掺杂)，则该负电层为反型层(inversion layer)。或者，带电钝化层14所带电荷也可以为负电，基体11靠近带电钝化层14一侧形成正电层，正电层与基体11的材料相同(即，负电层中没有额外掺杂带电粒子)。
在实际应用中，基体11的背表面112可以设有交替排列的P型掺杂层15和N型掺杂层16，P型掺杂层15与正电极12连接，N型掺杂层16与负电极13连接。
可选的，带电钝化层14远离基体11一侧可以设置减反层17，P型掺杂层15和N型掺杂层16表面可以设置背表面钝化层18。
本发明实施方式相对于现有技术而言，由于基体11的前表面111一侧设置有带电钝化层14，带电钝化层14的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，带电钝化层14吸引基体11中与带电钝化层14所带电荷电性相反的粒子，从而能够在基体11的前表面111形成与带电钝化层14所带电荷电性相反的膜层，该膜层能够替代现有技术中高温掺杂所形成的膜层，在基底前表面111形成正面场或浮动发射级，以保证载流子传输能力，同时具有正表面钝化效果，避免了载流子在到达背表面112之前就被复合而降低电池效率，即，一步完成前表面111的场钝化和形成正面场/浮动发射极的功能，简化了太阳能电池的制备流程，降低了生产成本。
本发明的第二实施方式涉及一种电子设备，包括：如上述的太阳能电池。此外，本领域技术人员可以理解，本实施方式可实现与第一实施方式类似的技术效果，此处不再赘述。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的电子设备实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本发明的第三实施方式提供了一种太阳能电池的制备方法，如图3所示，包括：
S11:提供基体。
本步骤中，基体包括相对设置的前表面和背表面，前表面用于接受光线，背表面用于设置背接触电池结构的正电极和负电极。
S12:在背表面一侧形成正电极和负电极。
本步骤中，正电极和负电极为太阳能电池的正极端和负极端，在实际应用中，本步骤之前，还包括在所述基体的背表面设置交替排列的P型掺杂层和N型掺杂层，正电极和负电极分别与P型掺杂层和N型掺杂层连接。
S13:在前表面一侧形成带电钝化层。
本步骤中，退火温度范围可以为400摄氏度至450摄氏度，退火时间范围为1分钟至10分钟，优选为5分钟，退火气体氛围可以为氮气、惰性气体、氮气和氢气的混合气体、或惰性气体与氢气的混合气体，如此设置，能够提高带电钝化层的带电密度，保证带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米，以提高载流子传输能力。
具体的说，当所述带电钝化层所带电荷为负电，优选的，退火气体氛围为氮气和氢气的混合气体、或惰性气体与氢气的混合气体，其中，氢气所占的体积比为3％至8％，优选为5％，利用混合气体中的氢气可钝化带电钝化层中带正电的“氧”替位缺陷，导致带电钝化层负电带电密度最大化，同时，避免氢气浓度过高导致爆炸的危险。
可以理解的是，步骤S12和步骤S13不分先后，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。另外，本实施方式可实现与第一实施方式类似的技术效果，此处不再赘述。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：基体，正电极、负电极以及带电钝化层，所述基体包括相对设置的前表面和背表面，所述基体的背表面设有交替排列的P型掺杂层和N型掺杂层，所述P型掺杂层与所述正极连接，所述N型掺杂层与所述负极连接；
所述带电钝化层位于所述前表面一侧，所述带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述带电钝化层的材料包括氧化铝、氮化硅、氧化磷、氧化镓、氧化钼和氧化铪中任一者或其任意组合。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述带电钝化层的材料为氧化铝，且所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至20纳米；
或者，所述带电钝化层的材料为氧化镓或氧化磷，且所述带电钝化层的厚度范围为20纳米至30纳米。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述带电钝化层为叠层结构，所述叠层结构中各膜层所带电荷的电性相同。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述叠层结构包括：依次叠设于所述基体上的第一膜层和第二膜层，所述第一膜层的带电密度大于所述第二膜层的带电密度，所述第一膜层的厚度大于所述第二膜层的厚度。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一膜层的材料为氧化磷，所述第二膜层的材料为氮化硅；
或者，所述第一膜层的材料为氧化铝，所述第二膜层的材料为氧化镓。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述带电钝化层所带电荷为正电，所述基体靠近所述带电钝化层一侧形成负电层，所述负电层与所述基体的材料相同；
或者，所述带电钝化层所带电荷为负电，所述基体靠近所述带电钝化层一侧形成正电层，所述正电层与所述基体的材料相同。
8.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供基体，其中，所述基体包括相对设置的前表面和背表面；
在所述背表面一侧形成正电极和负电极，所述基体的背表面设有交替排列的P型掺杂层和N型掺杂层，所述P型掺杂层与所述正极连接，所述N型掺杂层与所述负极连接；
在所述前表面一侧形成带电钝化层，其中，所述带电钝化层的带电密度范围为1013库仑/平方厘米至1016库仑/每平方厘米，所述带电钝化层的厚度范围为10纳米至30纳米。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述前表面一侧形成带电钝化层的步骤中，退火温度范围为400摄氏度至450摄氏度，退火时间范围为1分钟至10分钟。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述带电钝化层所带电荷为负电，在所述前表面一侧形成带电钝化层的步骤中，退火气体氛围为氮气和氢气的混合气体、或惰性气体与氢气的混合气体，其中，氢气所占的体积比为3％至8％。
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