CN115132851B - 太阳能电池及其制作方法、光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种太阳能电池及其制作方法、光伏组件，太阳能电池包括：基底，所述基底具有相对的前表面和后表面；位于所述前表面上且在远离所述前表面的方向上依次设置的第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中所述第一钝化层包含电介质材料，所述第二钝化层包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，所述第三钝化层包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]；位于所述后表面上且在远离所述后表面的方向上依次设置的隧穿氧化层和掺杂导电层，其中，所述掺杂导电层与所述基底具有相同导电类型的掺杂元素。本申请实施例有利于提升太阳电池的光吸收效率。

Description

太阳能电池及其制作方法、光伏组件
技术领域
本申请实施例涉及光伏领域，特别涉及一种太阳能电池及其制作方法、光伏组件。
背景技术
随着太阳能电池技术的不断发展，太阳光的吸收效率成为制约太阳能电池转换效率进一步提高的重要因素之一。太阳能电池的吸收效率与钝化结构的参数有关，钝化结构的参数包括但不限于叠层结构、膜层组分以及膜层厚度，因此优化钝化结构的参数成为提升太阳能电池转换效率的关键。
发明内容
本申请实施例提供一种太阳能电池及其制作方法、光伏组件，有利于提升太阳能电池和光伏组件的吸收效率。
为解决上述问题，本申请实施例提供一种太阳能电池，包括：基底，所述基底具有相对的前表面和后表面；位于所述前表面上且在远离所述前表面的方向上依次设置的第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中所述第一钝化层包含电介质材料，所述第二钝化层包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，所述第三钝化层包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]；位于所述后表面上且在远离所述后表面的方向上依次设置的隧穿氧化层和掺杂导电层，其中，所述掺杂导电层与所述基底具有相同导电类型的掺杂元素。
另外，所述电介质材料包括氧化铝、氧化钛、氧化镓、氧化铪中的一种或多种。
另外，所述电介质材料为氧化铝AlxOy材料，且y/x∈[1.1，1.5]。
另外，在垂直于所述前表面的方向上，所述第一钝化层的厚度为3nm～10nm。
另外，在垂直于所述前表面的方向上，所述第二钝化层的厚度为40nm～60nm。
另外，在垂直于所述前表面的方向上，所述第三钝化层的厚度为20nm～50nm。
另外，所述第二钝化层的第二折射率大于所述第一钝化层的第一折射率以及所述第三钝化层的第三折射率。
另外，所述第一钝化层的折射率为1.6～1.7，所述第二钝化层的折射率为1.9～2.2，所述第三钝化层的折射率为1.45～1.8。
另外，太阳能电池还包括：第四钝化层，所述第四钝化层位于所述掺杂导电层背离所述基底的一侧，所述第四钝化层包含第二氮化硅SiaNb材料，a/b∈[3.5，6.8]。
另外，所述第四钝化层的折射率为2.04～2.2，在垂直于所述后表面的方向上，所述第四钝化层的厚度为60nm～100nm。
另外，所述第一钝化层还包括氧化硅材料，所述氧化硅材料介于所述基底和所述电介质材料之间。
另外，所述基底为N型半导体基底，所述掺杂导电层为N性掺杂多晶硅层、N型掺杂微晶硅层或N型掺杂非晶硅层中的至少一者。
相应地，本申请实施例还提供一种光伏组件，包括：电池串，由多个上述任一项所述的太阳能电池连接而成；封装胶膜，用于覆盖所述电池串的表面；盖板，用于覆盖所述封装胶膜背离所述电池串的表面。
相应地，本申请实施例还提供一种太阳能电池的制作方法，包括：提供基底，所述基底具有相对的前表面和后表面；在所述前表面上且在远离所述前表面的方向上依次设置的第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中所述第一钝化层包含电介质材料，所述第二钝化层包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，所述第三钝化层包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]；在所述后表面上且在远离所述后表面的方向上依次设置的隧穿氧化层和掺杂导电层，其中，所述掺杂导电层与所述基底具有相同导电类型的掺杂元素。
另外，所述电介质材料为氧化铝AlxOy材料，采用原子层沉积工艺形成所述第一钝化层，所述原子层沉积工艺的前驱物包括三甲基铝和水，沉积温度为150℃～250℃。
另外，在形成所述第一钝化层之后，还包括：对所述第一钝化层进行退火工艺，所述退火工艺的工艺温度为450℃～550℃，工艺时长大于等于10min。
另外，采用第一等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第二钝化层，所述第一等离子体增强化学气相沉积工艺的前驱物包括硅烷和氨气，所述氨气和所述硅烷的流量比为4～15，单位面积脉冲功率为30～40mW/cm2。
另外，采用第二等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第三钝化层，所述第二等离子体增强化学气相沉积工艺的前驱物包括硅烷、笑气和氨气，所述硅烷与所述笑气的流量比不小于1/10，单位面积脉冲功率为25～40mW/cm2。
与相关技术相比，本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：
上述技术方案中，通过在第二钝化层背离基底的一侧设置包含氮氧化硅材料的第三钝化层，有利于使得太阳能电池对于短波光线能够有较好的吸收效率，同时，通过对氮氧化硅材料的原子数比值进行限制，有利于使得第三钝化层具有较高的折射率，使得外部光线以更小的入射角入射至基底内；此外，对第二钝化层中第一氮化硅材料的原子数占比进行限制，使得第二钝化层相对于第三钝化层具有较高的折射率，有利于减少光线的内反射和出射，同时，使得第二钝化层具有较弱的正电性，有利于避免第二钝化层对第一钝化层的场钝化效果以及对基底的光电效应造成影响。
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，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请实施例提供的太阳能电池的剖面结构示意图；
图2为本申请实施例提供的波长-反射率对比示意图；
图3为本申请实施例提供的太阳能电池的表面示意图；
图4和图5为本申请实施例提供的光伏组件的结构示意图；
图6～图10为本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，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例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本申请实施例提供一种太阳能电池及其制作方法、光伏组件，以下将结合附图对本申请实施例提供的太阳能电池进行详细说明。图1为本申请实施例提供的太阳能电池的剖面结构示意图；图2为本申请实施例提供的波长-反射率对比示意图；图3为本申请实施例提供的太阳能电池的表面示意图。
参考图1，太阳能电池包括：基底10，基底10具有相对的前表面10a和后表面10b；位于前表面10a上且在远离前表面10a的方向上依次设置的第一钝化层111、第二钝化层112以及第三钝化层113，其中第一钝化层111包括电介质材料，第二钝化层112包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，第三钝化层113包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]；位于后表面10b上且在远离后表面10b的方向上依次设置的隧穿氧化层121和掺杂导电层122，其中，掺杂导电层122与基底10具有相同导电类型的掺杂元素。
可以理解的是，无论是y/x、n/m还是j/i，均是对应的原子数量比。
在一些实例中，各膜层中的原子数量比可以采用X射线能谱(EDS)或电子能量损耗光谱(EELS)获得。在一些实施例中，第二钝化层112为富硅层，相较于传统氮化硅材料，本申请提供的第一氮化硅材料中硅原子数占比大于氮原子数占比；相应地，第三钝化层113同样可以为富硅层，即第三钝化层113中硅原子数占比大于氮原子数占比以及氧原子数占比。
其中，通过在第二钝化层112背离基底10的一侧设置包含氮氧化硅材料的第三钝化层113，有利于使得太阳能电池对于短波光线能够有较好的吸收效率，同时，通过对氮氧化硅材料的原子数比值进行限制，有利于使得第三钝化层113具有高折射率，使得外部光线以更小的入射角入射至基底10内。
此外，对第二钝化层112中第一氮化硅材料的原子数占比进行限制，使得第二钝化层112相对于第三钝化层113具有较高的折射率，有利于减少光线的内反射和出射；另外，第二钝化层112具有较弱的正电性，有利于避免第二钝化层112对第一钝化层111的场钝化效果以及对基底10的光电效应造成影响；进一步地，还使得第二钝化层112内具有适量的氢离子，适量的氢离子既能够通过迁移有效饱和前表面10a的悬挂键，又能够与抑制自身与载流子的复合，有利于保证载流子有效汇聚至相应电极。
以下将结合附图对图1所示太阳能电池进行更为详细地描述。
在一些实施例中，基底10为硅基底材料，例如单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅中的一种或多种；在其他实施例中，基底的材料还可以为碳单质、有机材料或多元化合物，多元化合物可以包括但不限于钙钛矿、砷化镓、碲化镉、铜铟硒等材料；此外，前表面10a为光接收表面，后表面10b为与光接收表面相对的背表面，前表面10a可以设置为金字塔绒面，以降低前表面10a的光反射，增加对光线的吸收利用率，提升太阳能电池的转换效率。在一些实施例中，后表面10b可以设置为非金字塔状绒面，比如层叠的台阶形貌，以保证覆盖后表面10b的隧穿氧化层具有较高的致密度和均匀性，保证隧穿氧化层对后表面10b具有良好的钝化效果。
基底10为N型半导体基底。其中，基底10包括基区101和发射极102，基区101包括N型掺杂元素(如磷、砷、锑等)，发射极102包含P型掺杂元素，发射极102与基区101形成PN结。在一些实施例中，第一钝化层111覆盖发射极102。发射极102可通过对基区101的表层进行P型离子(例如硼离子)的扩散掺杂得到，被掺杂的部分基区101转化为发射极102，掺杂导电层122中的掺杂离子类型与基底10的掺杂离子类型相同实际指的是，掺杂导电层122的掺杂离子类型与基底10主体的掺杂离子类型相同，即掺杂导电层122的掺杂离子类型与基区101的掺杂离子类型相同。
关于第一钝化层111的材料类型，根据所需实现的主要钝化效果为场钝化还是界面钝化，第一钝化层111的材料可分为界面钝化材料和场钝化材料，界面钝化材料包括氧化硅或氮氧化硅中的至少一者，场钝化材料氧化铝、氧化钛、氧化镓、氧化铪中的一种或多种。以下以第一钝化层111的材料主要为场钝化材料，具体为氧化铝AlxOy材料作为示例进行说明。
关于第一钝化层111的材料特性，从增强第一钝化层111的场钝化效果，实现载流子的选择性传输的角度考虑，需要设置第一钝化层111具有较强的负电性；从抑制外部正离子朝基底10迁移渗透的角度考虑，需要设置第一钝化层111具有较弱的负电性；从减小第一钝化层111与相邻膜层之间的应力的角度考虑，需要设置第一钝化层111具有较低的硬度；此外，还需要考虑第一钝化层111对短波光线的吸收作用，提升太阳能电池对短波光线的吸收效率。基于上述考虑，可将第一钝化层111中氧化铝AlxOy材料的y/x比值设置为1.1～1.5，例如1.2、1.3或1.4，可选地，y/x大于等于1.1且小于1.5。
关于第一钝化层111在垂直于前表面10b方向上厚度，可以理解的是，第一钝化层111的厚度越厚，场钝化效果越强；同时，由于氧化铝与硅的材料特性差异较大，第一钝化层111越厚，第一钝化层111对基底10施加的应力越大；进一步地，基于任意膜层自身存在的阻隔效果可知，第一钝化层111的厚度越厚，第二钝化层112中的氢离子越不容易穿过第一钝化层111以饱和前表面10a的悬挂键。基于上述考虑，可以将第一钝化层111的厚度设置为3nm～10nm，例如5nm、7nm或9nm。
在一些实施例中，第一钝化层111还包括氧化硅材料，氧化硅材料覆盖前表面10a，或者说，氧化硅材料介于N型基底10与电介质材料之间，电介质材料包括氧化铝AlxOy材料。该氧化硅材料既可以是自然氧化形成，也可以是通过热氧工艺形成，以对前表面进行钝化。在垂直于前表面10a的方向上，氧化硅材料组成的膜层的厚度可以设置为0.5～2nm，例如0.8nm、1.1nm、1.4nm或1.7nm，膜层厚度过厚可能导致载流子无法通过隧穿效应穿过薄膜，膜层厚度过薄则钝化效果较差。
在一些实施例中，在第二钝化层112中第一氮化硅SimNn材料的原子数量比例确定的情况下，第二钝化层112的折射率范围也大致确定(折射率还受第二钝化层112内的其他杂质元素的影响)，为保证经第二钝化层112入射的太阳光更为靠近基底10中心，抑制光线的出射，可将第二钝化层112垂直于前表面10a的厚度设置为40nm～60nm，例如45nm、50nm或55nm。第二钝化层112的厚度过薄时，第二钝化层112对光线的折射效果较差，入射光线可能经其他钝化膜层出射或者未来得及被基底10吸收便经过基底10发生出射，不利于提升太阳能电池对光线的入射效率；此外，由于第二钝化层112仅具有较弱的正电性，第二钝化层112内的氢离子可能不足以饱和前表面10a的悬挂键，需要通过第三钝化层113中的氢离子进行补足，因此，第二钝化层112过厚可能对氢离子的传输造成阻隔，进而导致前表面10a存在较多的界面缺陷，不利于抑制前表面10a的载流子复合以及不利于减小前表面10a的接触电阻。
此外，可以理解的是，第二钝化层112厚度的设置还受第二钝化层112的原子数量比的影响，两者相互匹配，以着重吸收特定波段的光线，例如着重吸收长波光线；进一步地，第二钝化层112的厚度还受太阳能电池的整体厚度要求限制，太阳能电池的整体厚度过薄时，太阳能电池容易在外部应力影响下发生断裂，太阳能电池的整体厚度过厚时，不利于进行整体封装以及工艺成本较高。
在一些实施例中，为使得太阳能电池对于长波光线和短波光线都具有较好的吸收效率，采用第二钝化层112着重吸收长波光线，采用第三钝化层113着重吸收短波光线；同时，由于着重吸收短波光线的氮氧化硅材料的折射率相对较低，为使得太阳能电池对不同波段的光线整体具有较高的折射率，可设置第二钝化层112的折射率大于第三钝化层113的折射率，以提高太阳能电池对于光线的吸收效率。
在一些实施例中，在第三钝化层113中氮氧化硅SiOiNj材料的原子数量比相对确定的情况下，为使得太阳能电池对于短波光线具有较高的吸收效率，以及使得第三钝化层113中的氢离子能够对第二钝化层112中的氢离子进行补足，可设置第三钝化层113垂直于前表面10a的厚度为20nm～50nm，例如为25nm、30nm、35nm、40nm或45nm。在一些情况下，现有太阳能电池通常呈现浅蓝色，其主要原因是短波光线(比如紫外光波段)的反射率较高，然而在本申请实施例中通过设置第三钝化层113的厚度在特定区间内(如，20nm-50nm)以着重吸收短波光线，有利于使得电池呈现为暗蓝色甚至黑色，通过所述电池封装而成的光伏组件呈现黑色，具有高的发电效率以及适用于多应用场景(比如，BIPV，光伏建筑一体化)的前景。
在一些实施例中，当第三钝化层113的厚度小于20nm，电池可能呈现浅蓝色，当第三钝化层113的厚度大于50nm，电池可能呈现绿色。
需要说明的是，第二钝化层112和第三钝化层113均可以是叠层结构，叠层结构中不同子层的折射率在远离基底10前表面10a的方向上逐渐降低，如此，有利于减少因相邻膜层折射率差值过大而导致的内反射和出射，相邻膜层不仅包括太阳能电池中的膜层，还包括光伏组件中的封装胶膜和盖板。
在一些实施例中，第二钝化层112的第二折射率大于第一钝化层111的第一折射率和第三钝化层113的第三折射率，其中，第二折射率大于第三折射率有利于减少经第三钝化层113入射的太阳光的反射和出射；进一步地，在一些实施例中，第一折射率大于第三折射率，如此，有利于进一步减少经第三钝化层113入射的太阳光的反射和出射，提升太阳能电池的吸收效率。可以理解的是，当上述膜层包含多层子膜层时，膜层对应的折射率为多层子膜层的平均折射率。
关于第三钝化层113，从减小外部光线入射角的角度考虑，需要设置第三钝化层113具有较高的折射率；从抑制内反射和出射的角度考虑，需要设置第三钝化层113的折射率具有较小的折射率，且使得第三钝化层113的折射率和第二钝化层112的折射率的差值较小；从着重吸收短波光线的角度考虑，需要设置第三钝化层113内氧原子数占比较大，可以知晓的是，随着原子数占比的增大，第三钝化层113的折射率逐渐减小。为使得太阳能电池对短波光线具有较高的吸收效率，可将第三钝化层113的原子数量比j/i设置为0.43～0.46，例如为0.44或0.45，第三钝化层113的折射率设置为1.45～1.8，例如1.55、1.6、1.65、1.7或1.75。
此外，可将第二钝化层112的原子数量比n/m设置为0.56～0.7，例如为0.60、0.64或0.68第二钝化层112的折射率可设置为1.9～2.2，例如2.0、2.05或2.1；同时，第一钝化层111的折射率设置为1.6～1.7，例如为1.63、1.65或1.68。
参考图2，在短波(比如，紫外光波段)范围内，本申请实施例所提供的太阳能电池相对于常规TOPCON电池(N型TOPCON电池)和PERC(P型PERC电池)电池具有更低的反射率，常规TOPCON电池通常采用氧化铝/氮化硅叠层作为正面钝化层，常规PERC电池通常采用氮化硅层作为正面钝化层。以400nm和450nm为例，在波长400nm的位置，常规PERC电池的反射率为12.2％左右，常规TOPCON电池的反射率为11.1％左右，而本申请实施例提供的太阳能电池的反射率为6.5％左右，下降了将近一半；在波长450nm的位置，常规PERC电池的反射率为5％左右，常规TOPCON电池的反射率为4％左右，而本申请实施例提供的太阳能电池的反射率为2.4％左右，同样下降了将近一半。由于在短波范围内光线的反射率较低，因此，相较于传统太阳能电池或光伏组件呈现蓝色，本申请实施例提供的太阳能电池能够呈现暗蓝色甚至黑色，从而构成黑色光伏组件，参考图3，基于图1所述结构的太阳能电池呈现暗蓝色且接近黑色。
从380nm～1050nm波长区间的平均反射率来看，本申请实施例提供的太阳能电池也有明显降低，具体地，在整体区间范围内，常规PERC电池和TOPCON电池的反射率为2.1～2.3％，例如常规PERC电池的平均反射率为2.160％左右，常规TOPCON电池的平均反射率为2.237％左右，而本申请实施例提供的太阳能电池的平均反射率为1.4％～1.7％，例如为1.552％左右，下降了近1/3；进一步地，从600nm～800nm波长区间来看，本申请实施例提供的太阳能电池的平均反射率同样小于1％。当将上述钝化叠层(第一钝化层111、第二钝化层112以及第三钝化层113)应用于TOPCON电池时，可对电池的短路电流有30mA以上的提升。
在一些实施例中，在所述第一钝化层111和第二钝化层112之间可以设置第一中间层，所述第一钝化层111作为场效应钝化层，所述第二钝化层112作为化学效应钝化层，所述第一中间层可以用于优化两者之间的导电性能或光学吸收性能。例如，所述第一中间层可以影响短波段入射光(比如紫外光)在前表面整体钝化层中的反射性能(比如反射率)。所述中间层的材料可以为氧化硅材料，中间层厚度在0.5nm-3nm。
在一些实施例中，在所述第二钝化层112和所述第三钝化层113之间还可以设置第二中间层，所述第二中间层可以用于影响前表面整体钝化层的反射性能。例如，所述第二中间层可以影响短波段入射光(比如紫外光)在前表面整体钝化层中的反射性能(比如，反射率)。所述中间层的材料可以为碳氮氧化硅材料，第二中间层厚度小于10nm。在一些实施例中，在后表面10b还设置有钝化接触结构，钝化接触结构至少包括：在远离基底10的方向上依次设置的隧穿氧化层121和掺杂导电层122。其中，隧穿氧化层121的材料为电介质材料，例如氧化硅，用于实现后表面10b的界面钝化；掺杂导电层122的材料用于形成场钝化，例如掺杂硅，掺杂导电层122与基底10具有相同导电类型的掺杂元素，掺杂硅具体可以为N型掺杂多晶硅、N型掺杂微晶硅或N型掺杂非晶硅的一种或多种，掺杂导电层122中包含N型掺杂离子。其中，在一些实施例中，掺杂导电层122为掺杂多晶硅层，在垂直于后表面10b的方向上，掺杂导电层122的厚度范围为80nm～160nm，例如为100nm、120nm或140nm，掺杂导电层122的折射率范围为3.5～4.5，例如为3.75、4或4.25。
在一些实施例中，在掺杂导电层122上还设置有第四钝化层123，第四钝化层123用于增强入射光在电池背部的反射效果。其中，第四钝化层123可以包含多层子层，且在后表面10b朝向掺杂导电层122的方向上，不同子层的折射率逐渐降低，如此，有利于利用内反射增强入射光在电池背部的反射效果。当第四钝化层123的材料为氮化硅时，折射率较高的氮化硅子层具有更多的氢离子，氢离子可在浓度差形成的扩散动力或热处理工艺形成热动力下迁移至后表面10b，以钝化基底10与钝化接触结构之间的界面缺陷，抑制载流子复合和提升光电转换效率。
具体地，第四钝化层123可包括依次设置的底层钝化层、中间钝化层以及顶层钝化层，底层钝化层覆盖掺杂导电层122表面，底层钝化层的折射率可设置为2.12～2.2，例如为2.14、2.16或2.18，在垂直于后表面10b的方向上，厚度为10～20nm，例如为13nm、15nm或18nm；中间钝化层的折射率可设置为2.10～2.12，例如为2.13、2.15或2.18，厚度为20～30nm，例如为23nm、25nm或28nm；顶层钝化层的折射率可设置为2.09～2.10，厚度为30～50nm，例如为35nm、40nm或45nm。总的来说，第四钝化层123包含第二氮化硅SiaNb材料，a/b∈[3.5，6.8]，例如为4.2、4.9、5.6或6.3第四钝化层123的总体折射率可设置为2.04～2.2，例如2.08、2.12或2.16，在垂直于后表面10b的方向上，第四钝化层123的厚度可设置为60nm～100nm，例如70nm、80nm或90nm。
此外，太阳能电池还包括第一电极114和第二电极124，第一电极114与发射极102电连接，第二电极124贯穿第四钝化层123并与掺杂导电层122电连接。在一些实施例中，第一电极114和/或第二电极124可以通过导电浆料(银浆、铝浆或者银铝浆)烧结印刷而成。
本申请实施例中，通过在第二钝化层背离基底的一侧设置包含氮氧化硅材料的第三钝化层，有利于使得太阳能电池对于短波光线能够有较好的吸收效率，同时，通过对氮氧化硅材料的原子数比值进行限制，有利于使得第三钝化层具有较高的折射率，使得外部光线以更小的入射角入射至基底内；此外，对第二钝化层中第一氮化硅材料的原子数占比进行限制，使得第二钝化层相对于第三钝化层具有较高的折射率，有利于减少光线的内反射和出射，同时，使得第二钝化层具有较弱的正电性，有利于避免第二钝化层对第一钝化层的场钝化效果以及对基底的光电效应造成影响。
本申请实施例还提供一种光伏组件，光伏组件用于将接收的光能转化为电能。参考图4，光伏组件包括电池串(未标示)、封装胶膜2以及盖板3；电池串由多个太阳能电池1连接形成，太阳能电池1可以为前述的任一太阳能电池(包括但不限于如图1的太阳能电池)，相邻太阳能电池1之间通过导电带(未图示)电连接，同时，相邻太阳能电池1之间的位置关系既可以是部分层叠，也可以是相互拼接；封装胶膜2可以为乙烯-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)胶膜等有机封装胶膜，封装胶膜2覆盖在电池串的表面以密封；盖板3可以为玻璃盖板或塑料盖板等透明或半透明盖板，盖板3覆盖在封装胶膜2背离电池串的表面。在一些实施例中，盖板3上设置有陷光结构以增加入射光的利用率，不同盖板3的陷光结构可以不同。光伏组件具有较高的电流收集能力和较低的载流子复合率，可实现较高的光电转换效率；同时，光伏组件正面呈现暗蓝色甚至黑色，可应用于更多场景中。
在一些实施例中，封装胶膜2和盖板3仅位于太阳能电池1的前表面，避免位于后表面的封装胶膜2和盖板3对较弱的光线造成进一步阻隔和削弱；同时，光伏组件还可以采用侧边全包围式封装，即采用封装胶膜2完全包覆光伏组件的侧边，以防止光伏组件在层压过程中发生层压偏移的现象，以及避免外部环境通过光伏组件的侧边影响太阳能电池的性能，例如水汽侵入。
在一些实施例中，参考图5，光伏组件还包括封边部件6，该封边部件6至少固定封装于光伏组件的侧边；进一步地，封边部件6至少固定封装于光伏组件的靠近拐角处的侧边。封边部件6可以为耐高温胶带，基于耐高温胶带的耐高温特性，太阳能电池在层压过程中以及在使用过程中不会发生分解或脱落，有利于保证对光伏组件的可靠封装。在一些实施例中，耐高温胶带不仅粘贴于光伏组件的侧面，还粘贴于光伏组件的前表面和后表面，如此，有利于抑制光伏组件在层压过程中发生层压偏移以及抑制光伏组件在应力作用下发生的应力形变。
本申请实施例还提供一种太阳能电池的制作方法。参考图6～图10以及图1，图6～图10以及图1为本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法各步骤对应的结构示意图。
参考图6，提供基区101并进行双面制绒。
具体地，对基区101进行清洗，并采用湿法化学腐蚀的方式制备金字塔绒面，金字塔绒面可以降低基区101表面对光线的反射，从而增加基区101对光线的吸收利用率，提升太阳能电池的转换效率。在一些实施例中，基区101的材料为单晶硅，基区101的厚度为60um～240um，具体可以是60um、80um、90um、100um、120um、150um、200um或240um等，基区101的电阻率范围为0.3-2ohm.cm；此外，基区101可以为N型半导体或P型半导体，以下以基区101为N型半导体作为示例进行说明。
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进行制绒，当基区101为N型单晶硅时，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，有利于制备得到金字塔状微结构。金字塔状微结构可以是四面体、近似四面体、五面体、近似五面体等结构；此外，制绒工艺还可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械法、等离子刻蚀等，金字塔状微结构使得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。通过控制金字塔状微结构的形貌，可使得太阳能电池的整体折射率小于10％。
参考图7，形成P型发射极102。
在双面制绒之后，对基区101的前表面10a进行硼扩散处理，形成P型发射极102，P型发射极102占据基区101朝阳侧的部分表层空间，P型发射极102与N型基区101构成基底10；其中，P型发射极102的扩散方阻范围在130-150Ω，表面扩散浓度在E18～E19。
需要说明的是，硼扩散处理还会同时在基区101前表面(即前表面10a)、后表面以及侧面生成不必要的硼硅玻璃，硼硅玻璃对基区101有一定的保护作用，可避免某些工艺制程对基区101表面造成损伤，换句话说，不必要的硼硅玻璃可作为基区101的掩膜层。其中，硼扩散处理所使用的硼源包括液态三溴化硼，且在进行硼扩散处理时，微晶硅相会转变为多晶硅相。
参考图8，对基区101后表面进行平坦化工艺(例如，碱抛光)。
后表面为太阳能电池背离阳光的一面，平坦化工艺可形成用于沉积后表面膜层所需的平坦表面，即后表面10b。在进行平坦化工艺的过程中，后表面的硼硅玻璃被一并去除。
在一些实施例中，在进行抛光工艺之前，还包括以下步骤：用配制好的混合酸去除基区101后表面10b的硼硅玻璃，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，酸洗时间为10s～180s，酸洗温度为7℃～20℃；将酸洗后的基后表面10b进行水洗、烘干处理。需要说明的是，在酸洗后基底10的后表面10b会出现多孔结构。
在一些实施例中，可采用碱溶液对后表面10b进行抛光处理。具体地，采用质量分数为5％～15％碱溶液清洗后表面10b，去除多孔硅；采用喷淋方式将碱溶液的微液滴滴至后表面10b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；采用抛光液对后表面10b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；对抛光后的基底10进行水洗、烘干处理。
在一些实施例中，由于后表面10b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。抛光液中的添加剂可以是由磺酸钠、马来酸酐、烷基糖苷等组成的缓冲液。在一些实施例中，基底10的抛光减重小于0.3g，通过控制抛光时间与抛光温度，可以使得后表面10b具有预设结构。
在一些实施例中，后表面10b的结构形貌与前表面10a的结构形貌不同，以通过不同层次的形貌加强对太阳光的吸收。示例性地，前表面10a可以为金字塔状结构，着重提高减反射能力；后表面10b可以为层叠的台阶形貌，以保证覆盖后表面10b的隧穿氧化层具有较高的致密度和均匀性，保证隧穿氧化层对后表面10b具有良好的钝化效果。
参考图9，形成隧穿氧化层121和掺杂导电层122。
在一些实施例中，采用沉积工艺形成隧穿氧化层121，具体来说，隧穿氧化层121的材料包括氧化硅，沉积工艺包括化学气相沉积工艺，在垂直于后表面10b的方向上，隧穿氧化层121的厚度为1～2nm，例如1.2nm、1.4nm、1.6nm或1.8nm；在其他实施例中，还可以采用原位生成工艺形成隧穿氧化层，具体来说，可以在硅基底的基础上，采用热氧化工艺以及硝酸钝化等工艺原位生成隧穿氧化层。
在一些实施例中，采用变温式工艺以及化学气相沉积法在后表面10b沉积形成隧穿氧化层121。在沉积过程中，控制升温速率为0.5℃/min～3℃/min，例如为1.0℃/min、1.5℃/min、2.0℃/min或2.5℃/min等，沉积温度为560℃～620℃，例如为570℃、590℃或610℃等，沉积时间为3min～10min，例如为4min、6min或8min等。
在一些实施例中，在形成隧穿氧化层121之后，沉积本征多晶硅以形成多晶硅层，并通过离子注入以及源扩散的方式掺杂磷离子，形成N型掺杂多晶硅层，掺杂多晶硅层作为掺杂导电层122；在垂直于后表面10b的方向上，掺杂导电层122的厚度可设置为80～160nm，例如为100nm、120nm或140nm。在其他实施例中，掺杂导电层122与基底10具有相同导电类型的掺杂元素，当基底10为N型半导体时，掺杂导电层122为N型掺杂多晶硅层、N型掺杂微晶硅层或N型掺杂非晶硅层中的至少一种。
当采用沉积工艺形成隧穿氧化层121和掺杂导电层122时，由于前表面有硼硅玻璃作为掩膜层对基区101前表面10a进行保护，因此，在进行沉积工艺时无需通过掩膜将沉积区域限定在后表面，后续可采用同一工艺同时去除前表面的硼酸玻璃以及沉积在前表面的氧化硅和多晶硅。如此，无需设置额外的掩膜，有利于减少工艺步骤，缩短工艺流程，降低工艺成本。在其他实施例中，当界面钝化层采用原位生成工艺形成时，沉积在基底前表面的硼硅玻璃表面的只有多晶硅。
在一些实施例中，隧穿氧化层121与多晶硅层的沉积以及多晶硅层的掺杂均在低压化学气相沉积设备中形成。具体步骤包括：首先，将碱抛光后的基底10置于沉积设备中，通入20L至60L的氧源(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，形成隧穿氧化层121；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122。
参考图10，在前表面10a上形成第一钝化层111、第二钝化层112以及第三钝化层113。
在一些实施例中，在形成第一钝化层之前，需要去除绕镀在基底10前表面10a的多余的硼硅玻璃、氧化硅和多晶硅；在其他实施例中，在形成第一钝化层之前，需要去除绕镀在基底前表面的多余的硼硅玻璃和多晶硅。
进一步地，在其他实施例中，在去除多余材料之后，还会在基底前表面生长薄氧化硅层。薄氧化硅层的形成工艺包括自然氧化、热氧化、湿法氧化、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积等工艺，在垂直于基底表面的方向上，薄氧化硅层的厚度为0～3nm，例如1nm、1.5nm或2nm。
在一些实施例中，可采用且不限于化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积(含直接等离子体沉积和间接等离子体沉积)和磁控溅射等工艺形成第一钝化层111、第二钝化层112以及第三钝化层113。其中，第一钝化层111包含电介质材料，第二钝化层112包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，第三钝化层113包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]。以下以原子层沉积工艺结合管式等离子体增强化学气相沉积工艺作为制备路径进行示例进行说明。
关于第一钝化层111的材料类型，根据所需实现的主要钝化效果为场钝化还是界面钝化，第一钝化层111的材料可分为界面钝化材料和场钝化材料，界面钝化材料包括氧化硅或氮氧化硅中的至少一者，场钝化材料氧化铝、氧化钛、氧化镓、氧化铪中的一种或多种。以下以第一钝化层111的材料主要为场钝化材料，具体为氧化铝AlxOy材料作为示例进行说明。
在一些实施例中，采用原子层沉积工艺形成第一钝化层111，其反应物包括三甲基铝和水，沉积温度为150℃～250℃，例如175℃、200℃或225℃，第一钝化层111在632nm波长下的折射率为1.6～1.7，例如为1.63、1.65或1.67，在垂直于前表面10a的方向上，第一钝化层111的厚度为3nm～10nm，例如5nm、7nm或9nm。
在形成第一钝化层111之后，将第一钝化层111置于保护气体气氛下进行高温退火处理，以去除残余水分子和有机官能团；其中，退火温度为450℃～550℃，例如475℃、500℃或525℃，退火时间大于10min，例如12min、14min或16min。需要说明的是，上述“保护气体”可以为不参与反应的任意气体，例如惰性气体，一些实施例也可采用氮气作为保护气体。
在一些实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成第二钝化层112，其反应物为硅烷和氨气，硅烷与氨气的流量比为1/4～1/15，例如为1/6、1/9或1/12，单位面积脉冲功率为30～40mW/cm2，例如为33mW/cm2、35mW/cm2或37mW/cm2。通过控制流量比和单位面积脉冲功率，有利于使得第二钝化层112中第一氮化硅SimNn材料的原子数占比处于预设水平，进而使得第二钝化层112具有预设折射率。示例性地，包含第一氮化硅SimNn材料的第二钝化层112在632nm波长下的整体折射率为1.9～2.2，例如2.0、2.05或2.1，同时，在垂直于前表面10a的方向上，第二钝化层112的厚度为40nm～60nm，例如45nm、50nm或55nm。
在一些实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成第三钝化层113，其反应物为硅烷、笑气和氨气，硅烷与笑气的流量比不小于1/10，例如为1/4、1/6或1/8，单位面积脉冲功率为25～40mW/cm2，例如为28mW/cm2、30mW/cm2、33mW/cm2或36mW/cm2。通过控制流量比和单位面积脉冲功率，有利于使得第三钝化层113中氮氧化硅SiOiNj材料的原子数占比处于预设水平，进而使得第三钝化层113具有预设折射率。示例性地，第三钝化层113在632nm波长下的整体折射率为1.45～1.8，例如1.5、1.6或1.7，同时，在垂直于前表面10a的方向上，第三钝化层113的厚度为20nm～50nm，例如25nm、30nm、35nm、40nm或45nm。
参考图1，在掺杂导电层122上形成第四钝化层123，以及形成第一电极114和第二电极124。
当第四钝化层123为氮化硅层时，可以依据实际需求将其设置为2～4层的渐变折射层，即在远离基底10的方向上，不同氮化硅子层的折射率逐渐变低；此外，其反应物可以为硅烷和氨气，第四钝化层123中硅原子数与氮原子数的比值可以为3.5～6.8，例如为4.2、4.9、5.7或6.3，折射率范围可以为2.04～2.2，例如为2.08、2.12或2.16，厚度范围在60～100nm，例如为70nm、80nm或90nm。
在形成第四钝化层123之后，可通过金属化处理、丝网印刷以及高温烧结等工艺形成第一电极114和第二电极124。此外，在形成电极之后，还需要进行光退火处理，即将太阳能电池片设置在400～700℃温度下加热1-6min，例如500℃或600℃，以及例如2min、3min、4min或5min，随后同时在150-400℃温度和1-6个太阳光照强度下处理1～6min，例如200℃、250℃、300℃以及350℃，以及例如2、3、4或5个太阳光照强度。
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申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
基底，所述基底具有相对的前表面和后表面；
位于所述前表面上且在远离所述前表面的方向上依次设置的第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中所述第一钝化层包含电介质材料，所述第二钝化层包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，所述第三钝化层包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]；
位于所述后表面上且在远离所述后表面的方向上依次设置的隧穿氧化层和掺杂导电层，其中，所述掺杂导电层与所述基底具有相同导电类型的掺杂元素；
所述电介质材料为氧化铝AlxOy材料，且y/x∈[1.1，1.5]；
其中，y/x、n/m和j/i为对应的原子数量比；
其中，在垂直于所述前表面的方向上，所述第一钝化层的厚度为3nm～10nm，所述第二钝化层的厚度为40nm～60nm，以及所述第三钝化层的厚度为20nm～50nm；
其中，所述第二钝化层的第二折射率大于所述第一钝化层的第一折射率以及所述第三钝化层的第三折射率。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层的折射率为1.6～1.7，所述第二钝化层的折射率为1.9～2.2，所述第三钝化层的折射率为1.45～1.8。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：第四钝化层，所述第四钝化层位于所述掺杂导电层背离所述基底的一侧，所述第四钝化层包含第二氮化硅SiaNb材料，a/b∈[3.5，6.8]。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述第四钝化层的折射率为2.04～2.2，在垂直于所述后表面的方向上，所述第四钝化层的厚度为60nm～100nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层还包括氧化硅材料，所述氧化硅材料介于所述基底和所述电介质材料之间。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基底为N型半导体基底，所述掺杂导电层为N型掺杂多晶硅层、N型掺杂微晶硅层或N型掺杂非晶硅层中的至少一种。
7.一种光伏组件，其特征在于，包括：
电池串，由多个权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池连接而成；
封装胶膜，用于覆盖所述电池串的表面；
盖板，用于覆盖所述封装胶膜背离所述电池串的表面。
8.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底具有相对的前表面和后表面；
在所述前表面上且在远离所述前表面的方向上依次设置的第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中所述第一钝化层包含电介质材料，所述第二钝化层包含第一氮化硅SimNn材料，n/m∈[0.5，1]，所述第三钝化层包括氮氧化硅SiOiNj材料，j/i∈[0.1，0.6]；
在所述后表面上且在远离所述后表面的方向上依次设置的隧穿氧化层和掺杂导电层，其中，所述掺杂导电层与所述基底具有相同导电类型的掺杂元素；
其中，所述电介质材料为氧化铝AlxOy材料，且y/x∈[1.1，1.5]，采用原子层沉积工艺形成所述第一钝化层，所述原子层沉积工艺的前驱物包括三甲基铝和水，沉积温度为150℃～250℃；
其中，y/x、n/m和j/i为对应的原子数量比；
其中，在垂直于所述前表面的方向上，所述第一钝化层的厚度为3nm～10nm，所述第二钝化层的厚度为40nm～60nm，以及所述第三钝化层的厚度为20nm～50nm；
其中，所述第二钝化层的第二折射率大于所述第一钝化层的第一折射率以及所述第三钝化层的第三折射率。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，在形成所述第一钝化层之后，还包括：对所述第一钝化层进行退火工艺，所述退火工艺的工艺温度为450℃～550℃，工艺时长大于等于10min。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，采用第一等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第二钝化层，所述第一等离子体增强化学气相沉积工艺的前驱物包括硅烷和氨气，所述硅烷与所述氨气的流量比为1/4～1/15，单位面积脉冲功率为30～40mW/cm2。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，采用第二等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第三钝化层，所述第二等离子体增强化学气相沉积工艺的前驱物包括硅烷、笑气和氨气，所述硅烷与所述笑气的流量比不小于1/10，单位面积脉冲功率为25～40mW/cm2。
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