CN113421949A - 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents

太阳能电池及其制备方法、光伏组件 Download PDF

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Abstract

本申请提供了太阳能电池及其制备方法、光伏组件，其中，方法包括以下步骤：对半导体衬底的前表面进行制绒处理，形成绒面结构；在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层；对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层；在半导体衬底的后表面进行刻蚀；在半导体衬底的后表面形成隧穿层；在隧穿层表面沉积形成多晶硅层，并对多晶硅层进行第二掺杂处理，形成掺杂导电层及第二氧化层；去除半导体衬底前表面形成的第一氧化层及后表面形成的第二氧化层；在掺杂层表面形成第一钝化层；以及在掺杂导电层表面形成第二钝化层。本申请提供的太阳能电池，能降低电池前表面的反射率，提高电池的短路电流。

Description

太阳能电池及其制备方法、光伏组件
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体地讲，涉及太阳能电池及其制备方法、光伏组件。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact 隧穿氧化钝化接触)电池依靠“隧穿效应”实现后表面钝化，现有的TOPCon电池后表面结构从内向外依次为半导体衬底，隧穿层，掺杂导电层，后表面钝化层。N型TOPCon电池正表面硼扩散形成BSG（Boron SiliconGlass 硼硅玻璃），BSG需要一定的厚度作为背面磷扩的掩膜，但是目前的太阳能电池在去除硼硅玻璃时，容易破坏衬底前表面的绒面结构，使得太阳能电池前表面的反射率大幅升高，导致短路电流降低。
发明内容
鉴于此，本申请提出太阳能电池及其制备方法、光伏组件，通过在半导体衬底表面的绒面结构上形成薄膜层，可以避免去除氧化层时破坏衬底前表面的绒面结构，降低太阳能电池前表面的反射率，提高太阳能电池的短路电流。
第一方面，本申请提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
对半导体衬底的前表面进行制绒处理，形成绒面结构；
在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层；
对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层；
在所述半导体衬底的后表面进行刻蚀；
在所述半导体衬底的后表面形成隧穿层；
在所述隧穿层表面沉积形成多晶硅层，并对所述多晶硅层进行第二掺杂处理，形成掺杂导电层及第二氧化层；
去除所述半导体衬底前表面形成的第一氧化层及所述后表面形成的第二氧化层；
在所述掺杂层表面形成第一钝化层；以及
在所述掺杂导电层表面形成第二钝化层。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在第一掺杂处理过程中，所述第一氧化层由所述薄膜层形成。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在第一掺杂处理过程中，所述第一氧化层由所述薄膜层和部分所述半导体衬底共同形成。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第一氧化层中的部分所述半导体衬底的厚度小于等于30nm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在沉积形成薄膜层过程中，所述薄膜层包括多晶硅层、非晶硅层、微晶硅层中的至少一种。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在沉积形成薄膜层过程中，所述薄膜层的厚度为30nm至200nm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在第一掺杂处理过程中，所述第一氧化层的厚度为30nm至260nm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述方法满足以下特征中的至少一种：
（1）采用低压化学气相沉积法在制绒后的半导体衬底的前表面沉积形成所述薄膜层，沉积温度为400℃~800℃，沉积时间为5min~35min；
（2）采用等离子体增强化学气相沉积法在制绒后的半导体衬底的前表面沉积形成所述薄膜层，沉积温度为200℃~700℃，沉积时间为2min~25min。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层，包括：
在真空环境下，通入掺杂源，控制半导体衬底的预热温度为700℃~950℃，预热时间为15min~60min，形成沉积层；
在氮气保护下二次加热半导体衬底使其达到推进温度950℃~1200℃，保温时间2min~15min，使得所述半导体衬底的前表面形成掺杂层；
停止通入氮气，通入氧化性气体，继续将温度在950℃~1200℃保持60min~150min，使得所述半导体衬底的前表面的薄膜层与部分所述半导体衬底氧化形成第一氧化层。
第二方面，本申请提供一种太阳能电池，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底的前表面的绒面结构，所述绒面结构为金字塔状微结构，所述金字塔状微结构具有顶点或顶面，所述顶面的一维尺寸小于等于50nm；
位于所述半导体衬底的前表面绒面上的掺杂层；
位于所述掺杂层表面的第一钝化层；
位于所述半导体衬底的后表面的隧穿层；
位于所述隧穿层表面的掺杂导电层，所述掺杂导电层与所述半导体衬底具有相同导电类型的掺杂元素；以及
位于所述掺杂导电层表面的第二钝化层。
第三方面，本申请提供一种光伏组件，所述光伏组件包括多个太阳能电池串，所述太阳能电池串包括上述第二方面所述的太阳能电池或上述第一方面所述的制备方法制得的太阳能电池。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请提供的太阳能电池及其制备方法、光伏组件，通过在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积薄膜层，对半导体衬底的薄膜层进行掺杂处理，使得需要被去除的第一氧化层能够由薄膜层形成，从而在去除第一氧化层时可以减少对半导体衬底前表面绒面结构的破坏，使得制绒形成的绒面结构能够较为完整地被保留下来，有利于抑制太阳能电池前表面的反射率升高，提高太阳能电池的短路电流。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本申请实施例提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图。
图2a为本申请提供的太阳能电池中的半导体衬底前表面的薄膜层的结构示意图。
图2b为本申请提供的太阳能电池中的半导体衬底前表面的第一氧化层与掺杂层的结构示意图。
图2c为本申请提供的太阳能电池中的半导体衬底后表面的第二氧化层的结构示意图。
图2d为本申请提供的太阳能电池中的半导体衬底前表面与后表面的钝化层的结构示意图。
图3a、图3b分别为现有技术提供的太阳能电池中的半导体衬底前表面的绒面结构示意图。
图4a、图4b分别本申请提供的太阳能电池中的半导体衬底前表面的绒面结构示意图。
图5为本申请实施例提供的太阳能电池的结构示意图。
图6a、图6b分别为本申请实施例提供的光伏组件的结构示意图。
图7为本申请提供的太阳能电池的前表面的反射率测试示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
TOPCon电池依靠“隧穿效应”实现后表面钝化，现有的TOPCon电池后表面结构从内向外依次为半导体衬底，隧穿层，掺杂导电层，后表面钝化层。N型TOPCon电池前表面硼扩散会形成硼硅玻璃，硼硅玻璃会影响太阳能电池对光的吸收，需要去除，但是目前的太阳能电池在去除硼硅玻璃时，容易破坏衬底前表面的绒面结构，使得太阳能电池前表面的反射率大幅升高，导致短路电流降低。
基于此，本申请提供一种太阳能电池的制备方法，如图1所示，制备方法包括以下步骤：
步骤S10，对半导体衬底的前表面进行制绒处理，形成绒面结构；
步骤S20，在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层；
步骤S30，对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层；
步骤S40，在所述半导体衬底的后表面进行刻蚀；
步骤S50，在所述半导体衬底的后表面形成隧穿层；
步骤S60，在所述隧穿层表面沉积形成多晶硅层，并对所述多晶硅层进行第二掺杂处理，形成掺杂导电层及第二氧化层；
步骤S70，去除所述半导体衬底前表面形成的第一氧化层及所述后表面形成的第二氧化层；
步骤S80，在所述掺杂层表面形成第一钝化层；以及
步骤S90，在所述掺杂导电层表面形成第二钝化层；
在上述方案中，在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积薄膜层，对半导体衬底的薄膜层进行掺杂处理，使得需要被去除的第一氧化层能够由薄膜层形成，从而在去除第一氧化层时可以减少对半导体衬底前表面绒面结构的破坏，使得制绒形成的绒面结构能够较为完整地被保留下来，有利于抑制太阳能电池前表面的反射率升高，提高太阳能电池的短路电流。
以下具体介绍本方案：
步骤S10，对半导体衬底的前表面进行制绒处理，形成绒面结构。
半导体衬底可以为晶体硅衬底（硅衬底），例如为多晶硅衬底、单晶硅衬底、微晶硅衬底或碳化硅衬底中的一种，本申请实施例对于半导体衬底的具体类型不作限定。半导体衬底的掺杂元素可以是磷、氮等。
在一些实施例中，半导体衬底为N型晶体硅衬底（或硅片），半导体衬底的厚度为60um~240um，具体可以是60um、80um、90um、100um、120um、150um、200um或240um等，在此不做限定。
需要指出的是，本申请对于制绒的具体操作方式不作限定。例如，可以选用不限于湿法制绒工艺对N型衬底进行制绒，当N型半导体衬底为N型单晶硅衬底时，可以采用碱性溶液例如氢氧化钾溶液进行制绒，由于NaOH溶液的腐蚀具有各向异性，从而可以制备得到金字塔状微结构。
半导体衬底的前表面形成绒面结构，绒面结构包括金字塔状微结构。金字塔状微结构可以是四面体、近似四面体、五面体、近似五面体、棱台、近似棱台等结构。金字塔状微结构可以通过对半导体衬底进行制绒工艺来形成。制绒工艺的方式可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械法、等离子刻蚀等。金字塔状微结构使在丝网印刷金属浆料形成电极时可以更好地填充于所述微结构中，获得更优异的电极接触，能够有效降低电池串联电阻，提高填充因子；金字塔状微结构具有反射、折射光线到电池表面的作用。所述金字塔状微结构的顶面的一维尺寸小于等于50nm，具体地金字塔状微结构的顶面的一维尺寸可以是50nm、40nm、30nm、20nm、15m、12nm、10nm、9nm、5nm或2nm等，在此不做限定；优选地，所述金字塔状微结构的顶面的一维尺寸接近于0nm，即具有尖锐的塔尖。
可选地，在制绒处理之前，还可以包括对半导体衬底进行清洗的步骤，以去除表面的金属和有机污染物。
还可以对半导体衬底后表面进行制绒或抛光，制绒工艺的方式可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械法、等离子刻蚀等。抛光可以采用碱溶液进行抛光。具体地，采用质量分数为5%~15%碱溶液清洗半导体衬底的后表面，去除多孔硅;再采用喷淋方式将碱溶液的微液滴滴至半导体衬底的后表面进行粗糙化处理，再用质量分数为5%~10%的氢氟酸进行预清洗；采用抛光液对半导体衬底的后表面进行抛光，抛光温度为70℃~80℃，抛光时间＜260s，其中，抛光液包括质量分数为1%~15%的NaOH、质量分数为1%~15%的KOH及质量分数为0.5%~2.5%的添加剂；采用质量分数为5%~15%的氢氧化钾与质量分数为15%~40%的双氧水的混合液对刻蚀液中的有机成分进行去除；对抛光后的半导体衬底进行水洗、烘干处理。
步骤S20，如图2a所示，在半导体衬底10的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层101。
在具体实施方式中，可以采用低压化学气相沉积法、常压化学气相沉积法、亚常压化学汽相沉积法、超高真空气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法中的任意一种方法在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层。
具体地，所述薄膜层101包括多晶硅层、非晶硅层、微晶硅层中的至少一种。
所述薄膜层101的厚度为30nm至200nm，具体可以是30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm等，在此不做限定。
在一种实施方式中，可以通过硅烷气体，采用低压化学气相沉积法在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层，控制沉积温度为400℃~800℃，沉积时间为5min~35min。
在一种实施方式中，可以采用等离子体增强化学气相沉积法在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层，控制沉积温度为200℃~700℃，沉积时间为2min~25min。
需要说明的是，沉积形成的薄膜层的密度小于半导体衬底的密度。具体地形成的薄膜层的密度是半导体衬底密度的0.8~0.99倍。可以理解地，沉积形成的薄膜层会残留孔隙，其致密度较低，去除时也会更容易。
步骤S30，如图2b所示，对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层。
在具体实施方式中，当半导体衬底10为N型衬底时，可以采用高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种工艺在半导体衬底的前表面形成P型掺杂层，以便在所述半导体衬底10中形成PN结。
在一些实施例中，所述P型掺杂层为掺硼扩散层。掺硼扩散层是利用硼源通过扩散工艺使硼原子扩散到前表面一定深度而形成的P型掺杂层（即，P+层），第一氧化层可以是硼硅玻璃层。例如，硼源可以是液态三溴化硼或三氯化硼。掺杂处理的半导体衬底的微晶硅相转变为多晶硅相。由于半导体衬底表面的薄膜层具有较高浓度的硼，掺杂处理后氧化过程中，部分硼化硅充分氧化，会形成第一氧化层（硼硅玻璃层BSG）。
所述第一氧化层102的厚度为30nm至260nm，具体可以是30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm等，在此不做限定。适当厚度的第一氧化层102可以在后述的半导体衬底的后表面掺杂工序中可以充分发挥作为牺牲层的功能。
在一种实施方式中，第一氧化层102由薄膜层101形成，第一氧化层102的厚度为30nm至230nm，第一氧化层102的厚度相较于薄膜层101的厚度增加，是因为氧气和薄膜层接触时会在表面增加一定厚度，增加的厚度小于等于30nm。在另一种实施方式中，第一氧化层102由薄膜层101和部分半导体衬底10共同形成，第一氧化层102的厚度为30nm至260nm。其中，所述第一氧化层102中的所述部分半导体衬底厚度小于等于30nm。即厚度为30nm~200nm的薄膜层与厚度为0~30nm的半导体衬底共同作为硅源，以及氧气和硅源接触时在薄膜层表面增加的厚度，共同形成第一氧化层。
具体地，步骤S30具体包括：
步骤S31，在真空环境下，通入掺杂源，控制半导体衬底的预热温度为700℃~950℃，预热时间为15min~60min，形成沉积层；
步骤S32，在氮气保护下二次加热半导体衬底使其达到推进温度950℃~1200℃，保温时间2min~15min，使得所述半导体衬底的前表面形成掺杂层；
步骤S33，停止通入氮气，通入氧化性气体，继续将温度在950℃~1200℃保持60min~150min，使得所述半导体衬底的前表面的薄膜层与部分所述半导体衬底氧化形成第一氧化层。
在另一种实施方式中，在步骤S33中，停止通入氮气，通入氧化性气体，继续将温度在950℃~1200℃保持60min~150min，使得所述半导体衬底的前表面的薄膜层101形成第一氧化层102。
第一氧化层102的厚度和步骤S33时温度和时间正相关，示例性地，当温度在950℃保持120min时，形成的第一氧化层的厚度为95nm；当温度在1050℃保持120min时，形成的第一氧化层的厚度为125nm；当温度在1100℃保持120min时，形成的第一氧化层的厚度为145nm。
当温度在1050℃保持60min时，形成的第一氧化层的厚度为70nm；当温度在1050℃保持90min时，形成的第一氧化层的厚度为100nm；当温度在1050℃保持120min时，形成的第一氧化层的厚度为125nm；当温度在1050℃保持150min时，形成的第一氧化层的厚度为160nm。可以理解地，随着氧化温度及保持时间的增长，掺杂深度也会增加，所形成的第一氧化层的厚度也进一步增大。
需要说明的是，具体地，掺杂源可以是三溴化硼或三氯化硼。由于三溴化硼或者三氯化硼容易绕镀至半导体衬底后表面，使得半导体衬底的后表面也形成掺杂层以及第一氧化层。
在具体实施方式中，氧化性气体可以是氧气、臭氧、二氧化氮气体，这里的氮气也可以是其他保护性气氛或惰性气体，例如氩气、氪气等，在此不做限定。
掺杂温度具体可以是度950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃。将氧化过程中温度保持在掺杂温度范围内，有利于将硼化硅充分氧化形成第一氧化层（硼硅玻璃层）。优选地，在步骤S32中，推进温度为950℃~1050℃，在步骤S33中，将温度继续升高1000℃至1200℃，使其充分氧化。
进一步地，步骤S40，在半导体衬底的后表面进行刻蚀。具体包括：
用配制好的混合酸去除半导体衬底的后表面绕镀的第一氧化层（例如硼硅玻璃层），混合酸包括质量分数为0.1%~10%的氢氟酸溶液、质量分数为10%~20%的硫酸溶液与25%~50%的硝酸溶液；
将酸洗后的半导体衬底后表面进行水洗、烘干处理。
可以理解地，在硼扩散处理时，半导体衬底的后表面会绕镀形成部分硼硅玻璃，需要去除这部分的硼硅玻璃。需要说明的是在酸洗后半导体衬底的后表面会出现多孔结构。
具体地，酸洗时间为10s~180s，酸洗温度为7℃~20℃，即在常温状态下对半导体衬底后表面的硼硅玻璃进行酸洗去除，露出半导体衬底本体。
在其他实施例中，由于半导体衬底后表面的硼浓度较低，采用碱溶液进行蚀刻，可以有效提高蚀刻效率。碱溶液中含有有机碱和/或无机碱，无机碱可以是NaOH、KOH、Ga(OH)2、NH3.H2O，有机碱可以是三乙胺、硝基苯酚、吡啶、奎宁、秋水仙素等。
在一些实施例中，半导体衬底的刻蚀减重小于0.3g。
步骤S50，在半导体衬底的后表面形成隧穿层30；
在一些可行的实施方式中，如图2c所示，形成隧穿层30的方法可以是热氧化法或者湿化学氧化法。热氧化的方法形成隧穿层，氧化温度为300℃~800℃，氧化时间为3min~15min。湿化学氧化法可以使用70℃~90℃的热硝酸氧化10min~30min。
隧穿层30可以是氧化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层、氧化钼层、氧化铪层中的一种或多种层叠结构。在其他实施例中，隧穿层30也可以是含氧氮化硅层、含氧碳化硅层等。隧穿层30的厚度为0.8nm~2nm。具体地，隧穿层30的厚度为0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm或2nm等。隧穿层30的厚度是指隧穿层相对于形成面上的厚度。隧穿层30的厚度过大，不利于降低隧穿层的接触电阻。通过控制隧穿层的厚度，可以抑制接触电阻引起的填充因子的降低。
具体地，隧穿层30的带隙宽度＞3.0eV，载流子通过热发射一般难以传输通过隧穿层30，但是由于隧穿层30很薄，载流子可以通过隧穿效应穿过隧穿层30，因此厚度在0.8nm~2nm内的隧穿层对多数载流子的传输没有阻碍。随着隧穿层的厚度逐渐增大时，多数载流子的隧穿效应受到影响，载流子难以传输通过隧穿层30，电池的光电转换效率会逐渐下降。隧穿层的厚度过小时，无法起到钝化作用。优选地，隧穿层30为氧化硅层，隧穿层30的厚度为0.8nm~1.5nm。
步骤S60，在隧穿层30表面沉积形成多晶硅层，并对所述多晶硅层进行第二掺杂处理，形成掺杂导电层40及第二氧化层103。
在一些可行的实施方式中，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法中的任意一种方法沉积在隧穿层的表面沉积形成多晶硅层。化学气相沉积法可以是低压化学气相沉积法或常压化学气相淀积法。
在具体实施方式中，隧穿层与多晶硅层的沉积以及多晶硅层的第二掺杂处理均在低压化学气相沉积设备中形成。第二掺杂处理可以采用扩散的方式或离子注入方式。
具体步骤包括：
首先，将刻蚀后的半导体衬底置于沉积设备中，通入20L至60L的氧化性气体（例如可以是氧气、一氧化二氮、臭氧），按照升温速率为0.5℃/min~3℃/min将沉积设备内的温度加热至560℃~620℃，沉积时间为3min~10min，形成隧穿层30；
通氧结束后，进行恒温阶段，然后通入适量硅烷气体，形成多晶硅层；
最后，对多晶硅层进行原位掺杂，形成掺杂导电层40。
在一些实施例中，掺杂导电层40可以是掺杂多晶硅层，所述掺杂导电层40与所述半导体衬底具有相同导电类型的掺杂元素。
在其他实施例中，也可以在隧穿层30的表面沉积形成微晶硅层或非晶硅层，并进行原位掺杂，形成掺杂微晶硅层或掺杂非晶硅层，即掺杂导电层40。
当半导体衬底10为N型单晶硅衬底，掺杂导电层40为N型掺杂多晶硅层、N型掺杂微晶硅层或N型掺杂非晶硅层，掺杂元素可以是磷等N型掺杂元素。
在一些实施例中，所述掺杂导电层40的厚度范围为60nm~200nm，例如，N型掺杂多晶硅层，所述掺杂导电层40的折射率范围为3.5-4.5。
请继续参阅图2c，由于半导体衬底表面的多晶硅层具有较高浓度的掺杂元素，第二掺杂处理后氧化过程中，会形成第二氧化层103。以掺杂源为磷源为例，通过扩散五价的磷原子形成掺杂导电层40（可以是磷掺杂多晶硅层），掺杂处理后，半导体衬底的微晶硅相转变为多晶硅相，磷沉积在半导体衬底表面形成磷硅玻璃（PSG）。掺杂时可以采用两步热处理方法，即先将磷源在1000℃左右分解，沉积在半导体衬底表面，然后在800~900℃区间进行热处理，使得表面的磷原子扩散到多晶硅层内，形成磷掺杂多晶硅层。在磷掺杂时，由于半导体衬底表面具有较高浓度的磷，通常会形成第二氧化层103（磷硅玻璃层PSG），这层磷硅玻璃层具有金属吸杂作用，会影响太阳能电池的正常工作，需要去除。在沉积原位掺杂的多晶硅层之后进行了高温退火处理和清洗处理。
所述第二氧化层103的厚度为10nm至100nm，具体可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm等，在此不做限定。
步骤S70，去除所述半导体衬底前表面形成的第一氧化层102及所述后表面形成的第二氧化层103。
首先，去除绕镀至半导体衬底前表面的多晶硅层。具体地，可以采用配制好的药液清洗半导体衬底正面绕镀的多晶硅层100~120秒，示例性地，去绕镀的药液例如可以取10ml浓度为36%的氢氟酸、50ml浓度为70%的浓硝酸、10ml浓度为98%的浓硫酸及30ml的水混合制备得到，该配制方式仅用于举例说明，在此不做限定。在其他方式中，可以采用HF和HNO3的湿化学方法进行刻蚀，或者先使用氢氟酸溶液再使氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液进行刻蚀，以去除绕镀的多晶硅层。
其次，去除所述半导体衬底前表面形成的第一氧化层。示例性地，可以用配制好的氢氟酸溶液清洗第一氧化层（BSG层）和第二氧化层（PSG层）100~120秒，氢氟酸的体积占比为10~40%及体积占比为60~90%的水。其中，氢氟酸溶液的浓度为36~38%；氢氟酸的温度控制在20~25℃。
最后，去除所述半导体衬底后表面形成的第二氧化层。同样地，可以用配制好的氢氟酸溶液清洗第一氧化层（BSG层）和第二氧化层（PSG层）100~120秒，氢氟酸的体积占比为10~40%及体积占比为60~90%的水。其中，氢氟酸溶液的浓度为36~38%；氢氟酸的温度控制在20~25℃。在其他实施方式中，也可以采用其他酸液或碱液进行去除。
需要说明的是，酸洗后需要进行水洗，水洗时间为10~20s，水洗温度可以为15℃~25℃；当然，水洗之后还可以对半导体衬底进行烘干处理。
现有技术中，去除第一氧化层时，由于没有薄膜层作为生长第一氧化层的牺牲层，或者说牺牲层厚度不足，第一氧化层从硅基底开始生长，去除第一氧化层时，容易破坏金字塔状微结构，如图3a及图3b所示，金字塔状微结构的顶部被破坏100nm~200nm，金字塔状微结构的顶面的一维尺寸大于等于100nm，即大量金字塔状微结构的塔尖被严重破坏，使得太阳能电池前表面的反射率大幅升高，导致短路电流降低。
如图4a及图4b所示，在本申请中，通过在半导体衬底前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层，可以增加掩膜厚度，使得生成第一氧化层的硅主要来源于薄膜层，从而使得去除的第一氧化层大部分为薄膜层或全部都是薄膜层，从而降低对金字塔状微结构的塔尖的破坏，抑制太阳能电池前表面的反射率大幅升高，提高短路电流。在本申请中，金字塔状微结构具有顶点或顶面，顶面的一维尺寸小于等于50nm，具体地，金字塔状微结构的顶面的一维尺寸可以是50nm、40nm、30nm、20nm、15m、12nm、10nm、9nm、5nm或2nm等，在此不做限定；优选地，所述金字塔状微结构的顶面的一维尺寸接近于0nm，即具有尖锐的塔尖。
步骤S80，在半导体衬底的前表面形成第一钝化层20。
如图2d所示，在一些实施例中，可以采用等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法沉积第一钝化层20，当然还可以采用其他的方法，例如有机化学气相沉积法等。本申请实施例对于第一钝化层20的具体实施方式不作限定。
第一钝化层20可以包括但不限于氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层等单层或叠层结构。当然，第一钝化层还可以采用其他类型的钝化层，本申请对于第一钝化层的具体材质不作限定。
在本实施例中，第一钝化层20包括层叠设置的氧化铝层及氮化硅层，其中，氧化铝层的厚度为3nm~10nm，具体可以是3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等，在此不做限定。具体地，可以采用原子层沉积法在所述掺杂层表面形成氧化铝层。氮化硅层的厚度为50nm~150nm，具体可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、140nm或150nm等，在此不做限定。采用原子层沉积法在所述掺杂层表面形成氧化铝层；采用等离子体增强化学气相沉积法在所述氧化铝层表面形成氮化硅层。上述第一钝化层能够对半导体衬底产生良好的钝化效果，有助于提高电池的转换效率。
步骤S90，在掺杂导电层表面形成第二钝化层。
请继续参阅图2d，可以采用等离子体增强化学气相沉积法沉积第二钝化层50，当然还可以采用其他的方法，例如有机化学气相沉积法等。本申请实施例对于第二钝化层50的具体实施方式不作限定。
作为本申请可选的技术方案，第二钝化层50包括氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层中的至少一种。所述第二钝化层50的厚度为50nm-120nm。例如，所述第二钝化层50为氮化硅层，所述氮化硅层具有低硅氮比，氮化硅层的折射率范围为1.7~2.1，氮化硅层的折射率可以为1.7、1.8、1.9、2.0或2.1等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。通过控制氮化硅层的折射率，使得其具有低硅氮比，形成的第二钝化层50在金属化处理时能够降低接触电阻率，从而进一步降低太阳能电池的接触电阻率。
在一些实施例中，当第二钝化层50为层叠设置的氮化硅层与氧化硅层或层叠设置的氮化硅层与氮氧化硅层时，氮化硅层位于掺杂导电层的表面，氧化硅层或氮氧化硅层位于氮化硅层的表面。
进一步地，在步骤S80之后，方法还包括：
对半导体衬底进行丝网印刷并烧结形成电极。
在一些实施例中，太阳能电池还包括第一电极60与第二电极70，第一电极60穿过第一钝化层20与半导体衬底10的前表面的P型掺杂层（例如，掺硼扩散层）形成欧姆接触，第二电极70穿过第二钝化层50与掺杂导电层40形成欧姆接触，掺杂导电层40与隧穿层30组成钝化接触结构。所述第一电极60以及第二电极70可以通过涂敷在第一钝化层以及第二钝化层表面的金属导电浆料烧结形成。在一些实施例中，所述第一电极60或第二电极70的材料包括银、铝、铜、镍等金属材料。
第二方面，本申请提供一种太阳能电池，如图5所示，太阳能电池包括：
半导体衬底10；
位于半导体衬底10的前表面的绒面结构，绒面结构为金字塔状微结构，所述金字塔状微结构具有顶点或顶面，所述顶面的一维尺寸小于等于50nm；
位于所述半导体衬底10的前表面的绒面结构上的掺杂层11；
位于所述掺杂层11表面的第一钝化层20；
位于所述半导体衬底10的后表面的隧穿层30；
位于所述隧穿层30表面的掺杂导电层40，所述掺杂导电层40与所述半导体衬底10具有相同导电类型的掺杂元素；以及
位于所述掺杂导电层40表面的第二钝化层50。
半导体衬底10的前表面可以指受光面，即接收太阳光线照射的表面（受光面），半导体衬底10的后表面是指与所述前表面相对的表面。在一些实施例中，所述形成的太阳能电池为单面电池，所述前表面可以是指受光面，后表面可以是指背光面。在一些实施例中，所述形成的太阳能电池为双面电池，所述前表面和后表面均可以是受光面。
作为本申请可选的技术方案，半导体衬底10为N型晶体硅衬底（或硅片），可以采用高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种工艺，在半导体衬底的前表面形成P型掺杂层11，以便在所述半导体衬底10中形成PN结。在一些实施例中，所述半导体衬底10可以为单晶硅衬底、多晶硅衬底、微晶硅衬底或碳化硅衬底中的一种。
在一些实施例中，所述P型掺杂层11为掺硼扩散层。掺硼扩散层是利用硼源通过扩散工艺使硼原子扩散到前表面一定深度而形成的P型掺杂层（即，P+层）。例如，硼源可以是液态三溴化硼。
在一些实施例中，如图4a及图4b所示，半导体衬底10的前表面具有绒面结构，绒面结构包括金字塔状微结构。金字塔状微结构可以是四面体、近似四面体、五面体、近似五面体、棱台、近似棱台等结构。金字塔状微结构可以通过对半导体衬底进行制绒工艺来形成。制绒工艺的方式可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械法、等离子刻蚀等。所述金字塔状微结构使在丝网印刷金属浆料形成电极时可以更好地填充于所述微结构中，获得更优异的电极接触，能够有效降低电池串联电阻，提高填充因子。所述金字塔状微结构的顶面的一维尺寸小于等于50nm；具体地金字塔状微结构的顶面的一维尺寸可以是50nm、40nm、30nm、20nm、15m、12nm、10nm、9nm、5nm或2nm等，在此不做限定；优选地，所述金字塔状微结构的顶面的一维尺寸接近于0nm，即具有尖锐的塔尖。
作为本申请可选的技术方案，第一钝化层20包括氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层中的至少一种或多种的层叠结构。
在一些实施例中，第一钝化层20包括层叠设置的氧化铝层及氮化硅层，其中，氧化铝层的厚度为3nm~10nm，具体可以是3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等，在此不做限定。具体地，可以采用原子层沉积法在所述掺杂层表面形成氧化铝层。氮化硅层的厚度为50nm~150nm，具体可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、140nm或150nm等，在此不做限定。采用原子层沉积法在所述掺杂层表面形成氧化铝层；采用等离子体增强化学气相沉积法在所述氧化铝层表面形成氮化硅层。上述第一钝化层能够对半导体衬底产生良好的钝化效果，有助于提高电池的转换效率。
可选地，所述第一钝化层为依次层叠设置的氧化铝层、氮化硅层和氮氧化硅的叠层钝化结构，其中，氧化铝层的厚度范围为2nm~10nm，所述氮化硅层的厚度范围为40nm-80nm，氮氧化硅层的厚度范围为10nm-60nm。
进一步地，半导体衬底10的后表面也具有绒面结构，绒面结构包括金字塔状微结构、塔基状微结构等。由于半导体衬底10的后表面直接沉积形成隧穿层，然后在隧穿层30上形成多晶硅层，并进行第二掺杂处理，因此，不需要在半导体衬底的后表面形成薄膜层作为牺牲层。
如图5所示，位于半导体衬底10的后表面上的隧穿层30，隧穿层30可以是氧化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层、氧化钼层、氧化铪层中的一种或多种层叠结构。在其他实施例中，隧穿层30也可以是含氧氮化硅层、含氧碳化硅层等。
隧穿层30的厚度为0.8nm~2nm。具体地，隧穿层30的厚度为0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm或2nm等。隧穿层30的厚度是指隧穿层相对于形成面上的厚度。隧穿层30的厚度过大，不利于降低隧穿层的接触电阻。通过控制隧穿层的厚度，可以抑制接触电阻引起的填充因子的降低。
具体地，隧穿层30的带隙宽度＞3.0eV，载流子通过热发射一般难以传输通过隧穿层30，但是由于隧穿层30很薄，载流子可以通过隧穿效应穿过隧穿层30，因此厚度在0.8nm~2nm内的隧穿层对多数载流子的传输没有阻碍。随着隧穿层的厚度逐渐增大时，多数载流子的隧穿效应受到影响，载流子难以传输通过隧穿层30，电池的光电转换效率会逐渐下降。隧穿层的厚度过小时，无法起到钝化作用。优选地，隧穿层30为氧化硅层，隧穿层30的厚度为0.8nm~1.5nm。
在一些实施例中，掺杂导电层40可以是掺杂多晶硅层、掺杂微晶硅层、掺杂非晶硅层，所述掺杂导电层40与所述半导体衬底具有相同导电类型的掺杂元素。
当半导体衬底10为N型单晶硅衬底，掺杂导电层40为N型掺杂多晶硅层、N型掺杂微晶硅层或N型掺杂非晶硅层，掺杂元素可以是磷等N型掺杂元素。
在一些实施例中，所述掺杂导电层40的厚度范围为60nm-200nm，例如，N型掺杂多晶硅层，所述掺杂导电层40的折射率范围为3.5-4.5。
作为本申请可选的技术方案，第二钝化层50包括氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层中的至少一种。所述第二钝化层50的厚度为50nm-120nm。例如，所述第二钝化层50为氮化硅层，所述氮化硅层具有低硅氮比，氮化硅层的折射率范围为1.7~2.1，氮化硅层的折射率可以为1.7、1.8、1.9、2.0或2.1等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。通过控制氮化硅层的折射率，使得其具有低硅氮比，形成的第二钝化层50在金属化处理时能够降低接触电阻率，从而进一步降低太阳能电池的接触电阻率。
在一些实施例中，当第二钝化层50为层叠设置的氮化硅层与氧化硅层或层叠设置的氮化硅层与氮氧化硅层时，氮化硅层位于掺杂导电层的表面，氧化硅层或氮氧化硅层位于氮化硅层的表面。
进一步地，太阳能电池还包括第一电极60与第二电极70，第一电极60穿过第一钝化层20与半导体衬底10的前表面的P型掺杂层（例如，掺硼扩散层）形成欧姆接触，第二电极70穿过第二钝化层50与掺杂导电层40形成欧姆接触，掺杂导电层40与隧穿层30组成钝化接触结构。所述第一电极60以及第二电极70可以通过涂敷在第一钝化层以及第二钝化层表面的金属导电浆料烧结形成。在一些实施例中，所述第一电极60或第二电极70的材料包括银、铝、铜、镍等金属材料。
第三方面，本申请实施例提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括多个太阳能电池串。
如图6a及图6b所示，光伏组件包括第一盖板1、第一封装胶层2、太阳能电池串3、第二封装胶层4和第二盖板5。
其中，太阳能电池串3包括多个太阳能电池（如图5所述的太阳能电池），太阳能电池之间通过导电带（图未示）连接。太阳能电池之间的连接方式可以是部分层叠，也可以是拼接。
第一盖板1、第二盖板5可以为透明或不透明的盖板，例如玻璃盖板、塑料盖板。
第一封装胶层2的两侧分别与第一盖板1、太阳能电池串3接触贴合，第二封装胶层4的两侧分别与第二盖板5、太阳能电池串3接触贴合。其中，第一封装胶层2、第二封装胶层4分别可以乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）胶膜、聚乙烯辛烯共弹性体（POE）胶膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）胶膜。
光伏组件还可以采用侧边全包围式封装，即采用封装胶带对光伏组件的侧边完全包覆封装，以防止光伏组件在层压过程中发生层压偏移的现象。
进一步地，光伏组件（图6b所示的光伏组件100）还包括封边部件6，该封边部件6固定封装于光伏组件的部分边缘。如图6b所示，该封边部件6固定封装于光伏组件上的靠近拐角处的边缘。该封边部件6可以为耐高温胶带。该耐高温胶带具有较优异的耐高温特性，在层压过程中不会发生分解或脱落，能够保证对光伏组件的可靠封装。其中，耐高温胶带的两端分别固定于第二盖板5和第一盖板1。该耐高温胶带的两端可以分别与第二盖板5和第一盖板1粘接，防止光伏组件在层压过程中发生层压偏移。
下面根据上述第一方面的制备方法制备得到太阳能电池实施例1至14，以及对比例1至3，具体工艺参数见表1所示，太阳能电池的测试结果见表2所示：
表1.太阳能电池的相关制备工艺参数
Figure 954505DEST_PATH_IMAGE001
Figure 511389DEST_PATH_IMAGE002
根据实施例1至实施例10可知，在制绒后的半导体衬底的前表面沉积形成薄膜层，在沉积薄膜层后的半导体衬底的前表面进行掺杂处理，使得需要被去除的第一氧化层能够由薄膜层形成，从而在去除第一氧化层时可以减少对半导体衬底前表面绒面结构的破坏，使得制绒形成的绒面结构能够较为完整地被保留下来，有利于抑制太阳能电池前表面的反射率升高，提高太阳能电池的短路电流。
根据实施例5至实施例8的测试数据可知，随着薄膜层和去除的第一氧化层的差值的增大，电池的反射率逐步升高，短路电流和光电转换效率下降，这是因为半导体衬底的绒面结构被破坏的越大，电池的反射率越高，短路电流和光电转换效率越低。但是，若不完全去除第一氧化层，半导体衬底的前表面就会残留一些多晶硅；根据实施例4的测试数据可知，由于扩散氧化阶段第一氧化层会相比于原薄膜层的厚度有一些增长，即会额外生长出一定厚度（小于等于30nm）的第一氧化层，残留的多晶硅对光电转换效率的影响相比于实施例5至8中的半导体衬底的绒面结构破坏对光电转换效率的影响更大，因此，在实际应用过程中，应在保证完全去除多晶硅的基础上，尽可能降低对半导体衬底前表面的绒面结构破坏程度。
对比例1的太阳能电池中沉积的薄膜层厚度过小，会导致较厚的半导体衬底被氧化，半导体衬底的绒面结构被较严重地破坏，电池前表面反射率明显升高，短路电流和电池效率明显降低。
对比例2的太阳能电池未在半导体衬底的前表面沉积薄膜层，第一氧化层的硅来源全部来自半导体衬底，半导体衬底的绒面结构被严重破坏，如图7所示，相比于实施例2与实施例3，对比例2的电池前表面反射率大幅度上升，导致短路电流和光电转换效率大幅度降低。
对比例3的太阳能电池虽然沉积了薄膜层，但是去除的第一氧化层的厚度小于薄膜层的厚度，导致多晶硅层残留，钝化效果下降，太阳能电池的开路电压明显降低，这是因为多晶硅吸光系数较大，会导致短路电流明显降低，另外会导致烧结异常，接触变差。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，本申请的保护范围应以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对半导体衬底的前表面进行制绒处理，形成绒面结构；
在半导体衬底的前表面的绒面结构上沉积形成薄膜层；
对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层；
在所述半导体衬底的后表面进行刻蚀；
在所述半导体衬底的后表面形成隧穿层；
在所述隧穿层表面沉积形成多晶硅层，并对所述多晶硅层进行第二掺杂处理，形成掺杂导电层及第二氧化层；
去除所述半导体衬底前表面形成的第一氧化层及所述后表面形成的第二氧化层；
在所述掺杂层表面形成第一钝化层；以及
在所述掺杂导电层表面形成第二钝化层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一掺杂处理过程中，所述第一氧化层由所述薄膜层形成。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一掺杂处理过程中，所述第一氧化层由所述薄膜层和部分所述半导体衬底共同形成。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一氧化层中的部分所述半导体衬底的厚度小于等于30nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在沉积形成薄膜层过程中，所述薄膜层包括多晶硅层、非晶硅层、微晶硅层中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在沉积形成薄膜层过程中，所述薄膜层的厚度为30nm至200nm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在第一掺杂处理过程中，所述第一氧化层的厚度为30nm至260nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法满足以下特征中的至少一种：
（1）采用低压化学气相沉积法在制绒后的半导体衬底的前表面沉积形成所述薄膜层，沉积温度为400℃~800℃，沉积时间为5min~35min；
（2）采用等离子体增强化学气相沉积法在制绒后的半导体衬底的前表面沉积形成所述薄膜层，沉积温度为200℃~700℃，沉积时间为2min~25min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对半导体衬底的前表面的薄膜层进行第一掺杂处理，形成层叠的掺杂层及第一氧化层，包括：
在真空环境下，通入掺杂源，控制半导体衬底的预热温度为700℃~950℃，预热时间为15min~60min，形成沉积层；
在氮气保护下二次加热半导体衬底使其达到推进温度950℃~1200℃，保温时间2min~15min，使得所述半导体衬底的前表面形成掺杂层；
停止通入氮气，通入氧化性气体，继续将温度在950℃~1200℃保持60min~150min，使得所述半导体衬底的前表面的薄膜层与部分所述半导体衬底氧化形成第一氧化层。
10.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底的前表面的绒面结构，所述绒面结构为金字塔状微结构，所述金字塔状微结构具有顶点或顶面，所述顶面的一维尺寸小于等于50nm；
位于所述半导体衬底的前表面绒面上的掺杂层；
位于所述掺杂层表面的第一钝化层；
位于所述半导体衬底的后表面的隧穿层；
位于所述隧穿层表面的掺杂导电层，所述掺杂导电层与所述半导体衬底具有相同导电类型的掺杂元素；以及
位于所述掺杂导电层表面的第二钝化层。
11.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括多个太阳能电池串，所述太阳能电池串包括权利要求10所述的太阳能电池或根据权利要求1~9任一项所述的制备方法制得的太阳能电池。
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