CN115411130A - 太阳能电池及光伏组件 - Google Patents

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CN115411130A CN202211042658.XA CN202211042658A CN115411130A CN 115411130 A CN115411130 A CN 115411130A CN 202211042658 A CN202211042658 A CN 202211042658A CN 115411130 A CN115411130 A CN 115411130A
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徐孟雷
郑霈霆
杨洁
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Abstract

本申请实施例涉及光伏领域，特别涉及一种太阳能电池及光伏组件，包括基底、依次设置在基底上表面的发射极、正面钝化膜以及穿透正面钝化膜与发射极形成接触的正面电极；其中，基底包括第一掺杂元素，第一掺杂元素经退火激活后得到激活的第一掺杂元素；激活的第一掺杂元素在基底上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；且激活的第一掺杂元素在基底上表面的激活概率为20％～40％；激活概率为激活的第一掺杂元素的掺杂浓度与总注入的第一掺杂元素的浓度的比值。本申请实施例通过提高激活的第一掺杂元素在基底表层中的掺杂浓度以及掺杂概率，减小死层的影响，提高太阳能电池的转换效率。

Description

太阳能电池及光伏组件
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光伏组件。
背景技术
光伏组件常规的化石燃料日益消耗殆尽，在所有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳电池中，晶体硅太阳电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时晶体硅太阳电池相比其他类型的太阳能电池有着优异的电学性能和机械性能，因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。
太阳能电池具有较好的光电转换能力，太阳能电池在制备过程中需要在硅片表面进行扩散工艺以制备P-N结，从而产生内建电场并分离光生载流子。因此掺杂工艺是太阳能电池制备中重要的一环，会影响P-N结质量以及电池光电转换效率。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种太阳能电池及光伏组件，提高太阳能电池的转换效率。
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、依次设置在基底上表面的发射极、正面钝化膜以及穿透正面钝化膜与发射极形成接触的正面电极；其中，基底包括第一掺杂元素，第一掺杂元素经退火激活后得到激活的第一掺杂元素；激活的第一掺杂元素在基底中的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；且激活的第一掺杂元素在基底中的激活概率为20％～40％；激活概率为激活的第一掺杂元素的掺杂浓度与总注入的第一掺杂元素的浓度的比值；依次设置在基底背表面的隧穿层、场钝化层、背面钝化膜以及穿透背面钝化膜与场钝化层形成接触的背面电极；其中，基底、隧穿层和场钝化层均包括相同的第二掺杂元素，且第二掺杂元素在隧穿层中的掺杂浓度小于第二掺杂元素在场钝化层中的掺杂浓度，第二掺杂元素在隧穿层中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在基底中的掺杂浓度。
另外，激活的第一掺杂元素在基底中的掺杂浓度随掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势。
另外，总注入的第一掺杂元素的浓度在基底中随掺杂深度的增加的变化趋势与激活的第一掺杂元素在基底中的掺杂浓度随掺杂深度的变化趋势相同。
另外，在基底上表面指向基底背表面的方向上，基底包括第一区、第二区和第三区；其中，第二区位于第一区和第三区之间；第一区相对于第二区靠近基底的上表面，第三区相对于第二区靠近基底的背表面；第一掺杂元素在第二区的掺杂浓度以及第一掺杂元素在第三区的掺杂浓度均小于第一掺杂元素在第一区的掺杂浓度。
另外，第一区的界面深度为基底厚度的1.8％～2.4％；第一区的界面深度为第一区远离基底上表面的一侧与基底上表面之间的垂直距离。
另外，第一区的界面深度为350nm～450nm。
另外，第二区的界面深度为基底厚度的5.3％～6.3％，第二区的界面深度为1000nm～1200nm；第三区的界面深度为基底厚度的6.3％～8.4％，第三区的界面深度为1200nm～1600nm。
另外，激活的第一掺杂元素的激活概率随着掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势；第一掺杂元素在第二区的激活概率为60％～90％；第一掺杂元素在第三区的激活概率为5％～90％。
另外，场钝化层包括第一掺杂区和第二掺杂区，第二掺杂区相对于第一掺杂区靠近隧穿层；其中，第一掺杂区的掺杂曲线斜率大于第二掺杂区的掺杂曲线斜率；掺杂曲线斜率为激活的第二掺杂元素的掺杂浓度随掺杂深度变化的曲线的斜率。
另外，第二掺杂元素经退火激活后得到激活的第二掺杂元素；在隧穿层朝向基底的方向上，隧穿层中的掺杂曲线斜率逐渐减小。
另外，激活的第二掺杂元素在场钝化层中的掺杂浓度为1×1020atom/cm3～5×1020atom/cm3；第二掺杂元素在场钝化层中的激活率为50％～70％；激活率为激活的第二掺杂元素的掺杂浓度与总注入的第二掺杂元素的浓度的比值。
另外，第一掺杂区的掺杂曲线斜率为5×1018～1×1019；第二掺杂区的掺杂曲线斜率为-5×1018～5×1018。
另外，隧穿层的掺杂曲线斜率为-2.5×1019～-2.5×1018；基底的掺杂曲线斜率为-2.5×1019～0。
本申请实施例还提供了一种光伏组件，包括：电池串、封装层和盖板，电池串由上述太阳能电池连接而成；封装层用于覆盖电池串的表面；盖板用于覆盖封装层远离电池串的表面。
与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：
本申请实施例提供一种太阳能电池及光伏组件，包括基底、依次设置在基底上表面的发射极、正面钝化膜以及穿透正面钝化膜与发射极形成接触的正面电极；其中，基底中掺杂有第一掺杂元素，第一掺杂元素经退火激活后得到激活的第一掺杂元素；激活的第一掺杂元素在基底上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；且激活的第一掺杂元素在基底上表面的激活概率为20％～40％。本申请实施例通过提高激活的第一掺杂元素在基底上表面的掺杂浓度以及激活概率，以优化基底表层及浅结区域的第一掺杂元素的掺杂分布情况，减小死层的影响，改善太阳能电池的整体性能，从而提升太阳能电池的转换效率。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的太阳能电池中第一掺杂元素的掺杂浓度随掺杂深度变化的曲线图；
图3为本申请一实施例提供的太阳能电池中第一掺杂元素的激活概率随掺杂深度变化的分布图；
图4为本申请一实施例提供的太阳能电池中第二掺杂元素的掺杂浓度随掺杂深度变化的曲线图；
图5为本申请一实施例提供的太阳能电池中第二掺杂元素的掺杂曲线斜率随掺杂深度变化的分布图；
图6为本申请一实施例提供的一种光伏组件的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知：在太阳能电池制备过程中，掺杂工艺会影响P-N结质量以及电池光电转换效率。
目前太阳能电池受到业内广泛关注并且产量规划也在逐步增大，为了提高电池光电转换效率，人们致力研究电池制备流程中硼扩散掺杂工艺，但是当前硼扩散掺杂工艺主要是通过方阻测试来进行表征，无法得知硼元素在太阳能电池结构中的分布情况以及硼扩散掺杂中硼元素的激活概率随掺杂深度的分布关系；比如，无法得知硼元素在死层中的硼元素掺杂分布情况，导致无法对死层的扩散工艺进行针对性调整，从而提高太阳能电池的转换效率。
为了优化硼元素在太阳能电池中的掺杂分布，提高硼元素在底层中的掺杂浓度和激活概率，本申请实施例提供一种太阳能电池，通过提高第一掺杂元素在基底上表面的掺杂浓度以及激活概率，以优化基底表层及浅结区域的第一掺杂元素的掺杂分布情况，减小死层的影响，改善太阳能电池的整体性能，从而提升太阳能电池的转换效率。
下面结合附图对本申请实施例进行详细说明。
参见图1，本申请实施例提供一种太阳能电池，包括：基底10、依次设置在基底10上表面的发射极111、正面钝化膜112以及穿透正面钝化膜112与发射极111形成接触的正面电极114；其中，基底10包括第一掺杂元素，第一掺杂元素经退火激活后得到激活的第一掺杂元素；激活的第一掺杂元素在基底10上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；且激活的第一掺杂元素在基底10上表面的激活概率为20％～40％；激活概率为激活的第一掺杂元素的掺杂浓度与总注入的第一掺杂元素的浓度的比值。
在一些实施例中，激活的第一掺杂元素在基底10中的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3指的是激活的第一掺杂元素在基底10上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；激活的第一掺杂元素在基底10中的激活概率为20％～40％指的是激活的第一掺杂元素在基底10上表面的激活概率为20％～40％。
基底10用于接收入射光线并产生光生载流子。在一些实施例中，基底10的上表面与背表面相对设置，基底10的上表面和背表面均可用于接收入射光线或反射光线。
在一些实施例中，基底10可以为硅基底，硅基底的材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。基底10可以为N型半导体基底，即基底10内掺杂有N型掺杂离子。N型掺杂离子可以为磷离子、砷离子或者锑离子中的任意一者。
在太阳能电池的制备工艺中，首先在基底10的上表面形成薄膜层，在薄膜层中掺杂P型掺杂源后，采用掺杂工艺将预设区域薄膜层中的P型掺杂源扩散至基底10内，以在预设区域的基底10内部形成发射极111，以在基底10内形成PN结结构。其中，薄膜层中含有P型掺杂源，且薄膜层中包括：硼元素、氧元素、硅元素、氯元素、氮元素以及碳元素中的至少一种。
在一些实施例中，第一掺杂元素为硼元素，具体的，可在薄膜层的预设区域掺杂硼元素，使得预设区域的硼元素扩散至基底10的上表面中，使得硼元素在基底10内部扩散分布，且可以通过退火处理以激活硼元素，从而得到激活的硼元素。
具体的，在形成薄膜层之前，对基底10进行预处理，其中，预处理包括：对基底10进行清洗以及对基底10的上表面进行制绒，以在基底10的上表面形成金字塔状的纹理结构；一方面可以增加基底10上表面的粗糙度，使得基底10上表面对入射光线的反射率较小，从而增加对入射光线的吸收利用率。另一方面，相较于基底10的上表面为平坦表面而言，金字塔状的纹理结构的存在，使得基底10上表面的表面积增大，从而使得在基底10上表面上形成的薄膜层的面积较大，因此，薄膜层中可以存储更多的P型掺杂源，有利于形成浓度较高的发射极111。
参见图1，正面钝化膜112形成在场钝化层122远离基底10背表面的一侧。在一些实施例中，正面钝化膜112的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅或者碳氮氧化硅中的一种或多种。具体地，在一些实施例中，正面钝化膜112可以为单层结构。在另一些实施例中，正面钝化膜112也可以为多层结构。在一些实施例中，可以采用等离子体增强化学的气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)方法形成正面钝化膜112。
另外，还可以在正面钝化膜112远离基底10上表面的一侧设置正面减反膜，正面减反膜减小入射在基底10上表面上的光的反射率，从而增加到达通过基底10和发射极111形成的隧道结的光的量，从而增大太阳能电池的短路电流(Isc)。因此，正面钝化膜112和正面减反膜能够增大太阳能电池的开路电压和短路电流，从而提高太阳能电池的转换效率。
在一些实施例中，正面减反膜可由能够防止表面反射的各种材料形成。例如，正面减反膜的材料可以是氮化硅、含氢的氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、MgF2、ZnS、TiO2或CeO2中的一种或多种。具体地，在一些实施例中，正面减反膜可以为单层结构。在另一些实施例中，正面减反膜也可以为多层结构。在一些实施例中，可以采用PECVD方法形成正面减反膜。
在一些实施例中，正面电极114穿透正面钝化膜112与发射极111形成电连接。具体的，正面电极114经由形成在正面钝化膜112的开口(即，正面电极114在穿透正面钝化膜112的同时)电连接到发射极111。
在一些实施例中，形成正面电极114的方法可以包括：在预设区域的薄膜层表面印刷导电浆料，导电浆料中的导电材料可以为银、铝、铜、锡、金、铅或者镍中的至少一者；对导电浆料进行烧结处理，例如可以采用750℃～850℃峰值温度进行烧结处理，形成正面电极114。
在第一掺杂元素为硼元素的情况下，激活的硼元素在基底10上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3。本申请实施例通过提高激活的硼元素在基底上表面的掺杂浓度，以提高硼元素在基底上表面及浅结区域的激活概率，减小死层的影响，改善太阳能电池的整体性能，从而提升太阳能电池的转换效率。
在一些实施例中，激活的第一掺杂元素在基底10上表面的掺杂浓度例如可以为5×1018atom/cm3、9×1018atom/cm3、1×1019atom/cm3、1.2×1019atom/cm3或1.5×1019atom/cm3。
具体的，参见图2，对于图1所述的太阳能电池，在第一掺杂元素为硼元素的情况下，可通过电化学电容-电压法(Electrochemical Capacitance Voltage，ECV)和二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)测得激活的硼元素浓度和总注入硼元素浓度随掺杂深度的分布变化曲线，如图2所示，第一掺杂元素为硼元素；硼元素在基底10上表面的总注入掺杂元素的浓度为1.5×1019atom/cm3～1×1020atom/cm3。也就是说，第一掺杂元素在基底10上表面的总注入掺杂元素的浓度例如可以为1.5×1019atom/cm3、3×1019atom/cm3、6×1019atom/cm3、8×1019atom/cm3、1×1020atom/cm3。
优选的，激活的第一掺杂元素在基底10上表面的掺杂浓度为1×1019atom/cm3；第一掺杂元素在基底10上表面的总注入掺杂元素的浓度为3×1019atom/cm3～5×1019atom/cm3。
在一些实施例中，激活的第一掺杂元素在基底中的掺杂浓度随掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势。
从图2中可以看出，表层的激活硼浓度约为1×1019atom/cm3，并在掺杂深度为300nm时激活的硼元素的掺杂浓度达到峰值。激活的硼元素在基底10中的掺杂浓度随掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势。
在一些实施例中，总注入的第一掺杂元素的浓度在基底中随掺杂深度的增加的变化趋势与所述激活的第一掺杂元素在基底中的掺杂浓度随掺杂深度的变化趋势相同。
请继续参看图2，基底10上表面的总注入硼元素浓度约为3×1019atom/cm3，并随掺杂深度的增加，总注入硼浓度呈现先提高后下降的趋势，在约300nm深度处达到峰值浓度，即硼元素在掺杂深度约为300nm时掺杂浓度最高约为5×1019atom/cm3。从图2中可以看出，激活的硼元素浓度呈现与总注入硼元素浓度相同的变化趋势。这是由于在基底10表层时，由于总注入硼元素的浓度高，随着硼元素在基底10的扩散过程中，激活的硼元素的掺杂浓度也逐渐升高。然而，当掺杂深度达300nm附近时，由于死层问题集中该区域(掺杂深度为300nm～400nm的区域)，影响硼元素在该区域的掺杂扩散，导致激活的硼元素的掺杂浓度开始逐渐降低。
作为一种示例，图3示出了硼扩散掺杂工艺中硼元素的激活概率随掺杂深度的梯度分布曲线。本申请实施例通过测得硼元素在不同的掺杂深度下的激活概率数据，并对激活概率数据进行数据拟合，得到拟合曲线。通过拟合曲线可以得知：第一区的掺杂元素的激活概率在20％～40％之间，在拟合曲线中表现为第一区的掺杂元素的激活概率约为33％。第一区的掺杂元素的激活概率低于第二区的掺杂元素的激活概率，主要是由于总注入硼元素的浓度在基底10表层时为较高的浓度，随着掺杂深度的增加，硼元素在基底10中逐渐扩散，激活的硼元素的掺杂浓度缓慢增大，直至掺杂深度为300nm时激活的硼元素的掺杂浓度达到最大。在掺杂深度大于300nm且小于400nm时，激活的硼元素的掺杂浓度开始逐渐降低，表明死层问题主要集中在掺杂深度在300nm至400nm的区域，可通过改进扩散工艺进行以提高硼元素的该区域的激活概率。在掺杂深度超过400nm时，硼元素的激活概率逐渐提高，在掺杂深度约1100nm处达到最大激活概率，这是由于随着掺杂深度的增加，总注入的硼元素的浓度减小，导致硼元素的激活概率增大。当掺杂深度进一步增加时，硼元素的激活概率又急剧降低，这主要是由于对基底10进行推结使硼原子扩散至基底10内部时，推结进行在掺杂深度约1100nm处达到极限，且在该掺杂深度处激活硼元素的能量不足以激活该区域的硼原子，因此硼元素的激活概率又降低，从图3中可以看出，硼元素的激活概率在掺杂深度约为1400nm处达到最低，约为5％。
在一些实施例中，在基底10上表面指向基底10背表面的方向上，基底10包括第一区、第二区和第三区；其中，第二区位于第一区和第三区之间；第一区相对于第二区靠近基底10的上表面，第三区相对于第二区靠近基底10的背表面；第一掺杂元素在第二区的掺杂浓度以及第一掺杂元素在第三区的掺杂浓度均小于第一掺杂元素在第一区的掺杂浓度。
如图2所示，激活的硼元素在第一区的表层的掺杂浓度为1×1019atom/cm3，第一区的界面深度大约位于400nm附近位置；随着掺杂深度的增加，激活的硼元素在第一区的掺杂浓度先缓慢增大，增大至最高点(掺杂浓度约为1.5×1019atom/cm3)，然后再缓慢降低(掺杂浓度约为1.1×1019atom/cm3)；激活的硼元素在第二区的掺杂浓度持续降低，直至1×1018atom/cm3附近；激活的硼元素在第三区的掺杂浓度继续降低，达到最低值，约在1×1017atom/cm3附近。
在一些实施例中，第一区的界面深度为基底10厚度的1.8％～2.4％；第一区的界面深度为第一区远离基底10上表面的一侧与基底10上表面之间的垂直距离。
如图3所示，硼元素在基底10中的扩散顺序为：硼元素首先扩散至第一区，然后扩散至第二区，最后扩散至第三区。第一区的界面深度为第一区远离基底10上表面的一侧与基底10上表面之间的垂直距离，也就是说，第一区的界面深度为第一区的底面与基底10的上表面之间的垂直距离，其中，第一区的底面也可以理解为第一区与第二区的顶面的交界面。
在一些实施例中，基底10的厚度为130μm～250μm。第一区主要位于基底10(晶硅)表层及浅结区域(小于400nm)，在第一区内，硼元素的激活概率较低，约为33％左右，表明死层问题主要集中在第一区，后续可通过扩散工艺调整第一区的激活概率以对太阳能电池的硼扩散工艺进行针对性调整，从而达到提高电池光电转换效率的目的。
在一些实施例中，第一区的界面深度为350nm～450nm。
在一些实施例中，第一区的界面深度可以为350nm、370nm、400nm、430nm或450nm。从图2和图3中可以看出，第一区的界面深度的位置大约位于400nm附近。
在一些实施例中，第二区的界面深度为基底10厚度的5.3％～6.3％，第二区的界面深度为1000nm～1200nm；第三区的界面深度为基底10厚度的6.3％～8.4％，第三区的界面深度为1200nm～1600nm。
可以理解的是，第二区的界面深度为第二区远离第一区的底面的一侧与第一区的底面之间的垂直距离，也就是说，第二区的界面深度为第二区的底面与第一区的底面之间的垂直距离，其中，第一区的底面也可以理解为第一区与第二区的顶面的交界面，第二区的底面也可以理解为第二区与第三区的顶面的交界面。
同样的，第三区的界面深度为第三区远离第二区的底面的一侧与第二区的底面之间的垂直距离，也就是说，第三区的界面深度为第三区的底面与第二区的底面之间的垂直距离，其中，第三区的底面可以理解为第三区远离基底10上表面的一侧表面或第三区靠近基底10背表面的一侧表面。
在一些实施例中，第二区的界面深度可以为1000nm、1050nm、1100nm、1105nm或1200nm；第三区的界面深度可以为1200nm、1300nm、1400nm、1500nm或1600nm。
作为一种示例，图3的拟合曲线中可以看出，第二区的界面深度的位置大约位于1100nm附近，第三区的界面深度的位置大约位于1400nm附近。
在一些实施例中，激活的第一掺杂元素的激活概率随着掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势；第一掺杂元素在第二区的激活概率为60％～90％；第一掺杂元素在第三区的激活概率为5％～90％。
从图3中可以看出，硼元素在第二区的激活概率为60％～90％；在掺杂深度超过400nm时，硼元素的激活概率逐渐提高，在掺杂深度约1100nm处，激活概率达到最大，约为90％，这是由于随着掺杂深度的增加，总注入的硼元素的浓度减小，导致硼元素的激活概率增大。硼元素在第三区的激活概率为5％～90％，当掺杂深度进一步增加时，硼元素的激活概率从90％又急剧降低，并在掺杂深度约为1400nm处达到最低，激活概率约为5％。
本申请实施例提供一种太阳能电池及光伏组件，包括基底10、依次设置在基底10上表面的发射极111、正面钝化膜112以及穿透正面钝化膜112与发射极111形成接触的正面电极114；其中，基底10中掺杂有第一掺杂元素，第一掺杂元素经退火激活后得到激活的第一掺杂元素；激活的第一掺杂元素在基底10上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；且激活的第一掺杂元素在基底10上表面的激活概率为20％～40％。本申请实施例通过提高激活的第一掺杂元素在基底10上表面的掺杂浓度以及激活概率，以优化基底10表层及浅结区域的第一掺杂元素的掺杂分布情况，减小死层的影响，改善太阳能电池的整体性能，从而提升太阳能电池的转换效率。
同样的，在基底10背表面磷扩散掺杂工艺在TOPCon电池中也是非常重要的一环，因TOPCon技术最显著的特征是其高质量的超薄氧化硅和重掺杂多晶硅(poly-Si)的叠层结构，因此磷扩散掺杂是其中重要的一环，TOPCon背面优异的钝化接触需要通过磷扩散掺杂形成场效应来实现。目前针对掺杂磷元素的研究主要集中在Poly-Si中磷元素的分布情况，对于Poly-Si-SiOx-Si中磷元素的浓度变化和分布研究还不完善，无法从本质上优化场效应和钝化接触，从而实现太阳能电池的进一步提效。
为了提高太阳能电池的转换效率，上述太阳能电池还包括：依次设置在基底10背表面的隧穿层121、场钝化层122、背面钝化膜123以及穿透背面钝化膜123与场钝化层122形成接触的背面电极124；其中，基底10、隧穿层121和场钝化层122均包括相同的第二掺杂元素，且第二掺杂元素在隧穿层121中的掺杂浓度小于第二掺杂元素在场钝化层122中的掺杂浓度，第二掺杂元素在隧穿层121中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在基底10中的掺杂浓度；场钝化层122包括第一掺杂区和第二掺杂区，第二掺杂区相对于第一掺杂区靠近隧穿层121；其中，第一掺杂区的掺杂曲线斜率大于第二掺杂区的掺杂曲线斜率；掺杂曲线斜率为激活的第二掺杂元素的掺杂浓度随掺杂深度变化的曲线的斜率；第二掺杂元素经退火激活后得到激活的第二掺杂元素；在隧穿层121朝向基底10的方向上，隧穿层121中的掺杂曲线斜率逐渐减小。
基底10可以为N型半导体基底，即基底10内掺杂有N型掺杂离子。N型掺杂离子可以为磷元素、砷元素或者锑元素中的任意一者。
具体的，在第二掺杂元素为磷元素的情况下，可以通过掺杂工艺(例如，热扩散、离子注入等)对基底10的背表面进行磷扩散，使得隧穿层121、场钝化层122和基底10中均掺杂有磷元素，且通过退火处理以激活磷元素，从而得到激活的磷元素。
隧穿层121用于实现基底10的背表面的界面钝化，并通过隧穿效应方便载流子的迁移；在一些实施例中，可以采用沉积工艺形成隧穿层121，例如可以采用化学气相沉积工艺。在另一些实施例中，也可以采用原位生成工艺形成隧穿层121。具体地，隧穿层121可包括提供钝化和隧穿效应的电介质材料，例如，氧化物、氮化物、半导体、导电聚合物等。例如，隧穿层121的材料可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、本征非晶硅、本征多晶硅等。在一些实例中，隧穿层121实际效果上可以不是完美的隧道势垒，因为它可以例如含有诸如针孔的缺陷，这可以导致其它电荷载流子传输机制(例如漂移、扩散)相对于隧穿效应占主导。
场钝化层122用于形成场钝化，在一些实施例中，场钝化层122的材料可以为掺杂硅，具体地，在一些实施例中，场钝化层122与基底10具有相同导电类型的掺杂元素，掺杂硅可以包括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。优选地，场钝化层122的材料为掺磷多晶硅层。在一些实施例中，可以采用沉积工艺形成场钝化层122。具体地，可以在隧穿层121远离基底10的背表面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第二掺杂元素，形成N型掺杂多晶硅层，以N型掺杂多晶硅层作为场钝化层122。在一些实施例中，可以在隧穿层121远离基底10的背表面先形成N型掺杂非晶硅，再经过高温处理之后形成N型掺杂多晶硅层。
参见图1，背面钝化膜123形成在场钝化层122远离基底10背表面的一侧。在一些实施例中，背面钝化膜123的材料与正面钝化膜112的材料相同。具体地，在一些实施例中，背面钝化膜123可以为单层结构。在另一些实施例中，背面钝化膜123也可以为多层结构。在一些实施例中，可以采用PECVD方法形成背面钝化膜123。
背面钝化膜123使存在于基底10背表面的场钝化层122中的缺陷钝化，去除少数载流子的复合部位，从而增加太阳能电池的开路电压。另外，还可以在背面钝化膜123远离基底10的背表面的一侧设置背面减反膜，背面减反膜减小入射在基底10的背表面上的光的反射率，从而增加到达通过基底10和随穿层121形成的隧道结的光的量，从而增大太阳能电池的短路电流(Isc)。因此，背面钝化膜123和背面减反膜能够增大太阳能电池的开路电压和短路电流，从而提高太阳能电池的转换效率。
在一些实施例中，背面减反膜的材料与正面减反膜的材料相同。具体地，在一些实施例中，背面减反膜可以为单层结构。在另一些实施例中，背面减反膜也可以为多层结构。在一些实施例中，可以采用PECVD方法形成背面减反膜。
在一些实施例中，背面电极124穿透背面钝化膜123与场钝化层122形成电连接。具体的，背面电极124经由形成在背面钝化膜123的开口(即背面电极124在穿透背面钝化膜123的同时)电连接到场钝化层122。具体的，形成背面电极124的方法可以与形成正面电极114的方法相同，且背面电极124的材料也可以与正面电极114的材料相同。
作为一个示例，通过ECV法和SIMS法测试磷扩散掺杂工艺中激活的磷原子浓度和总注入的磷原子浓度随掺杂深度的分布曲线，如图4所示，总注入磷元素浓度在场钝化层122、隧穿层121、基底10中掺杂浓度逐渐降低。在场钝化层122(Poly-Si薄膜)中，激活的磷元素浓度约为3×1020atom/cm3，总注入磷元素浓度约为5×1020atom/cm3，磷元素的激活率为50％-70％，实现了较高概率的磷元素激活。
如图4所示，在SIMS测试得到的总注入磷元素浓度谱中存在一个明显的掺杂浓度峰，这主要是由于在场钝化层122至隧穿层121(Poly-Si-SiOx薄膜)的界面两侧，磷元素所处的化学环境有所改变，影响了磷元素的离子化率，特别是在隧穿层121的SiOx薄层中存在丰富的氧元素，在SIMS正离子测试模式下会增大磷元素的信号强度，导致测试得到的掺杂浓度偏高。而当测试深度到达基底10所在的单晶硅层时，信号强度会逐渐稳定并变平稳。
作为一种示例，结合ECV和SIMS测试可以发现，Poly-Si-SiOx和SiOx-Si的界面深度位置分别处于约94nm和101nm。如图4所示，在场钝化层122的表层至隧穿层121(界面深度0nm～94nm)的位置处，总注入磷元素浓度约为5×1020atom/cm3，且变化趋势平稳；在界面深度约94nm的位置处，总注入磷元素浓度开始发生波动，在界面深度大致在94nm～101nm的区间内存在一个掺杂浓度峰；而在界面深度大于101nm后，总注入磷元素浓度逐渐减小并于界面深度约为310nm处达到稳定，在界面深度为310nm～500nm之间，总注入磷元素浓度位于5×1018atom/cm3～5×1019atom/cm3之间。而激活的磷元素浓度在场钝化层122的表层至隧穿层121(界面深度0nm～94nm)的位置处，激活的磷元素浓度约为3×1020atom/cm3，且变化趋势平稳；在界面深度约94nm的位置处，激活的磷元素浓度大幅度降低；而在界面深度大于101nm后，激活的磷元素浓度变化趋势为缓慢降低，并在界面深度为160nm的位置附近达到最低值。
需要说明的是，掺杂曲线为磷掺杂浓度(单位atom/cm3)与掺杂深度(单位nm)的关系。掺杂曲线斜率为经退火激活的磷元素的掺杂浓度随掺杂深度变化的曲线的斜率。
图5示出了磷元素掺杂曲线斜率随掺杂深度的梯度分布，可以更清晰地分析磷元素的掺杂浓度在TOPCon结构中的变化情况。如图5所示，第一掺杂区与第二掺杂区的分界线为虚线D线，隧穿层121(SiOx薄膜)与第二掺杂区的分界线为虚线E线，隧穿层121与基底10的分界线为虚线C线。在场钝化层122(Poly-Si薄膜)的第一掺杂区中，磷元素掺杂曲线斜率大幅降低，在第二掺杂区中，磷元素掺杂曲线斜率的下降幅度变缓，随后稳定在0附近，表明磷掺杂浓度在场钝化层122的第一掺杂区中(也可以称为Poly-Si表层)处变化幅度较大，随后在场钝化层122的第一掺杂区中磷掺杂浓度的变化趋于稳定；在隧穿层121(SiOx薄膜)中，磷元素掺杂曲线斜率为负值，并大幅减小，表明磷掺杂浓度逐渐降低并且降低幅度逐渐变大。
在一些实施例中，在基底10背表面朝向基底10内部的过程中，基底10的掺杂曲线斜率逐渐增大并趋于稳定。如图5所示，在基底10中，随着界面深度的增大，磷元素在基底10中的掺杂曲线斜率逐渐增大并趋于稳定，表明磷元素在基底10中的掺杂浓度降低幅度变慢并逐渐趋于稳定。
在一些实施例中，基底10的掺杂曲线斜率的小于或等于第二掺杂区的掺杂曲线斜率的平均值。继续参看图5，基底10的掺杂曲线斜率逐渐增大并趋于一个稳定值，该稳定值大致等于第二掺杂区的掺杂曲线斜率的平均值。
在一些实施例中，激活的第二掺杂元素在场钝化层122中的掺杂浓度为1×1020atom/cm3～5×1020atom/cm3；第二掺杂元素在场钝化层122中的激活率为50％～70％；激活率为激活的第二掺杂元素的掺杂浓度与总注入的第二掺杂元素的浓度的比值。
如图5所示，在第二掺杂元素为磷元素的情况下，激活的磷元素在场钝化层122中的掺杂浓度可以为1×1020atom/cm3、2×1020atom/cm3、3×1020atom/cm3、4×1020atom/cm3或5×1020atom/cm3；优选的，激活的磷元素在场钝化层122中的掺杂浓度可以为3×1020atom/cm3，总注入的磷元素浓度约为5×1020atom/cm3，第二掺杂元素在场钝化层122中的激活率为50％～70％，实现了较高概率的磷元素激活。
在一些实施例中，第一掺杂区的掺杂曲线斜率为5×1018～1×1019；第二掺杂区的掺杂曲线斜率为-5×1018～5×1018。
如图5所示，在场钝化层122的表层至界面深度约为10mn的位置处为第一掺杂区，第一掺杂区的掺杂曲线斜率大幅降低；在第二掺杂区内，掺杂曲线斜率先平缓降低(界面深度约为10nm～20mn)，掺杂曲线斜率在界面深度约为20nm的位置处区域平稳，并一直处于平稳状态且持续至Poly-Si-SiOx薄膜的界面位置处(界面深度约为94mn)。
在一些实施例中，隧穿层121的掺杂曲线斜率为-2.5×1019～-2.5×1018；基底10的掺杂曲线斜率为-2.5×1019～0。
请继续参看图5，在隧穿层121至基底10的界面深度范围内，也就是图5中SiOx薄膜至晶硅层的界面深度范围内，掺杂曲线斜率开始大幅度降低(如图5中A处所示)，从2.5×1018大幅度降低至-2.5×1019。这主要是因为磷元素从Poly-Si薄膜中进入SiOx薄膜中，磷元素所处的化学环境有所改变，影响了磷元素的离子化率，导致磷元素的掺杂浓度大幅度降低。在基底10(Si)的背表面至基底10的上表面的界面深度区间内，掺杂曲线斜率从-2.5×1019开始大幅度升高(如图5中B处所示)，直至2.5×1018，然后磷掺杂曲线斜率趋于稳定。从图5中可以看出，在SiOx-Si的界面位置的左、右两侧的掺杂曲线斜率曲线关于图5中虚线C线大致对称，且在基底10中稳定后的磷掺杂曲线斜率大致等于第二掺杂区的掺杂曲线斜率的平均值，从图5中可以看出，第二掺杂区的磷掺杂曲线斜率的中心线与基底10中稳定后的磷掺杂曲线斜率的中心线大致齐平。
在一些实施例中，在垂直于基底10的表面的方向上，场钝化层122的厚度为60nm～130nm，隧穿层121的厚度为0.5nm～3nm。
参见图6，本申请实施例还提供了一种光伏组件，包括：电池串101、封装层102和盖板103，电池串由上述实施例提供的太阳能电池连接而成；封装层102用于覆盖电池串101的表面；盖板103用于覆盖封装层102远离电池串101的表面。
在一些实施例中，太阳能电池可以以整片或者多个分片的形式电连接形成多个电池串101，多个电池串101以串联和/或并联的方式进行电连接。
具体地，在一些实施例中，多个电池串101之间可以通过导电带104电连接。封装层102覆盖太阳能电池的正面以及背面。具体地，封装层102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。在一些实施例中，盖板103可以为玻璃盖板、塑料盖板等具有透光功能的盖板103。具体地，盖板103朝向封装层102的表面可以为凹凸表面，从而增加入射光线的利用率。
本申请实施例提供一种太阳能电池及光伏组件，通过在基底10的上表面掺杂第一掺杂元素以及在基底10的背表面掺杂第二掺杂元素，且激活的第一掺杂元素在基底10的上表面的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3，激活概率为20％～40％。本申请实施例通过提高激活的第一掺杂元素在基底上表面的掺杂浓度以及激活概率，以优化基底表层及浅结区域的第一掺杂元素的掺杂分布情况，减小死层的影响，改善太阳能电池的整体性能，从而提升太阳能电池的转换效率。另外，本申请实施例通过提高第二掺杂元素在基底10背表面的掺杂浓度，使第一掺杂元素在场钝化层中的掺杂浓度高于在隧穿层、基底中的掺杂浓度，且第一掺杂元素在场钝化层表层中实现了较高的激活率，有利于提升太阳能电池的钝化效果，提高太阳能电池的转换效率。
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 (14)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
基底(10)；
依次设置在所述基底(10)上表面的发射极(111)、正面钝化膜(112)以及穿透所述正面钝化膜(112)与所述发射极(111)形成接触的正面电极(114)；
其中，所述基底(10)包括第一掺杂元素，所述第一掺杂元素经退火激活后得到激活的第一掺杂元素，所述激活的第一掺杂元素在所述基底(10)中的掺杂浓度为5×1018atom/cm3～1.5×1019atom/cm3；且所述激活的第一掺杂元素在所述基底(10)中的激活概率为20％～40％，所述激活概率为所述激活的第一掺杂元素的掺杂浓度与总注入的所述第一掺杂元素的浓度的比值；
依次设置在所述基底(10)背表面的隧穿层(121)、场钝化层(122)、背面钝化膜(123)以及穿透所述背面钝化膜(123)与所述场钝化层(122)形成接触的背面电极(124)；
其中，所述基底(10)、所述隧穿层(121)和所述场钝化层(122)均包括相同的第二掺杂元素，且所述第二掺杂元素在所述隧穿层(121)中的掺杂浓度小于所述第二掺杂元素在所述场钝化层(122)中的掺杂浓度，所述第二掺杂元素在所述隧穿层(121)中的掺杂浓度大于所述第二掺杂元素在所述基底(10)中的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述激活的第一掺杂元素在所述基底(10)中的掺杂浓度随掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述总注入的第一掺杂元素的浓度在所述基底(10)中随掺杂深度的增加的变化趋势与所述激活的第一掺杂元素在所述基底(10)中的掺杂浓度随掺杂深度的变化趋势相同。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，在所述基底(10)上表面指向所述基底(10)背表面的方向上，所述基底(10)包括第一区、第二区和第三区；其中，所述第二区位于所述第一区和所述第三区之间；所述第一区相对于所述第二区靠近所述基底(10)的上表面，所述第三区相对于所述第二区靠近所述基底(10)的背表面；
所述第一掺杂元素在所述第二区的掺杂浓度以及所述第一掺杂元素在所述第三区的掺杂浓度均小于所述第一掺杂元素在所述第一区的掺杂浓度。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一区的界面深度为所述基底(10)厚度的1.8％～2.4％；
所述第一区的界面深度为所述第一区远离所述基底(10)上表面的一侧与所述基底(10)上表面之间的垂直距离。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一区的界面深度为350nm～450nm。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二区的界面深度为所述基底(10)厚度的5.3％～6.3％，所述第二区的界面深度为1000nm～1200nm；
所述第三区的界面深度为所述基底(10)厚度的6.3％～8.4％，所述第三区的界面深度为1200nm～1600nm。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述激活的第一掺杂元素的激活概率随着掺杂深度的增加呈先升高再降低的变化趋势；
所述第一掺杂元素在所述第二区的激活概率为60％～90％；
所述第一掺杂元素在所述第三区的激活概率为5％～90％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述场钝化层(122)包括第一掺杂区和第二掺杂区，所述第二掺杂区相对于所述第一掺杂区靠近所述隧穿层(121)；其中，所述第一掺杂区的掺杂曲线斜率大于所述第二掺杂区的掺杂曲线斜率；所述掺杂曲线斜率为激活的第二掺杂元素的掺杂浓度随掺杂深度变化的曲线的斜率；所述第二掺杂元素经退火激活后得到激活的第二掺杂元素。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，在所述隧穿层(121)朝向所述基底(10)的方向上，所述隧穿层(121)中的掺杂曲线斜率逐渐减小。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述激活的第二掺杂元素在所述场钝化层(122)中的掺杂浓度为1×1020atom/cm3～5×1020atom/cm3；
所述第二掺杂元素在所述场钝化层(122)中的激活率为50％～70％；所述激活率为所述激活的第二掺杂元素的掺杂浓度与总注入的所述第二掺杂元素的浓度的比值。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂区的掺杂曲线斜率为5×1018～1×1019；所述第二掺杂区的掺杂曲线斜率为-5×1018～5×1018。
13.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层(121)的掺杂曲线斜率为-2.5×1019～-2.5×1018；所述基底(10)的掺杂曲线斜率为-2.5×1019～0。
14.一种光伏组件，其特征在于，包括：
电池串(101)，所述电池串(101)由多个如权利要求1至13中任一项所述的太阳能电池连接而成；
封装层(102)，所述封装层(102)用于覆盖所述电池串(101)的表面；
盖板(103)，所述盖板(103)用于覆盖所述封装层(102)远离所述电池串(101)的表面。
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