CN115148838B - 太阳电池及生产方法、光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳电池及生产方法、光伏组件，涉及太阳能光伏技术领域。太阳电池包括硅基底、第一氧化钛层、第二氧化钛层、第一电极以及第二电极；第一氧化钛层具有电子选择性，第二氧化钛层具有空穴选择性；第一电极位于第一氧化钛层上；第二电极位于第二氧化钛层上；第一氧化钛层和第二氧化钛层分别位于硅基底的向光面和背光面；或，第一氧化钛层和第二氧化钛层分别位于硅基底的背光面的第一区域和第二区域。第一氧化钛层、第二氧化钛层的生产工艺小于或等于600℃，温度较低，减少了杂质，少数载流子的寿命长，电池结构简化，工艺简化。第一氧化钛层、第二氧化钛层可以避免硅基底和电极直接接触，复合速率大幅降低。

Description

太阳电池及生产方法、光伏组件
本申请是申请号为“202010969353.8”，申请日为“2020.09.15”，发明名称为“太阳电池及生产方法、光伏组件”的母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种太阳电池及生产方法、光伏组件。
背景技术
太阳电池，通常具备一个发射极，以及一个场结构，发射极和场结构上分别设置有两种电极。在光照射的情况下，太阳电池吸收光能产生电子空穴对，经过p-n结的分离作用，将载流子分开，然后通过正极和负极进行收集，从而输出电能。
目前，太阳电池在生产过程中通常需要对硅基底进行较高浓度的掺杂，以得到发射极和场结构，掺杂的工艺温度大于或等于800℃，一方面工艺复杂，另一方面高温过程中会引入较多杂质，且会影响少数载流子的寿命，导致太阳电池的效率较低。
发明内容
本发明提供一种太阳电池及生产方法、光伏组件，旨在解决太阳电池制备温度高，导致的工艺复杂、效率低的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种太阳电池，所述太阳电池包括：硅基底、第一氧化钛层、第二氧化钛层、第一电极以及第二电极；所述第一氧化钛层具有电子选择性，所述第二氧化钛层具有空穴选择性；所述第一电极位于所述第一氧化钛层上；所述第二电极位于所述第二氧化钛层上；
所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层分别位于所述硅基底的向光面和背光面；
或，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层分别位于所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域。
具有电子选择性的第一氧化钛层、具有空穴选择性的第二氧化钛层用于载流子分离，即上述第一氧化钛层、第二氧化钛层中的一个作为发射极，一个作为场结构，上述第一氧化钛层、第二氧化钛层即作为载流子分离结构或发电结构，硅基底上无需额外掺杂，而第一氧化钛层、第二氧化钛层的生产工艺通常小于或等于600℃，温度较低，减少了杂质，减少了由于杂质带入的额外的复合中心，少数载流子的寿命长，降低了太阳电池的复合速率，从而提高了太阳电池的效率。另外，免去了太阳电池工艺过程中的高温处理过程，从而提高了电池的性能，电池结构简化，制备工艺可以相应的大幅简化。同时，第一氧化钛层、第二氧化钛层可以避免硅基底和电极直接接触，太阳电池表面的表面复合速率大幅降低，提高了太阳电池的效率。
可选的，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层的厚度均为0.1-100nm。
可选的，所述第一电极为低功函数电极；
所述第二电极为高功函数电极。
可选的，所述第一电极为镁电极、锌电极、银电极、铝电极、钙电极、或钾电极；
所述第二电极为铱电极、镍电极、金电极、或铂电极。
可选的，所述第一氧化钛层包括氧化钛，以及掺杂在所述氧化钛中的第一掺杂原子，所述第一掺杂原子包括氧原子、硫原子、镁原子、或锌原子中的至少一种。
可选的，所述第二氧化钛层包括氧化钛，以及掺杂在所述氧化钛中的第二掺杂原子，所述第二掺杂原子包括钼原子、钨原子、铜原子、或镍原子中的至少一种。
可选的，所述第一氧化钛层上覆盖有低功函数层；所述低功函数层位于所述第一氧化钛层与所述第一电极之间；
所述第二氧化钛层上覆盖有高功函数层；所述高功函数层位于所述第二氧化钛层与所述第二电极之间。
可选的，所述低功函数层的材料选自氟化锂、镁、锌、银、铝、钙、钾中的至少一种；
所述高功函数层的材料选自铱、镍、金、铂中的至少一种。
可选的，所述第一氧化钛层的厚度为2-8nm；
所述第二氧化钛层的厚度为4-10nm。
可选的，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层的反射率均为2-3。
可选的，所述第一电极和所述第一氧化钛层之间具有第一透明导电层；
和/或，所述第二电极和所述第二氧化钛层之间具有第二透明导电层。
可选的，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层的材料均选自金属透明导电薄膜、透明导电氧化物薄膜、非氧化物透明导电薄膜、高分子透明导电薄膜、石墨烯、碳纳米管中的一种。
可选的，所述硅基底和所述第一氧化钛层之间具有第一钝化隧穿层；
和/或，所述硅基底和所述第二氧化钛层之间具有第二钝化隧穿层。
可选的，所述第一钝化隧穿层、所述第二钝化隧穿层的厚度均为0.1-5nm；
所述第一钝化隧穿层、所述第二钝化隧穿层的材料均选自本征非晶硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氢化非晶硅、碳化硅中的至少一种。
可选的，在所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层分别位于所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域的情况下，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层之间电学绝缘。
根据本发明的第二方面，提供了一种太阳电池的生产方法，包括：
提供硅基底；
在所述硅基底的向光面和背光面分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层；或，在所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层；所述第一氧化钛层具有电子选择性，所述第二氧化钛层具有空穴选择性；
在所述第一氧化钛层上设置第一电极；
在所述第二氧化钛层上设置第二电极。
可选的，制备第二氧化钛层的步骤包括：
热原子层沉积方式；
和/或，先制备具有电子选择性的氧化钛层，然后对具有电子选择性的氧化钛层进行电子转空穴处理，所述电子转空穴处理包括：在所述具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属；所述第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种。
可选的，制备第一氧化钛层的步骤包括：
旋涂方式、刮涂方式、旋涂溶胶凝胶方式、物理气相沉积方式、化学气相沉积方式、等离子体增强原子层沉积、激光脉冲沉积方式中的一种；
和/或，先制备具有空穴选择性的氧化钛层，然后对具有空穴选择性的氧化钛层进行空穴转电子处理，所述空穴转电子处理包括：在所述具有空穴选择性的氧化钛层中掺入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属；所述第二金属选自镁、锌中的至少一种。
可选的，所述方法还包括：
对所述第一氧化钛层进行电子选择性增强处理，所述电子选择性增强处理包括：在具有电子选择性的所述第一氧化钛层中掺入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属；所述第二金属选自镁、锌中的至少一种。
可选的，所述方法还包括：
对所述第二氧化钛层进行空穴选择性增强处理；所述空穴选择性增强处理包括：在具有空穴选择性的所述第二氧化钛层中掺入高功函数的第一金属；所述第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种。
可选的，所述方法还包括：
向所述第一氧化钛层中掺杂氢元素；
和/或，向所述第二氧化钛层中掺杂氢元素。
可选的，在所述具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属的步骤，包括：
在所述具有电子选择性的氧化钛层上，覆盖高功函数的第一金属，并退火，在退火过程中第一金属原子进入所述具有电子选择性的氧化钛层中；所述退火的温度小于或等于500℃；
所述退火包括激光退火，所述激光的波长为5-1000nm。
可选的，提供硅基底之后还包括：
对硅基底制绒，并清洗；
在所述硅基底的向光面和背光面分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层的步骤包括：
在所述硅基底的向光面，采用等离子体增强原子层沉积方式，制备具有电子选择性的第一氧化钛层；
在所述硅基底的背光面，采用热原子层沉积方式，制备具有空穴选择性的第二氧化钛层；
设置第一电极的步骤包括：
在具有电子选择性的第一氧化钛层上，丝网印刷第一低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干；
设置第二电极的步骤包括：
在具有空穴选择性的第二氧化钛层上，丝网印刷第二低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干。
可选的，在所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层的步骤包括：
在所述硅基底的背光面，采用旋涂方式，制备整面的具有电子选择性的第一氧化钛层；
对所述硅基底的背光面中，具有电子选择性的第一氧化钛层的局部区域注入金属钼，将具有电子选择性的第一氧化钛层的局部区域转化为具有空穴选择性的第二氧化钛层；
设置第一电极的步骤包括：
在具有电子选择性的第一氧化钛层上，电镀第一金属电极，并在小于或等于500℃的温度下退火；
设置第二电极的步骤包括：
在具有空穴选择性的第二氧化钛层上，电镀第二金属电极，并在小于或等于500℃的温度下退火。
根据本发明的第三方面，提供了一种光伏组件，包括前述任一所述的太阳电池。
上述太阳电池的生产方法、光伏组件具有与前述太阳电池相同或相似的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中的第一种太阳电池的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中的第二种太阳电池的结构示意图；
图3示出了本发明实施例中的第三种太阳电池的结构示意图；
图4示出了本发明实施例中的第四种太阳电池的结构示意图；
图5示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的结构示意图；
图6示出了本发明实施例中的第六种太阳电池的结构示意图；
图7示出了本发明实施例中的第七种太阳电池的结构示意图；
图8示出了本发明实施例中的第八种太阳电池的结构示意图；
图9示出了本发明实施例中的第九种太阳电池的结构示意图；
图10示出了本发明实施例中的第十种太阳电池的结构示意图；
图11示出了本发明实施例中的第十一种太阳电池的结构示意图；
图12示出了本发明实施例中的第十二种太阳电池的结构示意图；
图13示出了本发明实施例中的第十三种太阳电池的结构示意图；
图14示出了本发明实施例中的第十四种太阳电池的结构示意图。
附图编号说明：
1-硅基底，2-第一氧化钛层，3-第二氧化钛层，4-第一电极，5-第二电极，6-正面钝化减反层，7-第一透明导电层，8-第二透明导电层，9-第一钝化隧穿层，10-第二钝化隧穿层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的第一种太阳电池的结构示意图。参照图1所示，太阳电池包括：硅基底1、第一氧化钛层(TiOx)2、第二氧化钛层(TiOx)3、第一电极4以及第二电极5。需要说明的是化学式中的x本领域技术人员可以根据实际需要确定。第一氧化钛层2具有电子选择性，第二氧化钛层3具有空穴选择性。第一氧化钛层2利于电子收集的运输，第二氧化钛层3利于空穴收集的运输。如图1中，第一氧化钛层2具有电子选择性，第二氧化钛层3具有空穴选择性。第一氧化钛层2、第二氧化钛层3两者中一个作为发射极，一个作为场结构，第一氧化钛层2、第二氧化钛层3作为载流子分离结构或发电结构。硅基底1上无需额外掺杂，而第一氧化钛层2、第二氧化钛层3的生产工艺通常小于或等于600℃，温度较低，减少了杂质，减少了由于杂质带入的额外的复合中心，少数载流子的寿命长，降低了太阳电池的复合速率，从而提高了太阳电池的效率。另外，免去了太阳电池工艺过程中的高温处理过程，从而提高了电池的性能，电池结构简化，制备工艺可以相应的大幅简化。同时，第一氧化钛层1、第二氧化钛层2可以避免硅基底1和第一电极4或第二电极5直接接触，太阳电池表面的表面复合速率大幅降低，提高了太阳电池的效率。
可选的，第一氧化钛层2包括氧化钛，以及掺杂在氧化钛中的第一掺杂原子，该第一掺杂原子包括氧原子、硫原子、镁原子、或锌原子中的至少一种，上述第一掺杂原子使得第一氧化钛层2具有良好的电子选择性。该氧化钛中氧原子和钛原子的原子比不作具体限定。氧原子、硫原子、镁原子、锌原子分别对应的原子比也不作具体限定。
可选的，第二氧化钛层3包括氧化钛，以及掺杂在该氧化钛中的第二掺杂原子，所述第二掺杂原子包括钼原子、钨原子、铜原子、或镍原子中的至少一种，上述第二掺杂原子使得第二氧化钛层3具有良好的空穴选择性。该氧化钛中氧原子和钛原子的原子比不作具体限定。钼原子、钨原子、铜原子、镍原子分别对应的原子比也不作具体限定。
第一电极4位于第一氧化钛层2上，第二电极5位于第二氧化钛层3上，以分别实现对应载流子的收集。在第一电极4、第二电极5为金属电极的情况下，第一电极4、第二电极5的材料均可以选自：银(Ag)，金(Au)，铜(Cu)，镍(Ni)，铝(Al)，锡(Sn)中至少一种。第一电极4、第二电极5还可以包含其他的物质用以增强电极的其他性能，例如电极的可塑性等。
图1所示的双面太阳电池中，第一氧化钛层2和第二氧化钛层3分别位于硅基底1的向光面和背光面。
或，图2示出了本发明实施例中的第二种太阳电池的结构示意图。参照图2所示的背接触太阳电池中，第一氧化钛层2和第二氧化钛层3分别位于硅基底1的背光面的第一区域和第二区域。第一氧化钛层2和第二氧化钛层3可以在硅基底1的背光面间隔分布。上述第一区域和第二区域的大小不作具体限定。如，第一氧化钛层2和第二氧化钛层3两者中具有少数载流子选择性的一个，比具有多数载流子选择性的另一个大。针对背接触太阳电池而言，第一电极4和第二电极5均位于硅基底1的背光面，从很大程度上减少了遮光。图2中6为正面钝化减反层。
可选的，在第一氧化钛层2和第二氧化钛层3分别位于硅基底1的背光面的第一区域和第二区域的情况下，第一氧化钛层2和第二氧化钛层3之间电学绝缘，该电学绝缘可以为空隙、介电层或绝缘层等。进而，不易漏电，可以减少载流子复合，以提升光电转换效率。通过隔离步骤，将第一氧化钛层2和第二氧化钛层3绝缘开来。具体的隔离方法包括使用激光隔离，化学方法隔离等，也可以使用图形化的掩膜等的方式辅助进行隔离。
硅基底1可以为n型，也可以为p型，在本发明实施例中，对此不作具体限定。在受到光照的情况下，硅基底1作为光吸收层，产生电子-空穴对，由于第一氧化钛层2具有电子选择作用，电子被传输至第一氧化钛层2中，然后被与其对应的第一电极4导出。由于第二氧化钛层3具有空穴选择作用，空穴被传输至第二氧化钛层3中，然后被与其对应的第二电极5导出。电子和空穴背太阳电池分离，第一电极4和第二电极5之间产生电势差，即产生电压，将光能转换为电能。
可选的，第一氧化钛层2的厚度为h1，和第二氧化钛层3的厚度为h2，h1和h2均为0.1-100nm。h1和h2可以相等或不等，在本发明实施例中，对此不作具体限定。如，图2中，第一氧化钛层2、第二氧化钛层3的厚度相等。上述厚度范围的第一氧化钛层2、第二氧化钛层3具有良好的减反射功能。
可选的，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一氧化钛层2的厚度h1为2-8nm，在该厚度范围内的第一氧化钛层2具有更为优异的电子选择性，且电子的传输距离小。第二氧化钛层3具有空穴选择性，第二氧化钛层3的厚度为4-10nm。在该厚度范围内的第二氧化钛层3具有更为优异的空穴选择性，且空穴的传输距离小。
可选的，第一氧化钛层2、第二氧化钛层3的反射率均为2-3，第一氧化钛层2、第二氧化钛层3均可以较好的实现减反射的作用。
可选的，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一电极4为低功函数电极，两者由于能带弯曲，会提高具有电子选择性的第一氧化钛层2的电子选择性，以提升太阳电池的光电转换效率。
可选的，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一电极4为镁电极、锌电极、银电极、铝电极、钙电极、钾电极，上述电极具有相对较低的功函数，如4.18eV左右，而且具有良好的电导率，在提高具有电子选择性的第一氧化钛层2的电子选择性的同时，还能够降低电阻。需要说明的是，在使用钙电极、钾电极的情况下，需要能屏蔽空气或者水等常见的反应条件。
可选的，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一氧化钛层2上覆盖有低功函数层，低功函数层位于第一氧化钛层2与第一电极4之间，第一氧化钛层2和低功函数层两者由于能带弯曲，会提高具有电子选择性的第一氧化钛层2的电子选择性，以提升太阳电池的光电转换效率。
可选的，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一氧化钛层2上覆盖有低功函数层，低功函数层的材料选自氟化锂、镁、锌、银、铝、钙、钾中的至少一种，上述覆盖物质具有相对较低的功函数，而且具有良好的电导率，在提高具有电子选择性的第一氧化钛层2的电子选择性的同时，还能够降低电阻。
可选的，第二氧化钛层3具有空穴选择性，第二电极5为高功函数电极，两者由于能级的匹配，会提高具有空穴选择性的第二氧化钛层3的空穴选择性，可以提高太阳电池的开路电压，以提升太阳电池的光电转换效率。
可选的，第二氧化钛层3具有空穴选择性，第二电极5为铱电极、镍电极、金电极、铂电极，上述电极具有相对较高的功函数，而且具有良好的电导率，在提高具有空穴选择性的第二氧化钛层3的空穴选择性的同时，还能够降低电阻。
可选的，第二氧化钛层3具有空穴选择性，第二氧化钛层上覆盖有高功函数层，高功函数层位于第二氧化钛层3与第二电极5之间，高功函数层和第二氧化钛层3两者由于能级的匹配，会提高具有空穴选择性的第二氧化钛层3的空穴选择性，以提升太阳电池的光电转换效率。
可选的，高功函数层的材料选自铱、镍、金、铂中的至少一种，上述覆盖物质具有相对较高的功函数，而且具有良好的电导率，在提高具有空穴选择性的第二氧化钛层3的空穴选择性的同时，还能够降低电阻。
需要说明的是透明导电氧化物(TCO)中某些为低功函数，另外一些为高功函数，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一电极4也可以选用低功函数的TCO，上述第一氧化钛层2上覆盖的物质也可以选择低功函数的TCO。如，第一电极4也可以选用低功函数的铝掺杂氧化锌(AZO)、掺锡氧化铟(ITO)。第二氧化钛层3具有空穴选择性，第二电极5也可以选用高功函数的TCO，上述第二氧化钛层3上覆盖的物质也可以选择高功函数的TCO。如，第二电极5也可以选用高功函数的氧化钨(WOx)、氧化钼(MoO)、掺钨氧化铟(IWO)。需要说明的是化学式中的x本领域技术人员可以根据实际需要确定。
图3示出了本发明实施例中的第三种太阳电池的结构示意图。图4示出了本发明实施例中的第四种太阳电池的结构示意图。图5示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的结构示意图。图6示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的结构示意图。图6中具有电子选择性的第一氧化钛层2位于硅基底1的背光面。图7示出了本发明实施例中的第七种太阳电池的结构示意图。图8示出了本发明实施例中的第八种太阳电池的结构示意图。图9示出了本发明实施例中的第九种太阳电池的结构示意图。图9中具有电子选择性的第一氧化钛层2位于硅基底1的背光面，且位于硅基底1的背光面的第一电极2为整面电极。可选的，参照图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，第一电极4和第一氧化钛层2之间具有第一透明导电层7，和/或，第二电极5和第二氧化钛层3之间具有第二透明导电层8，第一透明导电层7、第二透明导电层8辅助进行载流子的传输，有利于更好的收集。由于第一氧化钛层2、第二氧化钛层3的横向导电能力略差，或者若提高导电能力，较大面积的第一电极2、第二电极4铺设于第一氧化钛层2、第二氧化钛层3之上会造成遮光，影响电池性能，所以增加第一透明导电层7、第二透明导电层8可以有效的辅助电流的传输，降低电池内部电阻造成的电能损耗。
需要说明的是，第一透明导电层7、第二透明导电层8可以只设置其中一个，或者两者都设置，其厚度、大小、材料也可以根据实际需要进行确定。
可选的，第一透明导电层7、第二透明导电层8的材料均可以选自金属透明导电薄膜、透明导电氧化物(TCO)薄膜、非氧化物透明导电薄膜、高分子透明导电薄膜、石墨烯、碳纳米管中的一种，上述材料均具有良好的透光性，且横向导电能力较强。
上述金属透明导电薄膜可以包括银(Ag)薄膜、金(Au)薄膜、铝(Al)薄膜、铜(Cu)薄膜、钯(Pd)薄膜中的至少一种。TCO薄膜可以包括SnO2，In2O3以及ZnO基的各类材料，以及其他的含氧金属化合物。SnO2基类例如：FTO(SnO:F)、SnO:Pb等。In2O3基类例如：ITO(掺锡氧化铟)、IWO(掺钨氧化铟)、IMO(掺钼氧化铟)、掺Ti氧化铟(In2O3:Ti)、掺氢氧化铟(In2O3:H，简称IOH)等。ZnO基类如：AZO(铝掺杂氧化锌)、GZO(掺镓氧化锌ZnO:Ga)。TCO薄膜还包括其他的TCO材料，如：CdO、TIO2:Nb(TNO)、Cd2SnO4(CTO)、a-Zn2SnO4(ZTO)等。TCO由于导电性高，在可见光的范围内透光率好，且横向导电能力强，因此可以提高电池的性能。显然地，此处的TCO可以是多种薄膜的复合结构。非氧化物透明导电薄膜可以包括氮化钛(TiN)薄膜、氮化铪(HfN)薄膜、硼化镧(LaB4)薄膜中的一种。高分子透明导电薄膜可以包括聚苯胺，聚吡咯-聚乙烯醇复合材料(PPY-PVA)等。
需要说明的是，同样的，第一氧化钛层2具有电子选择性，第一透明导电层7的材料同样可以从上述材料中挑选具有电子选择性的薄膜，以与第一氧化钛层2进行能级匹配。第二氧化钛层3具有空穴选择性，第二透明导电层8的材料同样可以从上述材料中挑选具有空穴选择性的薄膜，以与第二氧化钛层3进行能级匹配，以进一步提升太阳电池的效率。
图10示出了本发明实施例中的第十种太阳电池的结构示意图。图11示出了本发明实施例中的第十一种太阳电池的结构示意图。图12示出了本发明实施例中的第十二种太阳电池的结构示意图。图13示出了本发明实施例中的第十三种太阳电池的结构示意图。图14示出了本发明实施例中的第十四种太阳电池的结构示意图可选的，参照图10、图11、图12、图13、图14所示，硅基底1和第一氧化钛层2之间具有第一钝化隧穿层9，和/或，硅基底1和第二氧化钛层3之间具有第二钝化隧穿层10，第一钝化隧穿层9、第二钝化隧穿层10主要起到钝化作用，并运输载流子的作用。
需要说明的是，第一钝化隧穿层9、第二钝化隧穿层10可以只设置其中一个，或者两者都设置，其大小、厚度、材质也可以根据实际需要进行确定。如，第一氧化钛层2具有电子选择性，则第一氧化钛层2通常固定电荷密度不是特别高，可以在硅基底1和第一氧化钛层2之间设置第一钝化隧穿层9，用于减少界面的复合。再例如，第二氧化钛层3具有空穴选择性，则第二氧化钛层3通常固定电荷密度很高，硅基底1和第二氧化钛层3之间可以不用设置第二钝化隧穿层10。
可选的，第一钝化隧穿层9、第二钝化隧穿层10的厚度均为0.1-5nm，上述厚度钝化性能优，且又不至于厚度太高而影响载流子的吸收。更优的，第一钝化隧穿层9、第二钝化隧穿层10的厚度均为0.5-2nm。
可选的，第一钝化隧穿层9、第二钝化隧穿层10的材料均选自本征非晶硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氢化非晶硅、碳化硅中的至少一种。上述材料的钝化隧穿层不仅钝化隧穿效果好，而且易于制备。如，本申请中的太阳电池电池的各种结构均可以在低温下完成制备，氢化非晶硅不会发生退化，并且氢化非晶硅的钝化性能非常好。氧化硅的制备则更具有产业化推广的潜质，氧化硅可以在生长氧化钛前很容易制备而成，并且氧化硅的钝化性能也较为良好。
可选的，参照图2、图4、图5、图7、图8、图12、图13、图14，硅基底1的向光面，和/或，背光面可以设置有绒面结构，其余层适应硅基底1的向光面、背光面的绒面结构。绒面结构可以增加太阳电池的陷光，增加太阳电池的光吸收。当双面均为绒面结构时，电池的背面也可以吸收光能，提高光线利用率。
本发明还提供了一种太阳电池的生产方法，该方法可以包括如下步骤：
步骤S1，提供硅基底。
步骤S2，在所述硅基底的向光面和背光面分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层；或，在所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层；所述第一氧化钛层具有电子选择性，所述第二氧化钛层具有空穴选择性。
步骤S3，在所述第一氧化钛层上设置第一电极。
步骤S4，在所述第二氧化钛层上设置第二电极。
发明人发现，采用旋涂方式、刮涂方式、旋涂溶胶凝胶方式、物理气相沉积方式、化学气相沉积方式、等离子体增强原子层沉积(Plasma Enhanced Atomic LayerDeposition，PEALD)、激光脉冲沉积方式中的一种，制得的氧化钛通常具有电子选择性，而采用热原子层沉积方式制得的氧化钛通常具有空穴选择性。可选的，针对图1所示的太阳电池，提供硅基底之后该方法还可以包括：对硅基底制绒，并清洗。制备第一氧化钛层2的步骤可以包括：在硅基底1的向光面，采用等离子体增强原子层沉积，制备具有电子选择性的第一氧化钛层2。
图1所示的太阳电池，制备第二氧化钛层3的步骤包括：采用热原子层沉积方式，在硅基底1的背光面制备具有空穴选择性的第二氧化钛层3。
针对图1所示的太阳电池，在第一氧化钛层2上丝网印刷第一低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干，得到第一电极4。在第二氧化钛层3丝网印刷第二低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干，得到第二电极5。上述第一低温电极浆料具体为第一电极的材料，第二低温电极浆料具体为第二电极的材料，可以在丝网印刷第一低温电极浆料、第二低温电极浆料后，同时在小于或等于500℃的温度下烘干。本发明实施例不作具体限定。
上述制备工艺，第一氧化钛层2、第二氧化钛层3均在小于或等于600℃的温度下即可制得，温度较低，减少了杂质，减少了由于杂质带入的额外的复合中心，少数载流子的寿命长，降低了太阳电池的复合速率，从而提高了太阳电池的效率。另外，免去了太阳电池工艺过程中的高温处理过程，从而提高了电池的性能，电池结构简化，制备工艺可以相应的大幅简化。同时，第一氧化钛层、第二氧化钛层可以避免硅基底和电极直接接触，太阳电池表面的表面复合速率大幅降低，提高了太阳电池的效率。
发明人发现，采用旋涂方式、刮涂方式、旋涂溶胶凝胶方式、物理气相沉积方式、化学气相沉积方式、等离子体增强原子层沉积、激光脉冲沉积方式中的一种，制得的氧化钛通常具有电子选择性。对具有电子选择性的氧化钛，进行电子转空穴处理后，通常具有电子选择性的氧化钛会转换为具有空穴选择性的氧化钛。上述电子转空穴处理包括：在具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属，以将具有电子选择性的氧化钛层，转换为具有空穴选择性的氧化钛层；上述第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种。上述第一金属还可以为上述金属的氧化物，对此不作具体限定。如，可以向具有电子选择性的氧化钛层中注入高功函数的第一金属，以将具有电子选择性的氧化钛层，转换为具有空穴选择性的氧化钛层。或者，可以在具有电子选择性的氧化钛层上涂覆或沉积高功函数的第一金属，然后在小于或等于500℃的温度小退火，在退火过程中第一金属原子进入具有电子选择性的氧化钛层中，以将具有电子选择性的氧化钛层，转换为具有空穴选择性的氧化钛层。涂覆可以为覆盖，可以包括印刷或悬涂等，本发明实施例对此不作具体限定。
可选的，针对图2所示的太阳电池，制备第一氧化钛层2的步骤可以包括：采用旋涂方式，在硅基底1的背光面制备整面的具有电子选择性的第一氧化钛层2。图2所示的太阳电池，制备第二氧化钛层3的步骤包括：对硅基底1的背光面中，具有电子选择性的第一氧化钛层2的局部区域进行注入金属钼，将具有电子选择性的第一氧化钛层2的局部区域转化为具有空穴选择性的第二氧化钛层3，而第一氧化钛层2中未进行注入钼的区域仍然具有电子选择性，进而得到图2所示的具有电子选择性的第一氧化钛层2、具有空穴选择性的第二氧化钛层3。图2中，设置第一电极的步骤可以包括：在具有电子选择性的第一氧化钛层上，电镀第一金属电极，并在小于或等于500℃的温度下退火。第一金属电极的材料选自上述第一电极的金属材料。设置第二电极的步骤包括：在具有空穴选择性的第二氧化钛层上，电镀第二金属电极，并在小于或等于500℃的温度下退火。第二金属电极的材料选自上述第二电极的金属材料。可以在电镀第一金属电极、第二金属电极后，同时在小于或等于500℃的温度下退火。本发明实施例不作具体限定。
发明人发现，对具有空穴选择性的氧化钛，进行空穴转电子处理后通常具有空穴选择性的氧化钛会转换为具有电子选择性的氧化钛。上述空穴转电子处理包括：在具有空穴选择性的氧化钛层中掺入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属，以将具有空穴选择性的氧化钛层，转换为具有电子选择性的氧化钛层；所述第二金属选自镁、锌中的至少一种。上述第二金属还可以为上述金属的氧化物，对此不作具体限定。无论是双面太阳电池还是背接触太阳电池，制备第一氧化钛层2的步骤均可以包括：旋涂方式、刮涂方式、旋涂溶胶凝胶方式、物理气相沉积方式、化学气相沉积方式、等离子体增强原子层沉积、激光脉冲沉积方式中的一种。和/或，先制备具有空穴选择性的氧化钛层，然后对具有空穴选择性的氧化钛层进行空穴转电子处理，以将空穴选择性转换为电子选择性。如，可以向具有空穴选择性的氧化钛层中注入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属，以将具有空穴选择性的氧化钛层，转换为具有电子选择性的氧化钛层。或者，可以在具有空穴选择性的氧化钛层上涂覆或沉积低功函数的第二金属和/或低功函数的第二金属氧化物，然后在小于或等于500℃的温度小退火，在退火过程中第二金属原子进入具有空穴选择性的氧化钛层中，以将具有空穴选择性的氧化钛层，转换为具有电子选择性的氧化钛层。
如，图2所示的太阳电池，可以在硅基底1的整个背光面先制备具有空穴选择性的氧化钛层，如采用热原子层沉积方式。然后，对整层的具有空穴选择性的氧化钛层的局部区域进行上述空穴转电子处理，将具有空穴选择性的氧化钛层的局部区域转换为具有电子选择性的第一氧化钛层2，而整层的具有空穴选择性的氧化钛层中未进行上述空穴转电子处理的部分则为具有空穴选择性的第二氧化钛层3。
发明人综合上述发现，制备第二氧化钛层的步骤包括：
热原子层沉积方式；
和/或，先制备具有电子选择性的氧化钛层，然后对具有电子选择性的氧化钛层进行电子转空穴处理，所述电子转空穴处理包括：在所述具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属，以将所述具有电子选择性的氧化钛层，转换为具有空穴选择性的氧化钛层；所述第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种。上述第一金属还可以为上述金属的氧化物，对此不作具体限定。
发明人发现，在氧化钛层具有电子选择性的情况下，对氧化钛进行电子选择性增强处理能够增强电子选择性。电子选择性增强处理包括：在具有电子选择性的所述第一氧化钛层中掺入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属；第二金属选自镁、锌中的至少一种。上述第二金属还可以为上述金属的氧化物，对此不作具体限定。因此，在制得第一氧化钛层之后，该方法还可以包括：对上述第一氧化钛层进行电子选择性增强处理，以增强第一氧化钛层的电子选择性，进一步提升光电转换效率。
发明人发现，在氧化钛层具有空穴选择性的情况下，对氧化钛进行空穴选择性增强处理能够增强空穴选择性。空穴选择性增强处理包括：在具有空穴选择性的所述第二氧化钛层中掺入高功函数的第一金属；第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种。上述第一金属还可以为上述金属的氧化物，对此不作具体限定。因此，在制得第二氧化钛层的情况下，该方法还可以包括：对上述第二氧化钛层进行空穴选择性增强处理，以增强第二氧化钛层的空穴选择性，进一步提升光电转换效率。
可选的，上述电子转空穴处理、空穴转电子处理、电子选择性增强处理或空穴选择性增强处理中，若只是将对应物质设置在对应氧化钛层的表面，则，该方法还需要包括退火的步骤，在退火的过程中，设置在对应氧化钛层表面的物质进入对应氧化钛层中。退火的温度通常小于或等于500℃，进而可以在较低的温度下完成。退火可以包括：光照退火、加热退火等。光照退火中可以包括激光退火，激光的波长可以选择为5-1000nm，在一些实施例中具体的激光波长为270-540nm。如使用加热退火，加热退火温度＜500℃，优选100-350℃。本发明实施例中，可以根据具体的需要调整退火温度和激光波长等。
如，在具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属的步骤，包括：在具有电子选择性的氧化钛层上，覆盖高功函数的第一金属，并退火，在退火过程中，位于电子选择性的氧化钛层上的高功函数的第一金属原子，进入具有电子选择性的氧化钛层中，以将具有电子选择性的氧化钛层，转换为具有空穴选择性的氧化钛层。此处退火的温度小于或等于500℃，退火可以为激光退火，激光的波长为5-1000nm。
发明人发现，不论是具有电子选择性的氧化钛，还是具有空穴选择性的氧化钛，向氧化钛中掺杂氢元素，均可以提升氧化钛的钝化性能，提高氧化钛的横向导电性能，并减少缺陷复合中心。则，该方法还可以包括如下步骤：
向第一氧化钛层2中掺杂氢元素；和/或，向第二氧化钛层3中掺杂氢元素，以提升第一氧化钛层2、第二氧化钛层3的钝化性能、横向导电性能，减少缺陷复合中心。
该太阳电池的生产方法还可以包括隔离步骤，在太阳电池边缘进行隔离处理，可以使得具有空穴选择性的第二氧化钛层和具有电子选择性的第一氧化钛层在空间上隔开，使得不易产生空间上的漏电现象。另外如太阳电池上的设置有透明导电层的情况下，也可以通过隔离步骤，将空穴选择层和电子传输层上的透明导电层绝缘开来。具体的隔离方法包括，使用激光隔离，化学方法隔离等，也可以使用图形化的掩膜等的方式辅助进行隔离。
需要说明的是，上述太阳电池和太阳电池的生产方法对应的部分两者可以参照，且具有相同或相似的有益效果。
本发明实施例还提供一种光伏组件，包括前述任一所述的太阳电池，太阳电池的两侧可以设置有封装胶膜、盖板、背板等。具有与前述的太阳电池具有相同或相似的有益效果。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (24)

1.一种太阳电池，其特征在于，包括：硅基底、第一氧化钛层、第二氧化钛层、第一电极以及第二电极；所述第一氧化钛层具有电子选择性，所述第二氧化钛层具有空穴选择性；所述第一电极位于所述第一氧化钛层上；所述第二电极位于所述第二氧化钛层上；
所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层分别位于所述硅基底的向光面和背光面；
或，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层分别位于所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域；
所述第二氧化钛层包括氧化钛，以及掺杂在所述氧化钛中的第二掺杂原子，所述第二掺杂原子包括钼原子、钨原子、铜原子、或镍原子中的至少一种；
其中，所述硅基底的向光面，和/或，背光面设置有绒面结构。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层的厚度均为0.1-100nm。
3.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第一电极为低功函数电极；
所述第二电极为高功函数电极。
4.根据权利要求3所述的太阳电池，其特征在于，所述第一电极为镁电极、锌电极、银电极、铝电极、钙电极、或钾电极；
所述第二电极为铱电极、镍电极、金电极、或铂电极。
5.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第一氧化钛层包括氧化钛，以及掺杂在所述氧化钛中的第一掺杂原子，所述第一掺杂原子包括氧原子、硫原子、镁原子、或锌原子中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述第一氧化钛层上覆盖有低功函数层；所述低功函数层位于所述第一氧化钛层与所述第一电极之间；
所述第二氧化钛层上覆盖有高功函数层；所述高功函数层位于所述第二氧化钛层与所述第二电极之间。
7.根据权利要求6所述的太阳电池，其特征在于，所述低功函数层的材料选自氟化锂、镁、锌、银、铝、钙、钾中的至少一种；
所述高功函数层的材料选自铱、镍、金、铂中的至少一种。
8.根据权利要求1-5中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述第一氧化钛层的厚度为2-8nm；
所述第二氧化钛层的厚度为4-10nm。
9.根据权利要求1-5中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层的反射率均为2-3。
10.根据权利要求1-5中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述第一电极和所述第一氧化钛层之间具有第一透明导电层；
和/或，所述第二电极和所述第二氧化钛层之间具有第二透明导电层。
11.根据权利要求10所述的太阳电池，其特征在于，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层的材料均选自金属透明导电薄膜、透明导电氧化物薄膜、非氧化物透明导电薄膜、高分子透明导电薄膜、石墨烯、碳纳米管中的一种。
12.根据权利要求1-5中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述硅基底和所述第一氧化钛层之间具有第一钝化隧穿层；
和/或，所述硅基底和所述第二氧化钛层之间具有第二钝化隧穿层。
13.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述第一钝化隧穿层、所述第二钝化隧穿层的厚度均为0.1-5nm；
所述第一钝化隧穿层、所述第二钝化隧穿层的材料均选自本征非晶硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氢化非晶硅、碳化硅中的至少一种。
14.根据权利要求1-5中任一所述的太阳电池，其特征在于，在所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层分别位于所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域的情况下，所述第一氧化钛层和所述第二氧化钛层之间电学绝缘。
15.一种太阳电池的生产方法，其特征在于，包括：
提供硅基底；
在所述硅基底的向光面和背光面分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层；或，在所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层；所述第一氧化钛层具有电子选择性，所述第二氧化钛层具有空穴选择性；
在所述第一氧化钛层上设置第一电极；
在所述第二氧化钛层上设置第二电极；
所述方法还包括：
对所述第二氧化钛层进行空穴选择性增强处理；所述空穴选择性增强处理包括：在具有空穴选择性的所述第二氧化钛层中掺入高功函数的第一金属；所述第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种；
其中，所述硅基底的向光面，和/或，背光面设置有绒面结构。
16.根据权利要求15所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，制备第二氧化钛层的步骤包括：
热原子层沉积方式。
17.根据权利要求15所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，制备第二氧化钛层的步骤包括：
先制备具有电子选择性的氧化钛层，然后对具有电子选择性的氧化钛层进行电子转空穴处理，所述电子转空穴处理包括：在所述具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属；所述第一金属选自钼、钨、铜、镍中的至少一种。
18.根据权利要求15所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，制备第一氧化钛层的步骤包括：
旋涂方式、刮涂方式、旋涂溶胶凝胶方式、物理气相沉积方式、化学气相沉积方式、等离子体增强原子层沉积、激光脉冲沉积方式中的一种；
和/或，先制备具有空穴选择性的氧化钛层，然后对具有空穴选择性的氧化钛层进行空穴转电子处理，所述空穴转电子处理包括：在所述具有空穴选择性的氧化钛层中掺入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属；所述第二金属选自镁、锌中的至少一种。
19.根据权利要求15所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述第一氧化钛层进行电子选择性增强处理，所述电子选择性增强处理包括：在具有电子选择性的所述第一氧化钛层中掺入氧元素、硫元素、低功函数的第二金属；所述第二金属选自镁、锌中的至少一种。
20.根据权利要求15-19中任一所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，所述方法还包括：
向所述第一氧化钛层中掺杂氢元素；
和/或，向所述第二氧化钛层中掺杂氢元素。
21.根据权利要求17所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，在所述具有电子选择性的氧化钛层中掺入高功函数的第一金属的步骤，包括：
在所述具有电子选择性的氧化钛层上，覆盖高功函数的第一金属，并退火，在退火过程中第一金属原子进入所述具有电子选择性的氧化钛层中；所述退火的温度小于或等于500℃；
所述退火包括激光退火，所述激光的波长为5-1000nm。
22.根据权利要求15所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，提供硅基底之后还包括：
对硅基底制绒，并清洗；
在所述硅基底的向光面和背光面分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层的步骤包括：
在所述硅基底的向光面，采用等离子体增强原子层沉积方式，制备具有电子选择性的第一氧化钛层；
在所述硅基底的背光面，采用热原子层沉积方式，制备具有空穴选择性的第二氧化钛层；
设置第一电极的步骤包括：
在具有电子选择性的第一氧化钛层上，丝网印刷第一低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干；
设置第二电极的步骤包括：
在具有空穴选择性的第二氧化钛层上，丝网印刷第二低温电极浆料，并在小于或等于500℃的温度下烘干。
23.根据权利要求15所述的太阳电池的生产方法，其特征在于，在所述硅基底的背光面的第一区域和第二区域分别制备第一氧化钛层和第二氧化钛层的步骤包括：
在所述硅基底的背光面，采用旋涂方式，制备整面的具有电子选择性的第一氧化钛层；
对所述硅基底的背光面中，具有电子选择性的第一氧化钛层的局部区域注入金属钼，将具有电子选择性的第一氧化钛层的局部区域转化为具有空穴选择性的第二氧化钛层；
设置第一电极的步骤包括：
在具有电子选择性的第一氧化钛层上，电镀第一金属电极，并在小于或等于500℃的温度下退火；
设置第二电极的步骤包括：
在具有空穴选择性的第二氧化钛层上，电镀第二金属电极，并在小于或等于500℃的温度下退火。
24.一种光伏组件，其特征在于，包括权利要求1-14中任一所述的太阳电池。
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