CN113964212B - 一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，所述太阳能电池包括N型半导体衬底，所述N型半导体衬底具有相对的前表面和后表面；所述N型半导体衬底的前表面上设有第一钝化层，所述第一钝化层的表面设有第一电极；所述N型半导体衬底的后表面设有掺磷多晶硅层，所述N型半导体衬底后表面与掺磷多晶硅层之间设有含有氮元素和磷元素的氧化层，所述掺磷多晶硅层的表面设有掺磷多晶硅层的表面设有第二钝化层，第二钝化层的表面设有第二电极。本申请通过在电池后表面的N型半导体衬底与掺磷多晶硅层设置一层含有氮元素和磷元素的氧化层，提高电池后表面隧穿能力的同时，提高电池后表面钝化效果，从而提升电池的转换效率。

Description

一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件
技术领域
本申请涉及光伏电池技术领域，具体地讲，涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件。
背景技术
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，隧穿氧化层，掺磷多晶硅层，后表面钝化层，由于隧穿氧化层的材质为二氧化硅，二氧化硅对硅表面的悬挂键和缺陷进行了有效的钝化，对电池的开路电压有着明显的帮助和提升，从而提高电池转化效率。但是，由于二氧化硅层厚度太薄，薄膜质量得不到有效的保证，会在膜层中存在较多缺陷和孔隙，这样会导致最终电池出现短路的现象，而且还会使得太阳能电池后表面载流子的复合程度大幅度降低，若采取增加二氧化硅膜层厚度的措施来解决漏电电流的问题，过厚的二氧化硅膜层会严重阻碍电子的迁移，隧穿效应随之降低，增大了电池的串联电阻，电池的填充因子和电流会受到影响而降低；同时由于二氧化硅自身的结构特性，在电池组件的使用过程中，一些离子半径较小的离子进入到其中会破坏钝化效果，尤其是Na离子的存在，会对电池的使用寿命产生一定的影响。
因此，有必要研究一种提升电池背钝化效果的同时还具有较强的隧穿效应的太阳能电池。
发明内容
鉴于此，本申请提出一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，该太阳能电池具有优良的背钝化效果的同时，还具有较强的隧穿效应。
第一方面，本申请实施例提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
N型半导体衬底，所述N型半导体衬底具有相对的前表面和后表面；
所述N型半导体衬底的前表面上设有第一钝化层，穿过所述第一钝化层与所述N型半导体衬底形成电连接的第一电极；
所述N型半导体衬底的后表面设有掺磷多晶硅层，所述N型半导体衬底后表面与掺磷多晶硅层之间设有含有氮元素和磷元素的氧化层，所述掺磷多晶硅层的表面设有第二钝化层，穿过所述第二钝化层与所述掺磷多晶硅层形成电连接的第二电极。
结合第一方面，所述氧化层自N型半导体衬底至掺磷多晶硅层方向依次包括第一氧化子层、第二氧化子层和第三氧化子层。
结合第一方面，所述第一氧化子层为氮掺杂氧化硅层，所述氮掺杂氧化硅层的材质包括SiOxNy，其中，y/(x+y)＜15%，和/或所述氮掺杂氧化硅层中氮的掺杂浓度由N型半导体衬底到掺磷多晶硅层方向逐渐降低。
结合第一方面，所述第一氧化子层的厚度为1 Å ~2 Å。
结合第一方面，所述第三氧化子层为磷掺杂氧化硅层，所述磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度为1×1010 cm-3~1×1018cm-3，和/或所述磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度由N型半导体衬底到掺磷多晶硅层方向逐渐增加。
结合第一方面，所述第三氧化子层的厚度为2 Å~3 Å。
结合第一方面，所述第二氧化子层的材质为二氧化硅，和/或所述第二氧化子层的厚度为8 Å~10 Å，和/或所述第二氧化子层的针孔密度为10-6~10-3。
结合第一方面，所述第一氧化子层、第二氧化子层和第三氧化子层的厚度总和小于等于16 Å。
第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
对制绒后的N型半导体衬底前表面进行硼扩散，形成硼扩散层；
对所述N型半导体衬底后表面形成含有氮元素和磷元素的氧化层；
在所述含有氮元素和磷元素的氧化层表面沉积多晶硅层，并对所述多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层；
在所述掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层；
在所述硼扩散层的表面形成第一钝化层，穿过所述第一钝化层形成与所述硼扩散层电连接的第一电极；
穿过所述第二钝化层形成与所述掺磷多晶硅电连接的第二电极。
结合第二方面，形成所述含有氮元素和磷元素的氧化层包括：
在氧化的过程中，对所述氧化所得物进行一次磷扩散形成第三氧化子层，得到第在氧化的过程中，对所述氧化所得物进行一次磷扩散形成第三氧化子层，得到第三氧化子层后继续氧化形成第二氧化子层，所述第二氧化子层位于第三氧化子层与N型半导体衬底之间，得到第二氧化子层后继续进行氧化，在氧化的过程中，对所述氧化所得物进行氮扩散形成第一氧化子层，所述第一氧化子层位于第二氧化子层与N型半导体衬底之间。
结合第二方面，对所述氧化所得物进行一次磷扩散形成第三氧化子层，包括：
采用磷源作为掺杂源，通入流量为10 L/min~12L/min 的O2，通气时间为3 min ~5min，停止通气后对所述氧化所得物进行一次磷扩散，所述一次磷扩散的温度为780℃~820℃，所述一次磷扩散的时间为50s~60s。
结合第二方面，得到第三氧化子层后继续氧化形成第二氧化子层，包括：
通入流量为8 L/min~10L/min的O2，通气3min~5min后，停止通气并进行氧化，所述氧化温度为500℃~530℃，所述氧化时间为350s~450s。
结合第二方面，得到所述第二氧化子层后进行氧化和氮掺杂形成第一氧化子层，包括：
采用体积比为（2~4）:1的O2和N2O混合气体作为掺杂源，所述混合气体的通入流量为8 L/min~10L/min，通气时间为3min~5min，停止通气后对氧化所得物进行氮扩散，所述氮扩散的温度为500℃~530℃，所述氮扩散的时间为40s~60s。
第三方面，本申请实施例提供一种光伏组件，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第一方面所述的太阳能电池或第二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：
（1）本申请通过在N型半导体衬底后表面与掺磷多晶硅层之间设置含有氮元素和磷元素的氧化层，改变电池接触界面的组成，在提高电池后表面隧穿能力的同时提高电池后表面钝化效果，从而提升电池的转换效率。
（2）本申请含有氮元素和磷元素的氧化层包括含氮氧化硅层、二氧化硅层和含磷氧化硅层，含氮氧化硅层中通过N元素的掺杂，能够增加氧化层界面的介电常数，提高钝化效果、提升开路电压，但是，N元素的掺杂会造成电池内阻增大，填充因子降低，此时通过含磷氧化硅层中P元素的掺杂，在二氧化硅带隙中靠近导带位置产生施主杂质能级，这样能够提高电子的隧穿电流，降低电池内阻，提高电池填充因子，本申请通过上述两种元素掺杂得到的含有氮元素和磷元素的氧化层可以同时实现开路电压和填充因子的提升，进而提高太阳能电池的转化效率。
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为本申请太阳能电池的结构示意图一；
图2为本申请太阳能电池的结构示意图二；
图3为本申请太阳能电池的制备流程图一；
图4为本申请太阳能电池的制备流程图二。
图中：
10-N型半导体衬底；
20-硼扩散层；
30-第一钝化层；
40-第一电极；
50-含有氮元素和磷元素的氧化层；
501-第一氧化子层；
502-第二氧化子层；
503-第三氧化子层；
60-掺磷多晶硅层；
70-第二钝化层；
80-第二电极。
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”实现电池后表面钝化，现有的Topcon电池后表面结构从内向外依次为N型半导体衬底，隧穿氧化层，掺磷多晶硅层，后表面钝化层。隧穿氧化层和掺杂多晶硅薄层的存在，二者共同形成钝化接触结构，能够有效降低表面复合和金属接触复合，并与金属电极形成欧姆接触，转换效率有较大的提升空间。但是，由于二氧化硅层的厚度一般比较薄，会在膜层中存在较多缺陷和孔隙，导致最终制备的电池出现短路现象，若采取增加二氧化硅膜层厚度的措施来解决短路问题时，过厚的二氧化硅膜层会严重阻碍电子的迁移，隧穿效应随之降低，增大了电池的串联电阻，电池的填充因子和电流会受到影响而降低。
因而，为克服现有技术的不完善，本发明提供一种太阳能电池及其制备方法，在电池后表面的N型半导体衬底与掺磷多晶硅层之间设置含有氮元素和磷元素的氧化层，提高电池后表面隧穿能力的同时，提高电池后表面钝化效果，从而提升电池的转换效率。
第一方面，如图1所示，为本申请实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，太阳能电池包括N型半导体衬底10， N型半导体衬底10具有相对的前表面和后表面；
N型半导体衬底10的前表面上设有第一钝化层30，穿过第一钝化层30与N型半导体衬底10形成电连接的第一电极40；
N型半导体衬底10的后表面设有掺磷多晶硅层60， N型半导体衬底10后表面与掺磷多晶硅层60之间设有含有氮元素和磷元素的氧化层50，掺磷多晶硅层60的表面设有第二钝化层70，穿过第二钝化层70与所述掺磷多晶硅层60形成电连接的第二电极80。
在上述方案中，通过在N型半导体衬底10后表面与掺磷多晶硅层60之间设有含有氮元素和磷元素的氧化层50，通过N元素的掺杂，能够增加氧化层界面的介电常数，提高钝化效果、提升开路电压，但是，N元素的掺杂会造成电池内阻增大，填充因子降低；此时通过P元素的掺杂，在二氧化硅带隙中靠近导带位置产生施主杂质能级，这样能够提高电子的隧穿电流，也就是降低电池内阻，提高填充因子，本申请通过上述两种元素掺杂可以同时实现开路电压和填充因子的提升，进而提高太阳能电池的转化效率。
在一种实施方式中，含有氮元素和磷元素的氧化层50为同时含有氮元素和磷元素的单层氧化层结构。
在一些实施方式中，含有氮元素和磷元素的氧化层50为多层结构，如图2所示，氧化层自N型半导体衬底至掺磷多晶硅层60方向依次包括第一氧化子层501、第二氧化子层502和第三氧化子层503。第一氧化子层501为氮掺杂氧化硅层，第二氧化子层502为二氧化硅，第三氧化子层503为磷掺杂氧化硅层，可以理解地，本申请将含有氮元素和磷元素的氧化层50可设计为多层结构，能够同时增加钝化效果和电池后表面的隧穿能力，从而提升太阳能电池的转化效率。
在一些实施方式中，在实际制备的产品中，由于含有氮元素和磷元素的氧化层50很薄，第一氧化子层501、第二氧化子层502和第三氧化子层503混合成一体结构，可以理解的是，对含有氮元素和磷元素的氧化层50进行表征，其氧化层中包括氮元素和磷元素。
在一些实施方式中，氮掺杂氧化硅层的材质包括SiOxNy，其中，y/(x+y)＜15%。可以理解的，随着N元素含量的不断增加，界面从Si-SiOx键向Si-SiNx转变，SiNx无论是晶格常数还是热膨胀系数与Si的失配率都很大，会导致大量缺陷的形成，成为载流子的陷阱和复合中心，影响载流子的迁移率，而且SiNx薄膜的内部应力很大，可能出现膜层的破裂，导致钝化层彻底失效，所以，N元素的含量不能太多，本申请中氮掺杂氧化硅层中掺N比例应当控制在15%以内；氮掺杂氧化硅层中氮的掺杂浓度由N型半导体衬底10到掺磷多晶硅层60方向逐渐降低，可以理解的是，上述掺杂浓度梯度是由掺杂工艺所决定的。
在一些实施方式中，第一氧化子层501的厚度为1 Å ~2 Å，具体地，第一氧化子层501的厚度可以是1 Å、1.1 Å、1.2 Å、1.3 Å、1.4 Å、1.5 Å、1.6 Å、1.7 Å、1.8 Å、1.9 Å和2 Å等，本申请的第一氧化子层501很薄，能够增加氧化层界面的介电常数，提高钝化效果的同时，不会影响载流子的迁移。
在一些实施方式中，第二氧化子层502的材质为二氧化硅，二氧化硅作为绝缘层，二氧化硅层有利于使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。
在一些实施方式中，第二氧化子层502的厚度为8 Å~10 Å，具体厚度可以是8 Å、9Å和10 Å等，将第二氧化子层502的厚度控制在上述范围内，有利于多子的传输，显著降低界面的复合，当第二氧化子层的厚度小于8 Å时，无法起到钝化作用，当第二氧化子层的厚度大于10 Å时，载流子无法有效穿过。
在一些实施方式中，第二氧化子层502的针孔密度为10-6~10-3，具体针孔密度可以是10-6、10-5、10-4和10-3等，可以理解地，载流子可以通过针孔运输，针孔作为载流子运输的一个分流路径，载流子通过针孔进行运输时，能够降低串联电阻，提高填充因子，进而提高太阳能电池的转化效率，若针孔数量大于10-3，则会减小结的势垒高度，降低开路电压，从而降低钝化性能，提高表面复合，从而降低电池性能。
在一些实施方式中，第三氧化子层503为磷掺杂氧化硅层，本申请在氧化硅上掺杂P元素，在氧化硅近导带位置处形成施主能级，该杂质能级的存在加上表面重掺杂的多晶硅层，可以提高电子的隧穿能力，降低电子迁移的阻碍，提高填充因子。同时，P掺杂在表面形成的磷硅玻璃（BSG）对一些金属离子尤其是Na+具有较强的阻挡作用，减少电池组件在使用过程中受到金属离子的影响。
在一些实施方式中，磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度为1×1010 cm-3~1×1018cm-3，具体掺杂浓度可以是1×1010 cm-3、1×1011 cm-3、1×1012 cm-3、1×1013 cm-3、1×1014 cm-3、1×1015cm-3、1×1016 cm-3、1×1017 cm-3和1×1018 cm-3等，磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度高于1×1018cm-3，过多的P元素会引起杂质缺陷的产生，成为载流子的陷阱和复合中心，同时在电池组件使用的过程中，过多的P元素会导致钝化层的透光率下降，影响电池效率；磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度低于1×1010cm-3，提高电子的隧穿能力不足，无法满足要求。
在一些实施方式中，磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度由N型半导体衬底10到掺磷多晶硅层方向逐渐增加。
在一些实施方式中，第三氧化子层503的厚度为2 Å~3Å，具体地，第三氧化子层503的厚度可以是2 Å、2.1 Å、22 Å、2.3 Å、2.4 Å、2.5 Å、2.6 Å、2.7 Å、2.8 Å、2.9 Å和3 Å等。
第一氧化子层501、第二氧化子层502和第三氧化子层503的厚度总和≤16 Å，具体厚度可以是12 Å、13 Å、14 Å、15 Å和16 Å等，可以理解地，氧化层的厚度太厚会严重阻碍电子的迁移，所以本申请将氧化层的总厚度控制在16 Å以内。
可以理解的是，第一氧化子层、第二氧化子层和第三氧化子层还可以掺杂提供空穴的Al（铝）、Ta（钽）中的至少一种，进而提高钝化效果。
第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，如图3所示为本实施例提供的一种太阳能电池制备方法的流程图一，包括以下步骤：
步骤S10、对制绒后的N型半导体衬底10前表面进行硼扩散，形成硼扩散层20；
步骤S20、对N型半导体衬底10后表面进行氧化形成含有氮元素和磷元素的氧化层50；
步骤S30、在含有氮元素和磷元素的氧化层50的表面沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层60；
步骤S40、在掺磷多晶硅层60表面形成第二钝化层70；
步骤S50、在硼扩散层20的表面形成第一钝化层30，在第一钝化层30上形成第一电极40，在第二钝化层70上形成第二电极。
在上述技术方案中，通过在N型半导体衬底10后表面与掺磷多晶硅层60之间设有含有氮元素和磷元素的氧化层50，通过N元素的掺杂，能够增加氧化层界面的介电常数，提高钝化效果、提升开路电压，但是，N元素的掺杂会造成电池内阻增大，填充因子降低；此时通过P元素的掺杂，在二氧化硅带隙中靠近导带位置产生施主杂质能级，从而能够提高电子的隧穿电流，即降低电池内阻，提高填充因子，本申请通过上述两种元素掺杂可以同时实现开路电压和填充因子的提升，进而提高太阳能电池的转化效率。
具体地，本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法，可以用于制作N型太阳能电池，进一步可以用于制作N型Topcon电池，下面，将结合本发明实施例中的附图，对本申请N型Topcon电池的制备方法进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图4为本实施例提供的一种太阳能电池制备方法的流程图二，如图4所示，本申请实施例1提供一种太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
步骤S10，对制绒后的N型半导体衬底10前表面进行硼扩散，形成硼扩散层20。
具体地，在进行硼扩散之前，可以对N型半导体衬底10的前表面和后表面进行制绒处理，以形成绒面或表面纹理结构（例如金字塔结构）。制绒处理的方式可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械法和等离子刻蚀等等，在此不做限定。示例性地，可以使用NaOH溶液对N型半导体衬底的前表面和后表面进行制绒处理，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绒面结构。
可以理解的，通过制绒处理使N型半导体衬底10的表面具有绒面结构，产生陷光效果，增加太阳能电池对光线的吸收数量，从而提高太阳能电池的转换效率。
在一些实施方式中，N型半导体衬底10的前表面为面向太阳的表面，后表面即为背对太阳的表面。还需说明的是，半导体衬底可以为晶体硅衬底（硅衬底），例如为多晶硅衬底、单晶硅衬底或类单晶硅衬底，本发明实施例对于半导体衬底的具体类型不作限定。
在步骤S10中，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方法，在N型半导体衬底10的前表面形成硼扩散层20。
在具体实施方式中，通过硼源来扩散硼原子形成硼扩散层20。硼源例如可以采用三溴化硼进行扩散处理，使得晶体硅的微晶硅相转变为多晶硅相。由于N型半导体衬底10表面具有较高浓度的硼，通常会形成硼硅玻璃层（BSG），这层硼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，需要后续去除。
可选地，在制绒处理之前，还可以包括对N型半导体衬底10进行清洗的步骤，以去除表面的金属和有机污染物。
步骤S20、对N型半导体衬底10后表面进行氧化形成含有氮元素和磷元素的氧化层50。
在一些实施方式中，含有氮元素和磷元素的氧化层50的厚度≤16 Å，具体厚度可以是12 Å、13 Å、14 Å、15 Å和16 Å等，可以理解地，含有氮元素和磷元素的氧化层50的厚度太厚会严重阻碍电子的迁移，所以本申请将氧化层的厚度控制在16 Å以内。
需要指出的是，本发明实施例对于形成氧化的具体操作方式的不作限定。具体地，可以采用臭氧氧化法、高温热氧化法、硝酸氧化法对N型半导体衬底10进行后表面刻蚀之后进行氧化。例如，可以采用热氧化法在N型半导体衬底10的后表面进行氧化。
可以理解的是，与现有的薄氧化层或者隧穿氧化层相比，本申请是在不增加厚度的前提下，保持氧化硅增加电子隧穿的能力，同时还能提高电池后表面载流子的复合程度。
步骤S21、对N型半导体衬底10背表面进行氧化，在氧化的过程中，对氧化所得物进行一次磷扩散形成第三氧化子层503。
具体步骤为：采用磷源作为掺杂源，通入流量为10 L/min~12L/min 的O2，通气时间为3 min ~5min，停止通气后对氧化所得物进行一次磷扩散，一次磷扩散的温度为780℃~820℃，一次磷扩散的时间为50s~60s。
在上述步骤中，采用原位掺杂法同时进行氧化和磷扩散操作，氧化采用臭氧氧化法、高温热氧化法、硝酸氧化法中的任意一种；磷扩散处理，是指高温条件下（一般＞600℃）通过扩散五价的磷原子形成掺杂层。
在一些实施方式中，磷扩散过程中，磷源为POCl3或PH3，优选为POCl3， POCl3为液态且很容易挥发，在掺杂工艺中，可以通过通入氧气将磷源带入，同时进行氧化和掺杂，且氧气的通入使得五价磷源生成五氧化二磷，五氧化二磷与硅作用生成磷原子，而且，氧气的加入避免了磷化物对于半导体衬底表面的腐蚀作用。POCl3液态源扩散方法具有生产效率高、扩散层表面良好的优点。
在一些实施方式中，O2的通入流量为10 L/min~12L/min，具体流量可以是10 L/min、11L/min和12L/min等，可以理解的，O2 通入流量高于12 L/min，生长的氧化层太厚，导致电子迁移受阻，O2 通入流量低于10 L/min，生长的氧化层太薄，薄膜质量得不到有效的保证。
在一些实施方式中，通气时间为3 min~5min，具体通气时间可以是3 min、4 min和5 min等。
一次磷扩散的温度为780℃~820℃，一次磷扩散的温度具体可以是780℃、790℃、800℃、810℃和820℃等，一次磷扩散的时间为50s~60s，一次磷扩散的具体时间可以是50s、51s、52s、53s、54s、55s、56s、57s、58s、59s和60s等，若一次磷扩散温度低于780℃，则时间加长产量降低，扩散均匀性和重复性变差；若一次磷扩散温度高于820℃，则时间变短，扩散的均匀性和重复性也无法保证。
在一些实施方式中，第三氧化子层503的厚度为2 Å~3Å，具体地，第三氧化子层503的厚度可以是2 Å、2.1 Å、22 Å、2.3 Å、2.4 Å、2.5 Å、2.6 Å、2.7 Å、2.8 Å、2.9 Å和3 Å等。
步骤S22、得到步骤S21的第三氧化子层503后继续氧化形成第二氧化子层502，第二氧化子层502位于第三氧化子层503与N型半导体衬底10之间。
具体步骤为：通入流量为8 L/min~10L/min的O2，通气3min~5min后，停止通气并进行氧化，氧化温度为500℃~530℃，氧化时间为350s~450s。
在一些实施方式中， O2的通入流量为8 L/min~10L/min，具体流量可以是8L/min、9L/min和10L/min等，可以理解的，O2 通入流量高于10L/min，生长的氧化层太厚，导致电子迁移受阻，O2 通入流量低于10 L/min，生长的氧化层太薄，薄膜质量得不到有效的保证。
在一些实施方式中，通气时间为3 min~5min，具体通气时间可以是3 min、4 min和5 min等。
氧化的温度为500℃~530℃，氧化的温度具体可以是500℃、510℃、520℃和530℃等，氧化的时间为350s~450s，氧化的具体时间可以是350 s、350 s、370 s、380 s、390 s、400 s、410 s、420 s、430 s、440 s和450 s等，将氧化时间和氧化温度控制在上述范围内，可得到厚度为8 Å~10 Å的氧化硅层，有利于提高载流子的隧穿能力。
步骤S23、得到步骤S22的第二氧化子层502后继续进行氧化，在氧化的过程中将所述氧化所得物进行氮扩散形成第一氧化子层501，第一氧化子层501位于第二氧化子层502与N型半导体衬底10之间。
具体步骤为：采用体积比为（2~4）:1的O2和N2O混合气体作为掺杂源，混合气体的通入流量为8 L/min~10L/min，通气时间为3min~5min，停止通气后对氧化所得物进行氮扩散，氮扩散的温度为500℃~530℃，氮扩散的时间为40s~60s。
在一些实施方式中，O2和N2O的体积比为（2~4）:1，体积比具体可以是2：1、3：1和4：1等，通过将O2和N2O的混合气体作为掺杂源，同时进行氧化和氮掺杂，
上述混合气体的通入流量为8 L/min~10L/min，具体流量可以是8L/min、9L/min和10L/min等，将混合气体流量控制在上述范围内，控制掺杂氮元素的比例，提高钝化效果。
在一些实施方式中，通气时间为3 min~5min，具体通气时间可以是3 min、4 min和5 min等。
氧化的温度为500℃~530℃，氧化的温度具体可以是500℃、510℃、520℃和530℃等，氧化的时间为350s~450s，氧化的具体时间可以是350 s、350 s、370 s、380 s、390 s、400 s、410 s、420 s、430 s、440 s和450 s等，将氧化时间和氧化温度控制在上述范围内，有利于掺杂元素的扩散，从而能够增加氧化层界面的介电常数，提高钝化效果。
在步骤S20中，本申请制备的第一氧化子层501/第二氧化子层502/第三氧化子层503的含氮和磷的氧化层结构厚度很薄，只需要氧化单晶硅表面即可，不需要额外的沉积硅，整个反应过程是自上而下的，即首先反应生成掺P的第三氧化层，其次反应生成无掺杂第二氧化子层，最后反应生成掺N的第一氧化子层。
步骤S30、在含有氮元素和磷元素的氧化层50表面沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层60。
在上述步骤中，在含有氮元素和磷元素的氧化层50表面沉积掺磷多晶硅层60，用于对氧化层起保护作用，其次，对多晶硅进行掺杂形成高低结（n/n+-Si），能够有效降低载流子在电池背面的复合速率，进一步提高太阳能电池的转化效率。
在一些实施方式中，可以采用低压化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、常压化学气相淀积中的任意一种方法在第三氧化子层503的表面沉积多晶硅层。
在一些实施方式中，二次磷扩散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N型半导体衬底10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，形成掺磷多晶硅层60。当然，也可以采用一步沉积法，即在第三氧化子层503的表面沉积形成多晶硅层并同时进行原位掺杂处理以形成掺磷多晶硅层60。磷扩散工艺也可以采用高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种方法，在此不做限定。
在一些实施方式中，掺磷多晶硅层的掺杂浓度为1×1019 cm-3~1×1021 cm-3，掺杂浓度具体可以是为1×1019 cm-3、1×1020 cm-3、1×1021 cm-3等，将掺杂浓度控制在上述范围内，有利于提高钝化性能。
在一些实施方式中，去除在磷扩散过程中电池背面形成的磷硅玻璃层及在电池正面硼扩散过程中形成的硼硅玻璃层。
步骤S40、在掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层70。
在一些实施方式中，在掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层70。第二钝化层70可以包括但不限于氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等单层或含氮和磷的氧化层结构。
例如，第二钝化层70由氮化硅组成，氮化硅薄膜层可以起到减反射膜的作用，且该氮化硅薄膜具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜层能够对半导体衬底产生钝化作用，明显改善太阳能电池的光电转换效率。
步骤S50、在硼扩散层20的表面形成第一钝化层30，在第一钝化层30上形成第一电极40，在第二钝化层70上形成第二电极80。
在一些实施方式中，第一钝化层30可以包括但不限于氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等单层或含氮和磷的氧化层结构。当然，第一钝化层30还可以采用其他类型的钝化层，本发明对于第一钝化层30的具体材质不作限定，例如，在其他实施例中，第一钝化层30还可以为二氧化硅和氮化硅的含氮和磷的氧化层等。上述第一钝化层30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。在一些实施方式中，在半导体衬底前表面使用掺铝银浆印刷正面主栅和正面副栅，并进行烘干形成第一电极40，在一些实施方式中，可以在半导体衬底后表面使用银浆印刷后表面主栅和后表面副栅，并进行烘干形成第二电极80，最后将烘干后的电池片进行烧结，制得太阳能电池。
需要说明的是，第一电极40穿过第一钝化层30与硼扩散层20形成欧姆接触；第二电极80穿过第二钝化层70与掺磷多晶硅层60形成欧姆接触，掺磷多晶硅层60与含有N和P的氧化层（第一氧化子层501、第二氧化子层502和第三氧化子层503）组成TopCon电池结构。
本发明实施例中不限定第一电极40和第二电极80的具体材质。例如，第一电极40为银电极或银/铝电极，第二电极80为银电极。
本发明实施例中不限定第一钝化层30、第二钝化层70的具体类型，例如可以为氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝/氮化硅含氮和磷的氧化层结构等。
第三方面，本发明实施例还提供一种光伏组件，包括依次层叠设置第一基板、第一封装层、电池串结构、第二封装层以及第二基板，形成层叠结构，对层叠结构进行层压处理，层压处理过程中通过导线与电池片之间电气连接得到光伏组件。
在一些实施方式中，光伏组件包括多个太阳能电池串，每个太阳能电池串包括通过导电带连接的多个太阳能电池，太阳能电池可以是上述所述的太阳能电池或上述所述的制备方法制得的太阳能电池。
在一些实施方式中，多个太阳能电池位于同一平面且以一定间隙(小间隙)或无间隙的形式进行电性连接。
下面分多个实施例对本申请实施例进行进一步的说明。其中，本申请实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例1
步骤S10、对制绒后的N型半导体衬底10前表面进行硼扩散，形成硼扩散层20。
步骤S20、采用等离子体增强化学气相沉积法在单晶硅表面沉积氧化层：
步骤S21、开启POCl3源，该物质为液态，需要通过O2把该物质带出来，O2流量为12L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在800℃之间反应60s形成掺磷氧化层。
步骤S22、关闭POCl3源，保持O2的流量为10L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在500℃之间反应450s形成氧化硅层；
步骤S23、采用掺杂源为O2和N2O混合气体，混合的体积比为O2:N2O=3:1，气体流量为10L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在500℃之间反应60s形成掺氮氧化层。
步骤S30、采用等离子体增强化学气相沉积法在掺磷氧化层的表面沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层。
步骤S40、在掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层，在第二钝化层上形成第二电极。
实施例2
步骤S10、对制绒后的N型半导体衬底10前表面进行硼扩散，形成硼扩散层20。
步骤S20、采用等离子体增强化学气相沉积法在单晶硅表面沉积氧化层：
步骤S21、开启POCl3源，该物质为液态，需要通过O2把该物质带出来，O2流量为10L/min，通气4min后，停止通气，保持温度在780℃之间反应55s形成掺磷氧化层。
步骤S22、关闭POCl3源，保持O2的流量为9L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在510℃之间反应450s形成氧化硅层；
步骤S23、采用掺杂源为O2和N2O混合气体，混合的体积比为O2:N2O=4:1，气体流量为10L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在530℃之间反应60s形成掺氮氧化层。
步骤S30、采用等离子体增强化学气相沉积法在掺磷氧化层的表面沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层。
步骤S40、在掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层，在第二钝化层上形成第二电极。
实施例3
步骤S10、对制绒后的N型半导体衬底10前表面进行硼扩散，形成硼扩散层20。
步骤S20、采用等离子体增强化学气相沉积法在单晶硅表面沉积氧化层：
步骤S21、开启POCl3源，该物质为液态，需要通过O2把该物质带出来，O2流量为10L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在820℃之间反应60s形成掺磷氧化层。
步骤S22、关闭POCl3源，保持O2的流量为8L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在530℃之间反应450s形成氧化硅层；
步骤S23、采用掺杂源为O2和N2O混合气体，混合的体积比为O2:N2O=2:1，气体流量为9L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在510℃之间反应60s形成掺氮氧化层。
步骤S30、采用等离子体增强化学气相沉积法在掺磷氧化层的表面沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层。
步骤S40、在掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层，在第二钝化层上形成第二电极。
对比例1
与实施例1不同的是，步骤2具体为：采用LPCVD的方法在半导体衬底背表面生成厚度10 Å左右的SiO2层，具体的参数为：通入O2的流量为15L/min，通气5min后，停止通气，保持温度在500℃之间反应550s形成氧化硅层。
上述实施例1~3和对比例1的性能测试见下表1。
表1.实施例1和对比例1性能参数对比
组别 氧化层厚度（Å） 开路电压（V） 填充因子（%） 转换效率（%）
实施例1 16 0.715 83.44 24.74
实施例2 15 0.714 83.42 24.72
实施例3 16 0.716 83.45 24.75
对比例1 10 0.708 83.1 24.44
由上表1可知：本申请实施例1~3通过在N型半导体衬底后表面10与掺磷多晶硅层60之间一次设置含氮氧化硅层501、二氧化硅层502和含磷氧化硅层503的含氮和磷的氧化层结构，通过N元素的掺杂和P元素的掺杂，显著提升电池的开路电压和填充因子，进而提高太阳能电池的转化效率，本申请实施例制备的太阳能电池的转化效率相比于对比例1最大增长了0.31%，可见本申请制备的太阳能电池对于太阳能利用及太阳能电池的发展具有极其重要的意义。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：
N型半导体衬底，所述N型半导体衬底具有相对的前表面和后表面；
所述N型半导体衬底的前表面上设有第一钝化层，穿过所述第一钝化层与所述N型半导体衬底形成电连接的第一电极；
所述N型半导体衬底的后表面设有掺磷多晶硅层，所述N型半导体衬底后表面与掺磷多晶硅层之间设有含有氮元素和磷元素的氧化硅层，所述掺磷多晶硅层的表面设有第二钝化层，穿过所述第二钝化层与所述掺磷多晶硅层形成电连接的第二电极。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述氧化硅层自N型半导体衬底至掺磷多晶硅层方向依次包括第一氧化子层、第二氧化子层和第三氧化子层。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第一氧化子层为氮掺杂氧化硅层，所述氮掺杂氧化硅层的材质包括SiOxNy，其中，y/(x+y)＜15%，和/或所述氮掺杂氧化硅层中氮的掺杂浓度由N型半导体衬底到掺磷多晶硅层方向逐渐降低。
4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述第一氧化子层的厚度为1 Å~2 Å。
5.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第三氧化子层为磷掺杂氧化硅层，所述磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度为1×1010 cm-3~1×1018cm-3，和/或所述磷掺杂氧化硅层中磷的掺杂浓度由N型半导体衬底到掺磷多晶硅层方向逐渐增加。
6.根据权利要求2或5所述的电池，其特征在于，所述第三氧化子层的厚度为2 Å~3 Å。
7.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第二氧化子层的材质为二氧化硅，和/或所述第二氧化子层的厚度为8 Å~10 Å，和/或所述第二氧化子层的针孔密度为10-6~10-3。
8.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第一氧化子层、第二氧化子层和第三氧化子层的厚度总和小于等于16 Å。
9.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对制绒后的N型半导体衬底前表面进行硼扩散，形成硼扩散层；
对所述N型半导体衬底后表面形成含有氮元素和磷元素的氧化硅层；
在所述含有氮元素和磷元素的氧化硅层表面沉积多晶硅层，并对所述多晶硅层进行二次磷扩散形成掺磷多晶硅层；
在所述掺磷多晶硅层表面形成第二钝化层；
在所述硼扩散层表面形成第一钝化层，穿过所述第一钝化层形成与所述硼扩散层电连接的第一电极；
穿过所述第二钝化层形成与所述掺磷多晶硅电连接的第二电极。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成所述含有氮元素和磷元素的氧化硅层包括：
在氧化的过程中，对所述氧化所得物进行一次磷扩散形成第三氧化子层，得到第三氧化子层后继续氧化形成第二氧化子层，所述第二氧化子层位于第三氧化子层与N型半导体衬底之间，得到第二氧化子层后继续进行氧化，在氧化的过程中，对所述氧化所得物进行氮扩散形成第一氧化子层，所述第一氧化子层位于第二氧化子层与N型半导体衬底之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述氧化所得物进行一次磷扩散形成第三氧化子层，包括：
采用磷源作为掺杂源，通入流量为10 L/min~12L/min 的O2，通气时间为3 min ~5min，停止通气后对所述氧化所得物进行一次磷扩散，所述一次磷扩散的温度为780℃~820℃，所述一次磷扩散的时间为50s~60s。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，得到所述第三氧化子层后继续氧化形成第二氧化子层，包括：
通入流量为8 L/min~10L/min的O2，通气3min~5min后，停止通气并进行氧化，所述氧化温度为500℃~530℃，所述氧化时间为350s~450s。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，得到所述第二氧化子层后进行氧化和氮掺杂形成第一氧化子层，包括：
采用体积比为（2~4）:1的O2和N2O混合气体作为掺杂源，所述混合气体的通入流量为8L/min~10L/min，通气时间为3min~5min，停止通气后对氧化所得物进行氮扩散，所述氮扩散的温度为500℃~530℃，所述氮扩散的时间为40s~60s。
14.一种光伏组件，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根据权利要求1~8任一项所述的太阳能电池或根据权利要求9~13任一项所述的制备方法制得的太阳能电池。
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