CN115706173A - 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，包括：基底，基底具有相对的正面和背面；位于基底的所述背面且在远离基底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，第一钝化层包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且第一钝化层的厚度为4nm～20nm；第二钝化层包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且第二钝化层的厚度为50nm～100nm；第三钝化层包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，且第三钝化层的厚度为2nm～30nm。本申请实施例有利于提高太阳能电池的双面光电转化率。

Description

太阳能电池及其制备方法、光伏组件

技术领域

本申请实施例涉及太阳能电池领域，特别涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件。

背景技术

光伏发电是指通过半导体的光生伏特效应将太阳能转换为电能，例如PERC(Passivated Emitterand Rear Cell，钝化发射极背面接触电池)电池是常见的一种太阳能电池。PERC电池采用了背面钝化这一技术，背面钝化可以抑制载流子在太阳能电池背面的复合，从而提高太阳能电池的开路电压。

然而，现有的PERC电池背面钝化技术中，对入射光线的利用率较低，这使得PERC电池的开路电压、短路电流以及填充因子较低，导致电池的背面效率不高，不利于提高PERC电池的双面光电转化率，使得太阳能电池的发电效率较低。

发明内容

本申请实施例提供一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，至少有利于提高太阳能电池的双面光电转化率。

本申请实施例提供一种太阳能电池，包括：位于基底的背面且在远离基底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，第一钝化层包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且第一钝化层的厚度为4nm～20nm；第二钝化层包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且第二钝化层的厚度为50nm～100nm；第三钝化层包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，且第三钝化层的厚度为2nm～30nm。

另外，第三钝化层的折射率小于第二钝化层的折射率。

另外，第三钝化层的折射率为1.3～1.8，第二钝化层的折射率为2.1～2.5。

另外，第三钝化层包括在远离基底方向上层叠设置的第一氧化硅层和第二氧化硅层，第一氧化硅层中，1＜r/s≤10；第二氧化硅层中，2≤r/s≤11，且第一氧化硅层的折射率大于第二氧化硅层的折射率。

另外，第一氧化硅层的折射率为1.4～1.8，第二氧化硅层的折射率为1.3～1.7。

另外，第一氧化硅层的厚度小于第二氧化硅层的厚度。

另外，第一氧化硅层的厚度为2nm～10nm，第二氧化硅层的厚度为7nm～20nm。

另外，第二钝化层包括在远离基底方向上层叠设置的第一氮化硅层、第二氮化硅层以及第三氮化硅层，且第一氮化硅层、第二氮化硅层以及第三氮化硅层的折射率依次减小。

另外，第一氮化硅层的折射率为2.1～2.5，第二氮化硅层的折射率为2～2.3，第三氮化硅层的折射率为1.9～2.1。

另外，第一钝化层的折射率为1.4～1.6。

另外，第四钝化层，第四钝化层位于第三钝化层远离基底的表面，第四钝化层包括Si_iO_jN_k材料，其中，i≤j，且k≥0。

相应地，本申请实施例还提供一种光伏组件，包括上述任一项所述的太阳能电池。

相应地，本申请实施例还提供一种太阳能电池的制备方法包括：提供基底，基底具有相对的正面和背面；在基底的背面且在远离基底的方向上依次形成第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中，第一钝化层包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且第一钝化层的厚度为4nm～20nm；第二钝化层包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且第二钝化层的厚度为50nm～100nm；第三钝化层包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，且第三钝化层的厚度为2nm～30nm。

另外，形成第三钝化层的方法包括：向反应腔室内通入硅烷以及笑气并进行电离，射频功率为2000W～3000W，反应腔室的压强为0.2mbar～0.3mbar，硅烷和笑气的流量比为1:3～1:6。

另外，形成所述第三钝化层的工艺步骤包括：在基底的背面形成第一氧化硅层，形成第一氧化硅层的工艺参数包括：采用的射频功率为第一射频功率，反应腔室的压强为第一压强；在第一氧化层上形成第二氧化硅层，形成第二氧化硅层的工艺参数包括：采用的射频功率为第二射频功率，反应腔室的压强第二压强，且第一射频功率大于第二射频功率，第一压强大于第二压强。

另外，形成第二钝化层的方法包括：向反应腔室内通入硅烷以及氨气并进行电离，射频功率为3000W～4000W，反应腔室的压强为0.2mbar～0.3mbar，硅烷以及氨气的流量比为1:1～1:4。

本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

本申请实施例提供的太阳能电池的技术方案中，太阳能电池包括：位于基底的背面且在远离基底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，第一钝化层包括Al_xO_y材料，其中0.8≤y/x≤7.5，第一钝化层的厚度为4nm～20nm，由于Al_xO_y材料具有较强的钝化效果，可以较好地抑制基底背面的载流子复合，因此设置具有Al_xO_y材料的第一钝化层与基底接触；第二钝化层包括Si_uN_v材料，其中1≤u/v≤11，且第二钝化层的厚度为50nm～100nm，由于Si_uN_v材料的固定正电荷密度较高，具有良好的氢钝化效果，且Si_uN_v材料具有较高的折射率，对入射光线的吸收能力较强，弥补Al_xO_y材料可能由于折射率较低而对入射光线利用率较低的不足，从而进一步提高对基底的钝化效果；第三钝化层包括Si_rO_s材料，其中1＜r/s≤11，第三钝化层的厚度为2nm～30nm，第三钝化层中的Si_rO_s材料具有较好的钝化效果，可以进一步抑制基底背面的载流子复合，同时，Si_rO_s材料还具有较好的抗PID效果，可以防止太阳能电池产生PID现象，从而保持太阳能电池较好的光电转化能力。并且，还设计了Al_xO_y材料、Si_uN_v以及Si_rO_s材料中各个原子数量的比值，使得三层钝化层叠层的钝化效果较好。此外，基于入射光线的波长的长短以及不同钝化层的折射率大小，设计了每一层钝化层的厚度大小，使得每一层钝化层的厚度相匹配，从而整体钝化效果达到较佳的状态，进而提高太阳能电池的双面光电转化率。

另外，第三钝化层的折射率小于第二钝化层的折射率，使得入射光线以接近垂直的角度入射，提高对入射光线的利用率，从而增加基底背面的载流子浓度，进一步提高太阳能电池的双面光电转化率。

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，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请一实施例提供的太阳能电池的一种结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的太阳能电池的另一种结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的太阳能电池的又一种结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的太阳能电池的再一种结构示意图；

图5至图8为本申请一实施例提供的太阳能电池的制备方法中各步骤对应的结构示意图；

图9为根据本申请给出的对比例中太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术的太阳能电池存在双面光电转化率不高的问题。

分析发现，导致太阳能电池双面光电转化率不高的原因之一在于，太阳能电池背面对入射光线的吸收能力较弱，导致太阳能电池背面的载流子浓度较低，又因为太阳能电池背面钝化效果较差，使得太阳能电池背面的载流子复合较多，使得太阳能电池背面的发电效率较低，导致双面光电转化率不高。

本申请实施例提供一种太阳能电池，包括位于基底的背面且在远离基底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，第一钝化层包括Al_xO_y材料，其中0.8≤y/x≤7.5，第一钝化层的厚度为4nm～20nm，由于Al_xO_y材料具有较强的钝化效果，可以较好地抑制基底背面的载流子复合，因此设置具有Al_xO_y材料的第一钝化层与基底接触；第二钝化层包括Si_uN_v材料，其中1≤u/v≤11，且第二钝化层的厚度为50nm～100nm，由于Si_uN_v材料的固定正电荷密度较高，具有良好的氢钝化效果，且Si_uN_v材料具有较高的折射率，对入射光线的吸收能力较强，弥补Al_xO_y材料可能由于折射率较低而对入射光线利用率较低的不足，从而进一步提高对基底的钝化效果；第三钝化层包括Si_rO_s材料，其中1＜r/s≤11，且第三钝化层的厚度为2nm～30nm。第三钝化层中的Si_rO_s材料具有较好的钝化效果，可以进一步抑制基底背面的载流子复合。并且，还设计了Al_xO_y材料、Si_uN_v以及Si_rO_s材料中各个原子数量的比值，使得三层钝化层叠层的钝化效果较好。此外，基于入射光线的波长的长短以及不同钝化层的折射率大小，设计了每一层钝化层的厚度大小，使得每一层钝化层的厚度相匹配，从而使太阳能电池对入射光线的利用率增加，提高基底背面的载流子浓度，进而提高太阳能电池的双面光电转化率。

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。

图1为本申请一实施例提供的太阳能电池的结构示意图。

参考图1，太阳能电池包括：基底100，基底100具有相对的正面和背面；位于基底100的背面且在远离基底100的方向上依次设置的第一钝化层110、第二钝化层120以及第三钝化层130，第一钝化层110包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且第一钝化层110的厚度为4nm～20nm；第二钝化层120包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且第二钝化层120的厚度为50nm～100nm；第三钝化层130包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，且第三钝化层130的厚度为2nm～30nm。

基底100用于接收入射光线并产生光生载流子，对于双面电池而言，基底100的正面和背面均用于接收入射光线。在一些实施例中，入射光线可以为太阳光线。可选地，图1所述的太阳能电池可以为双面电池。

在一些实施例中，基底100可以为硅基底，硅基底的材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅以及微晶硅；在另一些实施例中，基底100的材料还可以为碳单质、有机材料以及多元化合物，多元化合物包括砷化镓、碲化镉、铜铟硒等。

在一些实施例中，太阳能电池为PERC电池，基底100可以为P型衬底，即基底100内掺杂有P型离子，P型离子可以为硼、镓或者铟中的任意一者。

基底100的正面具有发射极，发射极可以为N型掺杂层，掺杂有N型离子，发射极160与基底100形成PN结，N型离子可以为磷、砷或者锑中的任意一者。在一些实施例中，发射极的表面还具有正面钝化层，正面钝化层的材料可以是氧化硅、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，正面钝化层可以为单层结构。在另一些实施例中，正面钝化层也可以是多层结构。

Si_rO_s材料作为第三钝化层130位于三层钝化叠层的最外层，具有较好的钝化效果。第三钝化层130的Si_rO_s材料中，1＜r/s≤11，r代表Si原子的数量，s代表O原子的数量。通过对Si_rO_s材料中的Si原子和O原子数量的比值进行调节，可以调整Si_rO_s材料的厚度以及折射率，使第三钝化层130的厚度与入射光线的波长以及折射率相匹配。值得注意的是，当每一层钝化层的厚度以及折射率与入射光线波长之间满足等式：入射光线波长＝4×厚度×入射率时，可以达到较好的钝化效果。因此，调节Si原子和O原子数量的比值范围为1＜r/s≤11，从而调控第三钝化层130的厚度和入射光线波长以及第三钝化层130的折射率匹配，可以使第三钝化层130的钝化效果良好。此外，还使得第三钝化层130与第一钝化层110以及第二钝化层120的厚度相匹配，使得整体钝化层叠层具有较好的透光能力，从而具有优异的钝化效果，可以抑制太阳能电池基底100背面的载流子复合，以提高开路电压和短路电流，从而增大填充因子，提高太阳能电池的双面光电转化率。在一些实施例中，可以设定入射光线的波长为可见光波长，比如550nm。

Si_rO_s材料还具有较好的抗PID效果。由于光伏组件的封装材料难以达到百分之百的绝缘，在潮湿环境下水汽可能会通过作为封边用途的封装材料或背板进入太阳能电池内部。此时，封装材料中的玻璃会产生钠离子，钠离子在外加电场的作用下向太阳能电池表面移动产生PID现象，导致太阳能电池的光电转换效率降低。而Si_rO_s材料具有良好的致密性以及绝缘性，因此第三钝化层130对防止水汽进入基底100背面具有较好的效果，从而具有较好的抗PID效果。这样，即使光伏组件的封装材料难以达到完全绝缘，水汽通过作为封边用途的封装材料进入太阳能电池所处的环境中，第三钝化层也能够防止封装材料中的玻璃中的钠离子向基底背面移动，从而防止产生PID现象，保持太阳能电池的双面光电转化率较高。

需要说明的是，双面光电转化率指的是太阳能电池背面的光电转换效率与太阳能电池正面的光电转换效率的比值。

在一些实施例中，第三钝化层130的折射率小于第二钝化层120的折射率，如此，可以使入射光线更多的进入基底100，从而使得太阳能电池对入射光线的利用率较高。

具体地，可以通过对Si_rO_s材料中的Si原子和O原子数量的比值进行调节，使得第三钝化层130的折射率小于第二钝化层120的折射率。如此，第三钝化层130为光疏介质，第二钝化层120为光密介质，入射光线由光疏介质进入光密介质时，由于光密介质的折射率较大，因此，位于光密介质中的入射光线与法线之间的夹角较小，因而入射光线能够以接近垂直入射的角度进入基底100，从而提高对入射光线的利用率，使得入射光线产生的光生载流子浓度增加，从而提升太阳能电池的背面功率。可以理解的是，此处所指的垂直入射的角度指的是，垂直于基底100正面的角度。

在一些实施例中，第三钝化层130的折射率可以为1.3～1.8。在这个折射率范围内，一方面使得Si_rO_s材料的折射率小于Si_uN_v材料的折射率，从而实现第三钝化层130的折射率小于第二钝化层120的折射率，因此对入射光线的吸收利用率较高。另一方面，也可以避免Si_rO_s材料折射率过小的问题，使得第三钝化层130在这个折射率范围内，对入射光线的减反射效果较强，进一步提升对入射光线的利用率。

具体地，在一些实施例中，Si原子和O原子数量的比值可以为1＜r/s≤3，第三钝化层130的折射率可以为1.3～1.4，第三钝化层130的厚度可以为2nm～9nm。在另一些实施例中，Si原子和O原子数量的比值还可以为3＜r/s≤5，第三钝化层130的折射率可以为1.4～1.5，第三钝化层130的厚度可以为9nm～15nm；在又一些实施例中，Si原子和O原子数量的比值还可以为5＜r/s≤8，第三钝化层130的折射率可以为1.5～1.65，第三钝化层130的厚度可以为15nm～23nm；在又一些实施例中，Si原子和O原子数量的比值还可以为8＜r/s≤10，第三钝化层130的折射率可以为1.65～1.75，第三钝化层130的厚度可以为23nm～28nm；在再一些实施例中，Si原子和O原子数量的比值也可以为10＜r/s≤11，第三钝化层130的折射率可以为1.75～1.8，第三钝化层130的厚度可以为28nm～30nm。

参考图2，在一些实施例中，第三钝化层130还可以包括在远离基底100方向上层叠设置的第一氧化硅层131和第二氧化硅层132。第一氧化硅层131中，1＜r/s≤10；第二氧化硅层132中，2≤r/s≤11，且第一氧化硅层131的折射率大于第二氧化硅层132的折射率。

相较于只有一层氧化硅层而言，设置第一氧化硅层131以及第二氧化硅层132，且第一氧化硅层131的折射率大于第二氧化硅层132的折射率，使得入射光线在第三钝化层130内部的反射和干涉次数增加，更大程度的增加了第三钝化层130对入射光线的吸收，因此可以达到较好的减反射效果，从而增加载流子浓度。

值得注意的是，此处所指的减反射效果是指减少第三钝化层130表面的反射光线，使入射光线较多地进入基底。

第一氧化硅层131和第二氧化硅层132均包括Si_rO_s材料，通过调节Si原子的数量与O原子的数量之比，可以调控第一氧化硅层131的折射率大于第二氧化硅层132的折射率。在一些实施例中，第一氧化硅层131的折射率为1.4～1.8，第二氧化硅层132的折射率为1.3～1.7。可以理解的是，虽然上述两层氧化硅层的折射率存在相同的取值区间，但在实际取值中，需满足第一氧化硅层131的折射率大于第二氧化硅层132的折射率。例如，第一氧化硅层131的折射率可以是1.7～1.8，第二氧化硅层132的折射率可以是1.3～1.4。

根据入射光线波长以及第一氧化硅层131与第二氧化硅层132的折射率，分别确定第一氧化硅层131与第二氧化硅层132的厚度大小，使第三钝化层130的整体具有较佳的钝化效果。再通过调节Si原子的数量与O原子的数量之比，使第一氧化硅层131的厚度与第二氧化硅层132的厚度达到预期值。

在一些实施例中，第一氧化硅层131的厚度小于第二氧化硅层132的厚度。如此，可以使得太阳能电池吸收入射光线的能力较强。具体地，第一氧化硅层131的厚度可以为2nm～10nm，第二氧化硅层132的厚度可以为7nm～20nm。

可以理解的是，第三钝化层130也可以为单层氧化硅；第三钝化层130无论是只有一层氧化硅层，还是具有两层氧化硅层，第三钝化层130的折射率均为1.3～1.8，相应地，第三钝化层130的厚度范围为2nm～30nm。这是因为，太阳能电池对入射光线的吸收能力与第一钝化层110、第二钝化层120以及第三钝化层130整体的折射率以及厚度相关，在第一钝化层110的折射率和厚度以及第二钝化层120的折射率以及厚度确定的条件下，第三钝化层130的厚度保持在这个范围，可以进一步提高对入射光线的利用率。

第二钝化层120为氮化硅层，氮化硅层包括Si_uN_v材料。氮化硅材料具有较高的折射率，使得更多的入射光线入射基底100，增加入射光线的利用率。第一钝化层110中Al_xO_y材料具有较好的钝化效果，但是Al_xO_y材料的折射率并不高，因此设置第二钝化层120的材料为Si_uN_v材料，一方面可以达到较好的减反效果，另一方面由于Si_uN_v材料也具有较好的钝化效果。因此可以增加基底100背面的载流子浓度，抑制载流子复合，提高太阳能电池的开路电压、短路电流以及填充因子，提高双面光电转化率。

Si_uN_v材料中，1≤u/v≤11，其中，u代表Si原子数量，v代表N原子数量。通过调节Si原子和N原子数量的比值大小，可以调整第二钝化层120的折射率大小和厚度。可以理解的是，单位体积内携带的正电荷数量越多，电性越强，因此，可以通过调整第二钝化层120的厚度来调节第二钝化层120的电性强弱。

在一些实施例中，第二钝化层120可以为单层结构，第二钝化层120的折射率可以为2.1～2.5。在使用PECVD(等离子体增强化学气相沉积方法)方法沉积氮化硅层时，氮化硅层被氢化，如此，使得第二钝化层120具有氢钝化效果。调节Si_uN_v材料的硅原子和氮原子数量的比值大小，使得第二钝化层120的折射率为2.1～2.5，与第一钝化层110的折射率相匹配。一方面，在这个折射率范围内，光反射损失较小，从而较多的入射光线可以进入第一钝化层110，使得第一钝化层110的钝化效果进一步增强。另一方面，这个折射率范围内的Si_uN_v材料具有较强的正电性，使得第二钝化层120具有较好的氢钝化效果，掺杂的氢离子扩散至基底100背面，减小载流子的复合速率。另外，第二钝化层120的折射率大于第一钝化层110的折射率，如此，第一钝化层110的反射光线或出射光线可以通过第二钝化层120重新入射至基底100内。

根据入射光线波长的长短、第二钝化层120的折射率大小以及第一钝化层110的厚度，设计了第二钝化层120的厚度，使得第二钝化层120的厚度与第二钝化层120的折射率相匹配，从而令第二钝化层120的透光率以及钝化效果达到较好的状态。另外，第二钝化层120的厚度与第一钝化层110的厚度相匹配，使得第一钝化层110与第二钝化层120叠加之后，相较于只有第一钝化层110而言，具有更为优异的钝化效果。

第二钝化层120的厚度为50nm～100nm。在这个厚度范围内，一方面，使得位于第二钝化层120内的正电荷数量满足氢钝化效果，从而进一步抑制基底100背面的载流子复合；另一方面，在这个厚度范围内，第二钝化层120具有较好的透光性能，使得入射基底100的入射光线较多，从而增加基底100背面的载流子浓度，提高开路电压和短路电流，增大填充因子，进而提高太阳能电池的双面光电转化率。

具体地，在一些实施例中，Si原子数量和N原子数量的比值大小可以为1≤u/v≤1.5，第二钝化层120的折射率可以为2.1～2.125，第二钝化层120的厚度可以为50nm～53nm。在另一些实施例中，Si原子数量和N原子数量的比值大小也可以为1.5＜u/v≤3，第二钝化层120的折射率可以为2.125～2.17，第二钝化层120的厚度可以为53nm～60nm；在又一些实施例中，Si原子数量和N原子数量的比值大小也可以为3＜u/v≤6，第二钝化层120的折射率可以为2.17～2.3，第二钝化层120的厚度可以为60nm～75nm；在又一些实施例中，Si原子数量和N原子数量的比值大小也可以为6＜u/v≤9，第二钝化层120的折射率可以为2.3～2.43，第二钝化层120的厚度可以为75nm～90nm；在再一些实施例中，Si原子数量和N原子数量的比值大小也可以为9＜u/v≤11，第二钝化层120的折射率可以为2.43～2.5，第二钝化层120的厚度可以为90nm～100nm。

参考图3，在另一些实施例中，第二钝化层120还可以为多层结构，包括在远离基底100方向上层叠设置的第一氮化硅层121、第二氮化硅层122以及第三氮化硅层123，且第一氮化硅层121、第二氮化硅层122以及第三氮化硅层123的折射率依次减小。

第一氮化硅层121、第二氮化硅层122以及第三氮化硅层123的折射率依次减小，使入射的入射光线在第二钝化层120内部多次反射和干涉，相较于只有一层氧化硅层而言，更大程度地增加了入射光线的吸收，提高了对光的利用率，增加了载流子浓度，从而提升光电转换效率，增加太阳能电池的双面光电转化率。

在一些实施例中，第一氮化硅层121的折射率可以为2.1～2.5，第二氮化硅层122的折射率可以为2～2.3，第三氮化硅层123的折射率可以为1.9～2.1。

相应地，第一氮化硅层121的厚度可以为5nm～10nm，第二氮化硅层122的厚度可以为15nm～30nm，第三氮化硅层123的厚度可以为30nm～60nm。每一氮化硅层的厚度与折射率对应设置，使得第二钝化层120的整体折射率保持在2.1～2.5。可以理解的是，虽然上述三层氮化硅层中相邻的两层氮化硅层的折射率存在相同的取值区间，但在实际取值中，三层氮化硅层选取的折射率仍然满足第一氮化硅层121、第二氮化硅层122以及第三氮化硅层123的折射率依次减小。

值得注意的是，第二钝化层120无论为单层结构，还是为多层结构，厚度范围均在50nm～100nm内。如此，使得第二钝化层120的正电荷数量满足氢钝化效果，使得太阳能电池的光电转换效率进一步增大。

第一钝化层110为氧化铝层，氧化铝层包括Al_xO_y材料。当在基底100背面沉积氧化铝层时，氧化铝层的Al_xO_y材料可以提供足够数量的固定负电荷以抑制基底100表面的缺陷，降低表面载流子的复合，较大地提升界面的钝化效果，从而提升太阳能电池的开路电压以及短路电流。

氧化铝层的Al_xO_y材料中，0.8≤y/x≤7.5，其中，x代表Al原子数量，y代表O原子数量。通过调整O原子和Al原子数量的比值大小，调整第一钝化层110的折射率，以使第一钝化层110与第二钝化层120的折射率相匹配，减小因折射率匹配性差而导致的光反射损失。此外，还可以通过调整y/x的比值大小实现第一钝化层110的厚度不同，从而调节第一钝化层110施加于基底100的应力大小，进而调控第一钝化层110与基地之间的界面态密度，改善入射光线利用率。在一些实施例中，第一钝化层110的折射率可以为1.4～1.6。在这个折射率范围内，入射基底100的入射光线较多，基底100对入射光线的利用率较高。

根据入射光线波长的长短以及第一钝化层110的折射率大小，设置第一钝化层110的厚度大小，一方面，使得第一钝化层110在达到所需折射率的条件下，具有较小的厚度，如此，使第一钝化层110对基底100的应力较小；另一方面，厚度与折射率相匹配，使第一钝化层110的整体钝化效果达到较好的效果。

第一钝化层110的厚度为4nm～20nm，第一钝化层110的厚度在此范围内时，一方面可以控制第一钝化层110内的负电荷数量，保证第一钝化层110对基底100具有良好的钝化效果；另一方面将第一钝化层110相对于基底100的应力控制在合理范围内，避免基底100产生由于受到应力损伤而导致的界面态缺陷，从而提高对入射光线的利用率，进一步增加载流子浓度，提高光电转换效率。

具体地，在一些实施例中，O原子和Al原子数量的比值大小可以为0.8≤y/x≤0.9，第一钝化层110的折射率可以为1.4～1.425，第一钝化层110的厚度可以为4nm～6nm。在另一些实施例中，O原子和Al原子数量的比值大小可以为0.9＜y/x≤1.2，第一钝化层110的折射率可以为1.425～1.44，第一钝化层110的厚度可以为6nm～7nm；在又一些实施例中，O原子和Al原子数量的比值大小可以为1.2＜y/x≤4，第一钝化层110的折射率可以为1.44～1.5，第一钝化层110的厚度可以为7nm～12.5nm；在又一些实施例中，O原子和Al原子数量的比值大小可以为4＜y/x≤7，第一钝化层110的折射率可以为1.5～1.57，第一钝化层110的厚度可以为12.5nm～18.5nm；在再一些实施例中，O原子和Al原子数量的比值大小可以为7＜y/x≤7.5，第一钝化层110的折射率可以为1.57～1.6，第一钝化层110的厚度可以为18.5nm～20nm。

参考图4，在一些实施例中，太阳能电池还可以包括第四钝化层180，第四钝化层180位于第三钝化层130远离基底100的表面，第四钝化层180包括Si_iO_jN_k材料，其中，i≤j，且k≥0。i代表Si原子数量，j代表O原子数量，k代表N原子数量。

在一些实施例中，k＝0，第四钝化层180为氧化硅层。例如，可以为二氧化硅层，此时，i＝1，k＝2。在另一些实施例中，k>0，第四钝化层180为氮氧化硅层。通过调节Si_iO_jN_k中Si原子数量和代表O原子数量之比，可以调节第四钝化层180的折射率以及厚度大小，使得第四钝化层180的折射率与第三钝化层130的折射率相匹配，增加入射光线的入射率，提高对太阳能电池的利用率。此外，第三钝化层130中的Si_rO_s材料与第四钝化层180中的Si_iO_jN_k材料的致密度都较大，可以进一步防止水汽进入基底100背面，抑制太阳能电池的PID现象。

太阳能电池还包括第一电极140以及第二电极150，第一电极140位于基底100的正面，贯穿正面钝化层与发射极电连接；第二电极150位于基底100的背面，且贯穿第三钝化层130、第二钝化层120以及第一钝化层110，与基底100背面电连接。

上述实施例提供的太阳能电池中，第一钝化层110包括Al_xO_y材料，其中0.8≤y/x≤7.5，第一钝化层110的厚度为4nm～20nm，由于Al_xO_y材料具有较强的钝化效果，可以较好地抑制基底100背面的载流子复合，因此设置具有Al_xO_y材料的第一钝化层110与基底100接触；第二钝化层120包括Si_uN_v材料，其中1≤u/v≤11，且第二钝化层120的厚度为50nm～100nm，由于Si_uN_v材料的固定正电荷密度较高，具有良好的氢钝化效果，且Si_uN_v材料具有较高的折射率，对入射光线的吸收能力较强，弥补Al_xO_y材料可能由于折射率较低而对入射光线利用率较低的缺点，从而进一步提高对基底100的钝化效果；第三钝化层130包括Si_rO_s材料，其中1＜r/s≤11，且第三钝化层130的厚度为2nm～30nm，第三钝化层130中的Si_rO_s材料具有较好的钝化效果，可以进一步抑制基底100背面的载流子复合。同时，还对Al_xO_y材料、Si_uN_v以及Si_rO_s材料中各个原子数量的比值进行了设计，使得三层钝化层叠层的整体钝化效果较好。此外，基于入射光线的波长的长短以及不同钝化层的折射率大小，设计了每一层钝化层的厚度大小，一方面使得太阳能电池对入射光线的透光率较高，另一方面进一步提高整体钝化效果，从而提高太阳能电池的双面光电转化率。

相应地，本申请实施例还提供一种光伏组件，光伏组件包括上述实施例提供的太阳能电池，所述太阳能电池以整片或者多分片(例如，1/2等分片、1/3等分片、1/4等分片等多分片)的形式电连接形成多个电池串，所述多个电池串以串联和/或并联的方式进行电连接。在一些实施例中，所述光伏组件还包括封装材料层以及盖板，其中所述封装材料层用于密封所述多个太阳能电池串，所述盖板用于覆盖所述封装材料层。所述封装材料层的材质可以为EVA、POE或PET等有机材料，所述盖板可以为玻璃盖板、塑料盖板等具有透光功能的盖板。本申请实施例提供的光伏组件的太阳能电池具有第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，一方面，分别对第一钝化层的Al_xO_y材料、第二钝化层的Si_uN_v材料以及第三钝化层的Si_rO_s材料中各个原子数量的比值进行了设计，使得三层钝化层叠层的整体钝化效果较好。另一方面，还设计了每一层钝化层的厚度大小，使得太阳能电池对入射光线的透光率较高，从而使得光伏组件具有较高的双面光电转化率。

相应地，本申请另一实施例还提供一种太阳能电池的制备方法，该太阳能电池的制备方法可以形成上一申请实施例提供的太阳能电池，以下将结合附图对本申请另一实施例提供的半导体结构的制备方法进行详细说明。

图5至图8为本申请另一实施例提供的太阳能电池的制备方法中各步骤对应的结构示意图。

参考图5，提供基底100，基底100具有相对的正面和背面。

在一些实施例中，基底100可以为硅基底100，硅基底100的材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅以及微晶硅；在另一些实施例中，基底100的材料还可以为碳单质、有机材料以及多元化合物，多元化合物包括砷化镓、碲化镉、铜铟硒等。

基底100用于接收入射光线并产生光生载流子，对于双面电池而言，基底100的正面和背面均用于接收入射光线。

基底100的正面具有发射极160，发射极可以为N型掺杂层，掺杂有N型离子，发射极160与基底100形成PN结。N型离子可以为磷、砷或者锑中的任意一者。在一些实施例中，发射极的表面还具有正面钝化层，正面钝化层的材料可以是氧化硅、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，正面钝化层可以为单层结构。在另一些实施例中，正面钝化层也可以是多层结构。

参考图6至图8，在基底100的背面且在远离基底100的方向上依次形成第一钝化层110、第二钝化层120以及第三钝化层130，其中，第一钝化层110包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且第一钝化层110的厚度为4nm～20nm；第二钝化层120包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且第二钝化层120的厚度为50nm～100nm；第三钝化层130包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，且第三钝化层130的厚度为2nm～30nm。

参考图6，在基底100背面形成第一钝化层110。第一钝化层110为氧化铝层，包括Al_xO_y材料。在一些实施例中，可以采用PECVD方法制备氧化铝层。形成氧化铝层的工艺方法为：在PECVD反应腔室中依次通入氩气、三甲基铝和笑气作为反应物并进行电离，其中，氩气、三甲基铝和笑气的气体流量比为1:1:1～1.5:1:2，PECVD反应腔室的压强为0.1mbar～0.2mbar。在一些实施例中，氩气、三甲基铝和笑气的气体流量比可以为1:1:1.3，PECVD反应腔室的压强可以为0.15mbar，所形成的Al_xO_y材料中，0.8≤y/x≤0.9，且第一钝化层110的折射率为1.4～1.425，厚度为4nm～6nm。

在一些实施例中，可以采用相同的工艺设备形成第二钝化层120以及第三钝化层130。具体地，在一些实施例中，可以采用PECVD制备第二钝化层120以及第三钝化层130。

参考图7，在第一钝化层110表面形成第二钝化层120。形成的第二钝化层120为氮化硅层，氮化硅层包括Si_rO_s材料。形成氮化硅层的工艺方法为：向反应腔室内通入硅烷以及氨气并进行电离，射频功率为3000W～4000W，反应腔室的压强为0.2mbar～0.3mbar，硅烷以及氨气的流量比为1:1～1:4。所形成的第二钝化层120的折射率为2.1～2.5。

在一些实施例中，第二钝化层120还可以包括在远离基底100方向上层叠设置的第一氮化硅层121(参考图3)、第二氮化硅层122(参考图3)以及第三氮化硅层123(参考图3)。形成第二钝化层120的工艺方法为：在PECVD反应腔室内通入硅烷以及氨气并进行电离，在第一钝化层110表面形成第一氮化硅层121，射频功率为3000W～4000W，例如可以为3300W，反应腔体的压力为0.2mbar～0.3mbar，例如可以为0.23mbar，硅烷和氨气的气体流量比可以为1.1～1.2；在PECVD反应腔室内继续通入硅烷以及氨气并进行电离，在第一氮化硅层121表面形成第二氮化硅层122，射频功率为3000W～4000W，例如可以为3500W，反应腔体的压力为0.2mbar～0.3mbar，例如可以为0.25mbar，硅烷和氨气的气体流量比为1.2～1.3；在PECVD反应腔室内继续通入硅烷以及氨气并进行电离，在第二氮化硅层122表面形成第三氮化硅层123，射频功率为3000W～4000W，例如可以为3800W，反应腔体的压力为0.2mbar～0.3mbar，例如可以为0.28mbar，硅烷和氨气的气体流量比为1.3～1.4。

基于上述制备工艺，第一氮化硅层121的折射率为2.1～2.5，厚度为5nm～10nm；第二氮化硅层122的折射率为2～2.3，厚度为15nm～30nm；第三氮化硅层123的折射率为1.9～2.1，厚度为30nm～60nm。值得注意的是，虽然相邻的两层氮化硅的折射率有相同的区间，但是在实际制备过程中，需满足形成的第一氮化硅、第二氮化硅以及第三氮化硅折射率依次减小，使入射的入射光线在第二钝化层120内部多次反射和干涉，相较于只有一层氮化硅层而言，更大程度地增加了入射光线的吸收。例如，第一氮化硅层121的折射率可以为2.3～2.5，第二氮化硅层122的折射率可以为2.1～2.3，第三氮化硅层123的折射率可以为1.9～2.1。

参考图8，形成第三钝化层130的方法包括：向反应腔室内通入硅烷以及笑气并进行电离，射频功率为2000W～3000W，反应腔室的压强为0.2mbar～0.3mbar，硅烷和笑气的流量比为1:3～1:6。形成的第三钝化层130的折射率可以为1.3～1.8。

在一些实施例中，形成的第三钝化层130还可以包括在远离基底100方向上层叠设置的第一氧化硅层131(参考图2)以及第二氧化硅层132(参考图2)，其中第一氧化硅层131以及第二氧化硅层132均包括Si_rO_s材料。形成第三钝化层130的工艺步骤包括：在基底100的背面形成第一氧化硅层131，形成第一氧化硅层131的工艺参数包括：采用的射频功率为第一射频功率，反应腔室的压强为第一压强；在第一氧化层上形成第二氧化硅层132，形成第二氧化硅层132的工艺参数包括：采用的射频功率为第二射频功率，反应腔室的压强第二压强，且第一射频功率大于第二射频功率，第一压强大于第二压强。

形成的第一氧化硅层131的折射率大于形成的第二氧化硅层132的折射率。这是因为氧化硅的密度大小对氧化硅折射率的大小有一定的影响，形成的氧化硅密度越大，则氧化硅的折射率也较大。在上述制备工艺中，第一射频功率大于第二射频功率，且第一压强大于第二压强，因此，形成的第一氧化硅层131的密度将大于形成的第二氧化硅层132的密度，从而形成的第一氧化硅层131的折射率大于第二氧化硅层132的折射率。如此，使得入射光线从光疏介质进入到光密介质，由于光密介质折射率较大，因此位于光密介质中的入射光线与法线的夹角较小，因此使得入射光线在第三钝化层130内部以接近垂直的角度入射，更大程度的增加了第三钝化层130对入射光的吸收。

具体地，形成第一氧化硅层131的工艺方法为：向反应腔体中通入硅烷和笑气，第一射频功率为2400W～3000W，例如可以为2520，第一压强为0.24mbar～0.3mbar，例如可以为0.25mbar，硅烷和笑气的气体流量比可以为1:1.6～1:9；形成第二氧化硅层132的工艺方法为：向反应腔体中通入硅烷和笑气，第二射频功率为2000W～2400W，例如可以为2200，第一压强为0.2mbar～0.24mbar，例如可以为0.23mbar，硅烷和笑气的气体流量比可以为1:2.5～1:17。

基于上述制备工艺，形成的第一氧化硅层131的Si_rO_s材料中，2＜r/s≤11，第一氧化硅层131的折射率为1.4～1.8，厚度为2nm～10nm；形成的二氧化硅层的Si_rO_s材料中，1＜r/s≤10，第一氧化硅层131的折射率为1.3～1.7，厚度为7nm～20nm。可以理解的是，虽然上述形成的两层氧化硅层的折射率存在相同的取值区间，但在实际取值中，需满足形成的第一氧化硅层131的折射率大于形成的第二氧化硅层132的折射率。例如，第一氧化硅层131的折射率可以是1.7～1.8，第二氧化硅层132的折射率可以是1.3～1.4。

在一些实施例中，在反应腔室通入硅烷以及笑气形成第三钝化层130的步骤中，硅烷为形成第二钝化层120时通入的气体。也就是说，在制备第二钝化层120时，可以预先把制备第三钝化层130所需的硅烷通入反应腔体中，在第二钝化层120制备完成后，仅需通入笑气即可，简化工艺流程。

参考图4，在一些实施例中，还可以包括：在第三钝化层130的表面形成第四钝化层180，第四钝化层180包括Si_iO_jN_k材料，其中，i≤j，且k≥0。

在一些实施例中，可以采用与形成第三钝化层130相同的工艺设备形成第四钝化层180。具体地，可以采用PECVD制备第四钝化层180。形成第四钝化层180的工艺方法为：向反应腔体中通入硅烷、笑气以及氨气作为反应物生成Si_iO_jN_k。其中，通入的硅烷可以是形成第三钝化层130的步骤中通入的气体。可以理解的是，在其它实施例中，也可以采用化学气相沉积工艺或者磁控溅射工艺形成第四钝化层180。

参考图1，形成第一电极140以及第二电极150。在形成第三钝化层130之后，在基底100正面的正面钝化层170表面以及基底100背面的第三钝化层130表面进行金属化处理，具体包括丝网印刷工艺和高温烧结工艺，以形成与基底100正面的发射极160电连接的第一电极140以及与基底100背面电连接的第二电极150，且形成的第一电极140贯穿正面钝化层170，形成的第二电极150贯穿第三钝化层130、第二钝化层120以及第一钝化层110。

上述实施例提供的太阳能电池的制备方法中，包括：在基底100的背面且在远离基底100的方向上依次形成第一钝化层110、第二钝化层120以及第三钝化层130，其中，第一钝化层110包括Al_xO_y材料；第二钝化层120包括Si_uN_v材料；第三钝化层130包括Si_rO_s材料，且第三钝化层130的折射率小于第二钝化层120的折射率。由于Al_xO_y材料具有较强的钝化效果，可以较好地抑制基底100背面的载流子复合，因此设置具有Al_xO_y材料的第一钝化层110与基底100接触；Si_uN_v材料的固定正电荷密度较高，具有良好的氢钝化效果，且Si_uN_v材料具有较高的折射率，对光线的吸收能力较强，弥补Al_xO_y材料可能由于折射率较低而对入射光线利用率较低的不足之处，从而进一步提高对基底100的钝化效果；第三钝化层130中的Si_rO_s材料具有较好的钝化效果，可以进一步抑制基底100背面的载流子复合。此外，不仅对Al_xO_y材料、Si_uN_v以及Si_rO_s材料中各个原子数量的比值进行了设计，使得三层钝化层叠层的钝化效果较好，还基于入射光线的波长的长短，设计了每一层钝化层的厚度大小与自身的折射率相匹配，使得整体钝化叠层的透光率以及整体钝化效果达到较佳的状态，从而提高太阳能电池的双面光电转化率。

对比例1

对比例1提供了一种PERC双面电池的背面结构，具体结构如图9所示，包括：基底200，基底200具有相对的正面和背面；位于基底200的所述背面且在远离基底200的方向上依次设置的第一钝化层210以及第二钝化层220，第一钝化层210包括Al_mO_n材料；第二钝化层230包括Si_jN_k材料。

参照图1所示的本申请实施例的太阳能电池结构，对比例与本申请实施例的区别之处在于，对比例没有在第二钝化层表面设置第三钝化层，本申请实施例将Si_rO_s材料作为第三钝化层130，且位于第二钝化层远离基底的表面，通过对比实验发现，本申请实施例与对比例的参数对比如表一所示：

表一

太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子以及并联电阻与转换效率和双面光电转化率成正比。从表一中可以看出，相较于对比例而言，本申请实施例中的太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子以及并联电阻均更大，从而本申请实施例中的太阳能电池的转换效率以及双面光电转化率都更高。其中，太阳能电池的转换效率相较于对比例而言高0.3％，太阳能电池的双面光电转化率相较于对比例而言高1.46％。这是因为Si_rO_s材料的折射率较低，本申请实施例中，设置Si_rO_s材料位于三层钝化层叠层的最外层，从而第三钝化层的折射率小于第二钝化层的折射率，使得入射光线从光疏介质进入光密介质，以接近垂直的角度入射基底，如此，对入射光线的利用率较高，从而增加了基底背面的载流子浓度。此外，本申请实施例中，Si_rO_s材料还具有较好的钝化效果，可以较多地抑制基底背面的载流子复合，因此，可以使得太阳能电池的双面光电转化率较高。

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。

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 (16)

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正面和背面；

位于所述基底的所述背面且在远离所述基底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，所述第一钝化层包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且所述第一钝化层的厚度为4nm～20nm；所述第二钝化层3包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且所述第二钝化层的厚度为50nm～100nm；所述第三钝化层包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，所述第三钝化层的厚度为2nm～30nm。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三钝化层的折射率小于所述第二钝化层的折射率。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三钝化层的折射率为1.3～1.8，所述第二钝化层的折射率为2.1～2.5。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三钝化层包括在远离所述基底方向上层叠设置的第一氧化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层中，1＜r/s≤10；所述第二氧化硅层中，2≤r/s≤11，且所述第一氧化硅层的折射率大于所述第二氧化硅层的折射率。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一氧化硅层的折射率为1.4～1.8，所述第二氧化硅层的折射率为1.3～1.7。

6.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一氧化硅层的厚度小于所述第二氧化硅层的厚度。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一氧化硅层的厚度为2nm～10nm，所述第二氧化硅层的厚度为7nm～20nm。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层包括在远离所述基底方向上层叠设置的第一氮化硅层、第二氮化硅层以及第三氮化硅层，且所述第一氮化硅层、所述第二氮化硅层以及所述第三氮化硅层的折射率依次减小。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一氮化硅层的折射率为2.1～2.5，所述第二氮化硅层的折射率为2～2.3，所述第三氮化硅层的折射率为1.9～2.1。

10.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1.4～1.6。

11.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第三钝化层远离所述基底的表面，所述第四钝化层包括Si_iO_jN_k材料，其中，i≤j，且k≥0。

12.一种光伏组件，其特征在于，包括权利要求1-11中任一项权利要求所述的太阳能电池。

13.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

提供基底，所述基底具有相对的正面和背面；

在所述基底的所述背面且在远离所述基底的方向上依次形成第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层，其中，所述第一钝化层包括Al_xO_y材料，0.8≤y/x≤7.5，且所述第一钝化层的厚度为4nm～20nm；所述第二钝化层包括Si_uN_v材料，1≤u/v≤11，且所述第二钝化层的厚度为50nm～100nm；所述第三钝化层包括Si_rO_s材料，1＜r/s≤11，且所述第三钝化层的厚度为2nm～30nm。

14.根据权利要求13所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述第三钝化层的方法包括：向反应腔室内通入硅烷以及笑气并进行电离，射频功率为2000W～3000W，所述反应腔室的压强为0.2mbar～0.3mbar，所述硅烷和所述笑气的流量比为1:3～1:6。

15.根据权利要求14所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述第三钝化层的工艺步骤包括：

在所述基底的所述背面形成第一氧化硅层，形成所述第一氧化硅层的工艺参数包括：采用的所述射频功率为第一射频功率，所述反应腔室的压强为第一压强；

在所述第一氧化层上形成第二氧化硅层，形成所述第二氧化硅层的工艺参数包括：采用的所述射频功率为第二射频功率，所述反应腔室的压强第二压强，且所述第一射频功率大于所述第二射频功率，所述第一压强大于所述第二压强。

16.根据权利要求13所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述第二钝化层的方法包括：向反应腔室内通入硅烷以及氨气并进行电离，射频功率为3000W～4000W，所述反应腔室的压强为0.2mbar～0.3mbar，所述硅烷以及所述氨气的流量比为1:1～1:4。

Images