CN115985981B - 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents

太阳能电池及其制备方法、光伏组件 Download PDF

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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，包括：半导体衬底，半导体衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；位于半导体衬底第一表面的发射极和第一钝化层；位于半导体衬底第二表面的隧穿层；位于隧穿层表面的第一掺杂导电层和阻滞层，其中，第一掺杂导电层位于隧穿层与阻滞层之间，第一掺杂导电层和阻滞层对应于金属化区域；位于隧穿层表面的第二掺杂导电层，第二掺杂导电层覆盖非金属化区域的隧穿层和阻滞层，第二掺杂导电层的掺杂浓度大于第一掺杂导电层的掺杂浓度；位于第二掺杂导电层表面的第二钝化层；穿透第二钝化层与第二掺杂多晶硅层形成接触的第二电极及穿透第一钝化层与发射极形成接触的第一电极。

Description

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
随着太阳能电池技术的不断发展，金属接触区域的复合损失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。为了提高太阳能电池的转换速率，常通过钝化接触来对太阳能电池进行钝化，以降低太阳能电池体内和表面的复合。常用的钝化接触电池有异质结（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，HIT）电池和隧穿氧化层钝化接触（Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon）电池。然而，现有电池的钝化结构的钝化性能提升有限，使得钝化接触电池的转换效率有待提高，且不易量产。
因此，如何提升钝化接触电池的钝化性能成为光伏产业急需解决的问题。
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，该太阳能电池能够改善金属化区域钝化性能偏低的同时，还能够保证载流子的横向运输能力。
第一方面，本申请提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；
位于所述半导体衬底第一表面的发射极和第一钝化层；
位于所述半导体衬底第二表面的隧穿层；
位于所述隧穿层表面的第一掺杂导电层和阻滞层，其中，所述第一掺杂导电层位于所述隧穿层与所述阻滞层之间，所述第一掺杂导电层和所述阻滞层对应于金属化区域；
位于所述隧穿层表面的第二掺杂导电层，所述第二掺杂导电层覆盖非金属化区域的所述隧穿层和所述阻滞层，所述第二掺杂导电层的掺杂浓度大于所述第一掺杂导电层的掺杂浓度；
位于所述第二掺杂导电层表面的第二钝化层；
穿透所述第二钝化层与所述第二掺杂导电层形成接触的第二电极及穿透所述第一钝化层与所述发射极形成接触的第一电极。
第二方面，本申请提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
在制绒后的所述半导体衬底的第一表面形成发射极；
在所述半导体衬底的第二表面形成隧穿层；
在所述隧穿层的表面形成第一非导电层，所述第一非导电层对应于金属化区域和非金属化区域；
在所述第一非导电层表面形成阻滞层，其中，所述阻滞层对应于金属化区域；
在所述第一非导电层和所述阻滞层的表面形成第二非导电层，对所述第二非导电层进行掺杂处理，使得所述第二非导电层和位于非金属化区域的所述第一非导电层转变为第二掺杂导电层、位于金属化区域的所述第一非导电层转变为第一掺杂导电层，其中，所述第二掺杂导电层的掺杂浓度大于所述第一掺杂导电层的掺杂浓度；
在所述第二掺杂导电层的表面形成第二钝化层及在所述发射极的表面形成第一钝化层；
在所述第二钝化层表面形成第二电极及在所述第一钝化层表面形成第一电极。
第三方面，本申请实施例提供一种光伏组件，所述光伏组件包括盖板、封装材料层、太阳能电池串，所述太阳能电池串包括多个第一方面所述的制备方法制备的太阳能电池或第二方面所述的太阳能电池。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请通过仅在电池第二表面的金属化区域设置低浓度的第一掺杂导电层以及阻滞层，而在电池第二表面整个表面设置浓度较高的第二掺杂导电层，一方面，浓度较低的第一掺杂导电层与隧穿层接触，能够减少掺杂元素对于隧穿层的钝化影响，降低金属化区域的复合电流密度J0,metal，同时浓度较低的第一掺杂导电层与半导体衬底之间的准费米能级的差值qVD较小，有利于提升理论开路电压，有利于提升太阳能电池的光电转换效率；此外，浓度较高的第二掺杂导电层存在于金属化区域和非金属化区域，能够保证电池背面载流子的横向传输速率，而且，处于非金属化区域的第二掺杂导电层与半导体衬底之间的距离较近，能够避免因为设置低浓度的第一掺杂导电层和阻滞层使得第二掺杂导电层与半导体衬底之间距离太远而导致第二掺杂导电层的能带弯曲效果减弱太多，从而保证载流子的选择性传输。
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制备流程图；
图3为本申请在半导体衬底第一发射极的结构示意图；
图4为本申请在半导体衬底第二表面形成隧穿层的结构示意图；
图5为本申请在隧穿层表面形成第一非导电层的结构示意图；
图6为本申请在第一非导电层表明形成阻滞层的结构示意图；
图7为本申请在位于非金属化区域的第一非导电层和阻滞层表面形成第二非导电层的结构示意图；
图8为本申请对图7形成的结构进行掺杂处理后的结构示意图；
图9为本申请在半导体衬底上形成第一钝化层和第二钝化层后的结构示意图；
图10为本申请光伏组件的结构示意图。
图中：1-半导体衬底；
2-发射极；
3-第一钝化层；
4-隧穿层；
5-第一掺杂导电层；
6-阻滞层；
7-第二掺杂导电层；
8-第二钝化层；
9-第一电极；
10-第二电极；
11-第一非导电层；
12-第二非导电层；
1000-光伏组件；
100-太阳能电池；
200-第一盖板；
300-第一封装胶层；
400-第二封装胶层；
500-第二盖板。
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。
优化晶硅太阳能的表面钝化是其提效的重要手段之一。近年来，随着理论技术的发展与人们对更优质钝化效果的追求，隧穿氧化层钝化接触 (tunnel oxide passivatedcontact, TOPCon)结构因其更高的理论效率广受青睐。TOPCon结构由超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜组成，其具有良好的钝化效果形成场钝化效果，使得使用TOPCon 技术制备的晶硅电池效率已达到 26% 以上。
现有的TOPCon 电池大都使用 ploy-Si （多晶硅）作为掺杂层，先由 化学气相沉积（CVD）的方法沉积一层 非晶硅（a-Si:H）再经过退火处理使 a-Si:H 转变为 ploy-Si，从而使得结晶度得到了极大的提升，进一步对ploy-Si进行掺杂激活，提升TOPCon电池的导电性，研究人员发现，硅衬底与收集层之间准费米能级的差值qVD是决定开路电压上限的物理量，当qVD越大，电池的开路电压Voc的上限也越高。传统掺杂多晶硅层的掺杂浓度需要达到一定高度，如此可以与金属电极形成较好接触，但高掺杂浓度的多晶硅层同样存在两个问题：磷扩散至氧化层会影响隧穿层的钝化效果；且掺杂多晶硅与硅衬底的qVD较小，导致理论开路电压上限较低，从而限制了TOPCon 电池转化效率的提升。
鉴于此，本申请实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，为本申请实施例提供的太阳能电池的结构示意图，包括：
半导体衬底1，半导体衬底1具有相对设置的第一表面和第二表面；
位于半导体衬底1第一表面的发射极2和第一钝化层3；
位于半导体衬底1第二表面的隧穿层4；
位于隧穿层4表面的第一掺杂导电层5和阻滞层6，其中，第一掺杂导电层5位于隧穿层4与阻滞层6之间，第一掺杂导电层5和阻滞层6对应于金属化区域；
位于隧穿层4表面的第二掺杂导电层7，第二掺杂导电层7覆盖非金属化区域的隧穿层4和阻滞层6，第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于第一掺杂导电层5的掺杂浓度；
位于第二掺杂导电层7表面的第二钝化层8；
与发射极2接触的第一电极9以及与第二掺杂导电层7接触的第二电极10。
在上述方案中，本申请通过仅在电池第二表面的金属化区域设置低浓度的第一掺杂导电层5以及阻滞层6，而在电池第二表面整个表面设置浓度较高的第二掺杂导电层7，一方面，浓度较低的第一掺杂导电层5与隧穿层4接触，能够减少掺杂元素对于隧穿层4的钝化影响，降低金属化区域的复合电流密度J0,metal，同时浓度较低的第一掺杂导电层5与半导体衬底1之间的准费米能级的差值qVD较小，有利于提升理论开路电压，有利于提升太阳能电池的光电转换效率；此外，浓度较高的第二掺杂导电层7存在于金属化区域和非金属化区域，能够保证电池背面载流子的横向传输速率，而且，处于非金属化区域的第二掺杂导电层7与半导体衬底1之间的距离较近，能够避免因为设置低浓度的第一掺杂导电层5和阻滞层6使得第二掺杂导电层7与半导体衬底1之间距离太远而导致第二掺杂导电层7的能带弯曲效果减弱太多，从而保证载流子的选择性传输。与在太阳能电池背面的隧穿层4上依次设置整面的轻掺杂导电层、整面的阻滞层6和整面的重掺杂导电层提升钝化效果相比，本申请的局域化的掺杂导电层设计，不仅能够提升金属化区域的钝化效果，还能够保证载流子的横向传输效率，可有效提升电池效率。
在一些实施方式中，半导体衬底1的第一表面可以是太阳能电池的正面，也可以是太阳能电池的背面，当半导体衬底1的第一表面为太阳能电池的正面时，则半导体衬底1的第二表面为太阳能电池的背面；相应的，当半导体衬底1的第一表面为太阳能电池的背面时，半导体衬底1的第二表面为太阳能电池的正面，可以理解，太阳能电池的正面为面向太阳的表面（即受光面），太阳能电池的背面为背对太阳的表面（即背光面）。以下，均以半导体衬底1的第一表面为太阳能电池的正面、半导体衬底1的第二表面为太阳能电池的背面为例进行说明。
对于本领域人员而言，金属化区域指的是太阳能电池的第二电极10穿透第二钝化层8与掺杂导电层形成接触（直接或间接接触）的区域，在某些情况下，电极形成过程中的导电金属微粒会游离于电极主结构形成间接接触；非金属化区域指的是除第二电极10穿透第二钝化层8与掺杂导电层形成接触的区域以外其他的区域或金属化区域以外的区域。
在一些实施方式中，半导体衬底1为N型晶体硅衬底（或硅片），还可以是P型晶体硅衬底（硅片）。晶体硅衬底(硅衬底)例如为多晶硅衬底、单晶硅衬底、微晶硅衬底或碳化硅衬底中的一种，本申请实施例对于半导体衬底1的具体类型不作限定。半导体衬底1的掺杂元素可以是磷、氮等。
在一些实施方式中，半导体衬底1的厚度为60μm～240μm，具体可以是60μm、80μm、90μm、100μm、120μm、150μm、200μm或240μm等，在此不做限定。
在一些实施方式中，发射极2可以为具有均匀掺杂深度的发射极2结构，或者，可以为具有不同掺杂浓度和掺杂深度的选择性发射极2结构，具体的，选择性发射极2为金属电极对应的重掺杂发射极区域，其他区域为轻掺杂发射极区域。发射极2区域可以位于半导体衬底1的表面内，也可以位于半导体衬底1表面外形成独立的发射极2结构。当半导体衬底1为N型时，发射极2为P型，半导体衬底1与发射极2形成PN结。
在一些实施方式中，第一钝化层3的材质可以包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等单层氧化层或多层结构，第一钝化层3能够对半导体衬底1产生良好的钝化效果，有助于提高电池的转换效率。需要说明的是，第一钝化层3也可以起到减少入射光反射的作用，在某些实例中，也可称之为减反射层 。
在一些实施方式中，第一钝化层3的厚度范围为10nm~120nm，具体可以是10nm、20nm、30nm、42nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或120nm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，隧穿层4为薄氧化物层，例如，可以是氧化硅或金属氧化物，并且可以含有其它额外的元素，例如氮。示例性地，隧穿层4可以是氧化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层、氧化钼层、氧化铪层中的一种或多种层叠结构。在其他实施例中，隧穿层4也可以是含氧氮化硅层、含氧碳化硅层等。该隧穿层4在实际效果上可以不具备完美的隧道势垒，因为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)相对于隧道效应占主导。
在一些实施方式中，隧穿层4的厚度为0.5nm~2nm，具体可以是0.5 nm、0.8 nm、1nm、1.2 nm、1.5 nm、1.8 nm或2 nm等，本申请较薄的隧穿层4，有利于阻止多数载流子的传输，促进少数载流子的隧穿收集。
在一些实施方式中，第一掺杂导电层5的材质包括多晶硅、微晶硅和碳化硅等半导体材料，本申请实施例对于第一掺杂导电层5的具体类型不作限定。优选的，第一掺杂导电层5的材质包括多晶硅，即第一掺杂导电层5为第一掺杂多晶硅层，第二掺杂导电层7为第二掺杂多晶硅层。
在一些实施方式中，第一掺杂导电层5中的掺杂元素包括硼、磷、镓和砷中的至少一种。
在一些实施方式中，第一掺杂导电层5的掺杂浓度为1E18 cm-3~1.5E21cm-3，具体可以是1E18 cm-3、3E18cm-3、8E18cm-3、1E19cm-3、5E19cm-3、1E20cm-3、5E20cm-3、8E20cm-3、1E21cm-3或1.5E21cm-3等。具体的：
当第一掺杂导电层5中的掺杂元素为磷、其材质为多晶硅时，第一掺杂导电层5为掺磷多晶硅层；掺磷多晶硅层中磷元素的浓度为1E19 cm-3~1.5E21cm-3，具体可以是1E19cm-3、5E19cm-3、1E20cm-3、5E20cm-3、8E20cm-3、1E21cm-3或1.5E21cm-3等。将掺磷多晶硅层中磷的浓度控制在上述范围内，有利于获得优异的钝化及金属接触性能，可以理解的是，掺磷多晶硅层中磷的浓度指的是掺磷多晶硅层中只占据硅晶格位置的掺杂元素磷的浓度。
当第一掺杂导电层5中的掺杂元素为砷、其材质为多晶硅时，第一掺杂导电层5为掺砷多晶硅层；掺砷多晶硅层中砷元素的浓度为1E19 cm-3~1.5E21cm-3，具体可以是1E19cm-3、5E19cm-3、1E20cm-3、5E20cm-3、8E20cm-3、1E21cm-3或1.5E21cm-3等。将掺砷多晶硅层中砷的浓度控制在上述范围内，有利于获得优异的钝化及金属接触性能。
当第一掺杂导电层5中的掺杂元素为硼、其材质为多晶硅时，第一掺杂导电层5为掺硼多晶硅层；掺硼多晶硅层中硼元素的浓度为1E18 cm-3~4.5E19cm-3，具体可以是1E18cm-3、5E18cm-3、1E19cm-3、2E19cm-3、3E19cm-3、4E19cm-3或4.5E19cm-3等。将掺硼多晶硅层中硼的浓度控制在上述范围内，有利于获得优异的钝化性能，同时保证与金属电极的接触。
当第一掺杂导电层5中的掺杂元素为镓、其材质为多晶硅时，第一掺杂导电层5为掺镓多晶硅层；掺镓多晶硅层中镓元素的浓度为1E18 cm-3~4.5E19cm-3，具体可以是1E18cm-3、5E18cm-3、1E19cm-3、2E19cm-3、3E19cm-3、4E19cm-3或4.5E19cm-3等。将掺镓多晶硅层中镓的浓度控制在上述范围内，有利于获得优异的钝化性能，同时保证与金属电极的接触。
在一些实施方式中，第一掺杂导电层5的厚度为20nm~150nm，具体可以是20 nm、30nm、40 nm、50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、90 nm、100 nm、110 nm、120 nm、130 nm、140 nm或150 nm等。
在一些实施方式中，本申请的阻滞层6为用于阻滞第二掺杂导电层7中的掺杂元素向位于金属化区域的第一掺杂导电层5中迁移的膜层结构，其能够降低掺杂元素向金属化区域的隧穿层4扩散，提升第二掺杂导电层7中掺杂元素的掺杂浓度，进而提升场钝化能力。阻滞层6的材质包括硅氧化物（例如可以是SiOx）、硅碳化物（例如可以是SiC）、硅氮化物（例如可以是SiNx）和镁氟化物（例如可以是MgF2）中的至少一种。上述材料中的掺杂离子的扩散速率远低于多晶硅中掺杂离子的扩散速率，具体的，多晶硅中晶界多，同时多晶硅本体Si-Si的四面体晶格结构相对于阻滞层更适合杂质原子扩散；而阻滞层，示例性的，SiC是由于其非晶态导致杂质元素扩散慢， SiOx是由于本身晶格特性导致杂质元素扩散慢，使得杂质元素在该阻滞层中长时间逗留，缓慢扩散，因此起到阻滞作用。
在本实施例中，阻滞层6的阻滞能力由发生热扩散的掺杂离子在第一掺杂导电层朝向隧穿层的方向上所能迁移的最长距离所定义，掺杂离子所能迁移的最长距离越短，阻滞层6的阻滞能力越强，掺杂离子所能迁移的最长距离越长，阻滞层6的阻滞能力越弱。
在一些实施方式中，沿平行于隧穿层4方向，即为图1中的X轴方向，第一掺杂导电层5的宽度与阻滞层6的宽度之比为1:（1~2），具体可以是1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.7或1：2等，优选的，第一掺杂导电层5的宽度与阻滞层6的宽度之比为1:1.2，可以理解，在一些实施例中，阻滞层6在隧穿层4上的正投影与第一掺杂导电层5在隧穿层4上的正投影重合，在另一些实施例中，阻滞层6在隧穿层4上的正投影与第一掺杂导电层5在隧穿层4上的正投影部分重合，在上述比例限制下，能够确保第一掺杂导电层5中掺杂浓度在较低的范围内，能够减少掺杂元素对于隧穿层4的钝化影响，有利于提升理论开路电压，进一步提升太阳能电池的转换效率。
在一些实施方式中，阻滞层6的厚度为0.5 nm~4nm，例如可以是0.5 nm、1 nm、2nm、3 nm或4 nm等。可以理解，阻滞层6的厚度方向指的是沿第一掺杂导电层5指向隧穿层4的方向，将阻滞层6的厚度控制在上述范围内，能够阻滞沿垂直于隧穿层4所在表面的方向上的掺杂元素进入第一掺杂导电层5，以使得第一掺杂导电层5中的掺杂浓度较低。若阻滞层6的厚度小于0.5nm，则阻滞层6的阻滞能力较差，无法获得较低浓度的第一掺杂导电层5，若阻滞层6的厚度大于4nm，则阻滞层6会对载流子在Z轴方向上的传输产生较大的阻滞，无法保证载流子能够有效传输。
在一些实施方式中，第二掺杂导电层7覆盖非金属化区域的隧穿层4和阻滞层6，第二掺杂导电层7的材质包括多晶硅、微晶硅和碳化硅等半导体材料，本申请实施例对于第二掺杂导电层7的具体类型不作限定。优选的，第二掺杂导电层7的材质包括多晶硅。
在一些实施方式中，第二掺杂导电层7中的掺杂元素包括硼、磷、镓和砷中的至少一种。
在一些实施方式中，第二掺杂导电层7的掺杂浓度为5E18 cm-3~2E21cm-3，具体可以是5E18cm-3、8E18cm-3、1E19cm-3、5E19cm-3、1E20cm-3、5E20cm-3、8E20cm-3、1E21cm-3或2E21cm-3等。具体的：
当第二掺杂导电层7中的掺杂元素为磷、其材质为多晶硅时，第二掺杂导电层7为掺磷多晶硅层；掺磷多晶硅层中磷元素的浓度为5E19 cm-3~2E21cm-3，具体可以是5E19cm-3、1E20cm-3、5E20cm-3、8E20cm-3、1E21cm-3或2E21cm-3等。将掺磷多晶硅层中磷的浓度控制在上述范围内，能够保证载流子的横向传输，有利于提升填充因子，可以理解的是，掺磷多晶硅层中磷的浓度指的是掺磷多晶硅层中只占据硅晶格位置的掺杂元素磷的浓度。
当第二掺杂导电层7中的掺杂元素为砷、其材质为多晶硅时，第二掺杂导电层7为掺砷多晶硅层；掺砷多晶硅层中砷元素的浓度为5E19 cm-3~2E21cm-3，具体可以是5E19cm-3、1E20cm-3、5E20cm-3、8E20cm-3、1E21cm-3或2E21cm-3等。将掺砷多晶硅层中砷的浓度控制在上述范围内，能够保证载流子的横向传输，有利于提升填充因子。
当第二掺杂导电层7中的掺杂元素为硼、其材质为多晶硅时，第二掺杂导电层7为掺硼多晶硅层；掺硼多晶硅层中硼元素的浓度为5E18 cm-3~5E19cm-3，具体可以是5E18cm-3、1E19cm-3、2E19cm-3、3E19cm-3、4E19cm-3或5E19cm-3等。将掺硼多晶硅层中硼的浓度控制在上述范围内，有利于获得优异的钝化性能，同时保证与金属电极的接触。
当第二掺杂导电层7中的掺杂元素为镓、其材质为多晶硅时，第二掺杂导电层7为掺镓多晶硅层；掺镓多晶硅层中镓元素的浓度为5E18 cm-3~5E19cm-3，具体可以是5E18cm-3、1E19cm-3、2E19cm-3、3E19cm-3、4E19cm-3或5E19cm-3等。将掺镓多晶硅层中镓的浓度控制在上述范围内，有利于获得优异的钝化性能，同时保证与金属电极的接触。
在一些实施方式中，第二掺杂导电层7的厚度为20nm~200nm，具体可以是20 nm、30nm、40 nm、50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、90 nm、100 nm、110 nm、120 nm、130 nm、140 nm、150nm、160 nm、170 nm、180 nm、190 nm或200 nm等。可以理解，由于第一掺杂导电层5仅对应局部的金属化区域，第二掺杂导电层7覆盖第一掺杂导电层5，且第二掺杂导电层7对应电池整个背面（即对应金属化区域和非金属化区域）。因此，第一掺杂导电层5的厚度小于第二掺杂导电层7的厚度。
在一些实施方式中，与第一掺杂导电层5相接触的隧穿层4的表面面积记为S1，与第一掺杂导电层5相接触的隧穿层4的表面面积和与第二掺杂导电层7相接触的隧穿层4的表面面积之和记为S2，S1：S2=1：（5~50），具体可以是1:5、1：10、1:20、1:30、1:40、1:45或1:50等，在上述范围内，既能够保证掺杂导电层在金属化区域的钝化性能的同时，还能保证掺杂导电层在其他区域的载流子的横向传输，有利于提升电池的光电转换效率。若S1：S2大于1:5，则第一掺杂导电层5的占比过多，导致多晶硅层中的载流子横向传输受阻较大，电池填充因子受影响，光电转换效率降低；若S1：S2小于1:50，则第二掺杂导电层7的占比过多，导致金属区载流子复合速率上升，钝化效果显著下降，电池开路电压受影响，光电转换效率降低。
在一些实施方式中，本申请实施例还提供一种太阳能电池的制备方法，能够用于制作本申请实施例提供的太阳能电池，在制备掺杂导电层的过程中，先制备覆盖隧穿层4的第一非导电层11，再在金属化区域制备阻滞层6，再在覆盖非金属化区域的隧穿层4和阻滞层6的表面制备第二非导电层12，最后进行掺杂处理，使得第二非导电层12和位于非金属化区域的第一非导电层11转变为第二掺杂导电层7、位于金属化区域的所述第一非导电层11转变为第一掺杂导电层5，由于阻滞层6的存在，随着掺杂处理过程中的进行，掺杂元素进入第一非导电层11变成第一掺杂导电层5的阻力越来越大，使得沿第一掺杂导电层5指向隧穿层4方向，第一掺杂导电层5的掺杂浓度依次减小，如此设置，能够尽可能的降低掺杂元素对于隧穿层4的扩散，有利于提升金属化区域的钝化性能。
在一些实施方式中，在掺杂处理的过程中，由于金属化区域阻滞层6的存在，阻止了掺杂元素向第一非导电层11方向的传输，使得位于金属化区域的第二非导电层12中存在较多的掺杂元素，而在非金属化区域，没有阻滞层6的阻挡，掺杂元素能够在整个非金属化区域进行较为均匀的扩散，导致位于非金属化区域的第一非导电层11和第二非导电层12中的掺杂元素较少，即位于非金属化区域的第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于位于金属化区域的第二掺杂导电层7的掺杂浓度，如此设置，使得第二掺杂导电层7中与第二电极10相接触的区域的浓度较大，有利于载流子的横向运输以及第二掺杂导电层7与第二电极10形成较好的接触。
在一些实施方式中，沿平行于隧穿层4所在平面层方向，由于第一掺杂导电层5的两侧分别与第二掺杂导电层7相接壤，在掺杂处理过程中，第二掺杂导电层7中的掺杂元素也会沿着平行于隧穿层4所在平面层方向扩散进入第一掺杂导电层5中，使得朝向第二掺杂导电层7的第一掺杂导电层5的掺杂浓度大于背离第二掺杂导电层7的第一掺杂导电层5的掺杂浓度。
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TOPCon电池，下面，将结合本发明实施例中的附图，对本申请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。
本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，如图2所示，为本申请太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤S100、提供半导体衬底1，半导体衬底1包括相对设置的第一表面和第二表面。
步骤S200、在制绒后的半导体衬底1的第一表面形成发射极2。
步骤S300、在半导体衬底1的第二表面形成隧穿层4。
步骤S400、在隧穿层4的表面形成第一非导电层11，第一非导电层11对应于金属化区域和非金属化区域。
步骤S500、在第一非导电层11表面形成阻滞层6，其中，阻滞层6对应于金属化区域。
步骤S600、在第一非导电层11和阻滞层6的表面形成第二非导电层12，对第二非导电层12进行掺杂处理，使得第二非导电层12和位于非金属化区域的第一非导电层11转变为第二掺杂导电层7、位于金属化区域的第一非导电层11转变为第一掺杂导电层5，其中，第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于第一掺杂导电层5的掺杂浓度。
步骤S700、在第二掺杂导电层7的表面形成第二钝化层8及在发射极2的表面形成第一钝化层3。
步骤S800、在第二钝化层8表面形成第二电极10及在第一钝化层3表面形成第一电极9。
在上述方案中，本申请通过在半导体衬底1的第二表面依次形成第一非导电层11、阻滞层6和第二非导电层12，再进行掺杂处理，阻滞层6的存在使得掺杂处理的过程中掺杂元素会较少的进入阻滞层6和隧穿层4之间的第一非导电层11中，使得第二非导电层12和位于非金属化区域的第一非导电层11转变为第二掺杂导电层7、位于金属化区域的第一非导电层11转变为第一掺杂导电层5，且第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于第一掺杂导电层5的掺杂浓度，第二非导电层12和位于非金属化区域的第一非导电层11转变为第二掺杂导电层7、位于金属化区域的第一非导电层11转变为第一掺杂导电层5，其中，第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于第一掺杂导电层5的掺杂浓度。一方面，浓度较低的第一掺杂导电层5与隧穿层4接触，能够减少掺杂元素对于隧穿层4的钝化影响，同时浓度较低的第一掺杂导电层5与半导体衬底1之间的准费米能级的差值qVD较小，有利于提升理论开路电压，有利于提升太阳能电池的光电转换效率；此外，浓度较高的第二掺杂导电层7存在于金属化区域和非金属化区域，能够保证电池背面载流子的横向传输速率，而且，处于非金属化区域的第二掺杂导电层7与半导体衬底1之间的距离较近，能够避免因为设置低浓度的第一掺杂导电层5和阻滞层6使得第二掺杂导电层7与半导体衬底1之间距离太远而导致第二掺杂导电层7的能带弯曲效果减弱太多，从而保证载流子的选择性传输。
在一些实施方式中，半导体衬底1的第一表面为太阳能电池的正面，半导体衬底1的第二表面为太阳能电池的背面为例，对本申请太阳能电池的制备方法进行清楚、完整地描述。
步骤S100、提供半导体衬底1，半导体衬底1包括相对设置的第一表面和第二表面。
在一些实施方式中，半导体衬底1为N型晶体硅衬底（或硅片），还可以是P型晶体硅衬底（硅片）。晶体硅衬底(硅衬底)例如为多晶硅衬底、单晶硅衬底、微晶硅衬底或碳化硅衬底中的一种，本申请实施例对于半导体衬底1的具体类型不作限定。半导体衬底1的掺杂元素可以是磷、氮等。
在一些实施方式中，半导体衬底1的厚度为110μm ~250μm，具体地，半导体衬底1的厚度可以是110 μm、120 μm、140 μm、150 μm、160 μm、170 μm、180 μm、180 μm、190 μm、200μm、210 μm、220 μm、230 μm、240 μm或250 μm等，本申请实施例对于半导体衬底1的厚度不作限定。
步骤S200、如图3所示，在制绒后的半导体衬底1的第一表面形成发射极2。
在一些实施方式中，可以对半导体衬底1的正面进行制绒处理，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溶液对半导体衬底1的前表面进行制绒处理，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，通过制绒处理使半导体衬底1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，在制绒处理之前，还可以包括对半导体衬底1进行清洗的步骤，以去除表面的金属和有机污染物。
在一些实施方式中，可通过高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种方法在半导体衬底1的正面形成发射极2。具体地，通过硼源来扩散硼原子形成发射极2。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。由于半导体衬底1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。
在一些实施例中，发射极2可以为具有均匀掺杂深度的发射极2结构，或者，可以为具有不同掺杂浓度和掺杂深度的选择性发射极2结构。
步骤S300、如图4所示，在半导体衬底1的第二表面形成隧穿层4。
在一些实施方式中，本申请实施例对于形成隧穿层4的具体操作方式的不作限定。示例性地，可以采用臭氧氧化法、高温热氧化法和硝酸氧化法中的任意一种对半导体衬底1的后表面进行氧化隧穿。隧穿层4可以为氧化硅层、氧化铝层和氮氧化硅层中的一种或多种。
步骤S400、如图5所示，在隧穿层4的表面形成第一非导电层11，第一非导电层11对应于金属化区域和非金属化区域。
在一些实施方式中，第一非导电层11采用的低温沉积的方式进行，具体地，非晶硅层可以采用化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）或原子层沉积法（ALD）中的任意一种或多种方法制备，本发明对于掺杂非晶硅层400的制备方法不作限定。相应的，沉积所采用的设备可以为CVD设备、PVD 设备和ALD设备等。
在一些实施方式中，低温沉积的温度为100℃~300℃，低温沉积的温度具体可以是100℃、110℃、120℃、150℃、170℃、200℃、220℃、250℃或300℃等，将低温沉积的温度限定在上述范围内，有利于形成非导电膜层，还可以使得局部非导电材料晶化，进而提高电池的光电性能。
在一些实施方式中，第一非导电层11的厚度为20nm~150nm，具体可以是20 nm、30nm、40 nm、50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、90 nm、100 nm、110 nm、120 nm、130 nm、140 nm或150 nm等。
步骤S500、如图6所示，在第一非导电层11表面形成阻滞层6，其中，阻滞层6对应于金属化区域。
在一些实施方式中，在硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物和镁氟化物等气体氛围下，在第一非导电层11表面进行局部激光处理形成与金属化区域对应的阻滞层6。局部激光处理相比于现有的掩膜版的处理方法，本申请的局部激光处理工艺简单，产能高，易量产。当然，还可以通过其他的方式形成局域化的阻滞层6，本申请对此不作限制，在形成阻滞层6的过程中，阻滞层6可以完全处于金属化区域内，还可以部分阻滞层6位于非金属化区域内部，以获得较强的阻滞作用。
在一些实施方式中，激光处理所采用的激光为脉冲宽度为1ps~100ns，具体可以是1 ps、100 ps、500 ps、1 ns、5ns、10ns、50ns或100ns。
在一些实施方式中，激光的波长为250nm~532nm，具体可以是250 nm、280 nm、300nm、350 nm、400 nm、480 nm、500 nm或532 nm。
在一些实施方式中，激光处理的功率为20mJ/cm2~500mJ/cm2，具体可以是20 mJ/cm2、50 mJ/cm2、80 mJ/cm2、100 mJ/cm2、150 mJ/cm2、200 mJ/cm2、300 mJ/cm2、400 mJ/cm2或500 mJ/cm2，对于在蓝绿波段吸收较好的硅氮化物等，可用小功率的激光进行处理；对于硅氧化物等带隙宽的材料需要用大功率的激光进行处理。
在一些实施方式中，激光处理的频率为100kHz~160kHz，具体可以是100 kHz、300kHz、800 kHz、1000 kHz、1300 kHz或1600kHz。
在一些实施方式中，激光处理的脉冲辐照次数为1~5次。
步骤S600、在第一非导电层11和阻滞层6的表面形成第二非导电层12，得到的结构如图7所示，对第二非导电层12进行掺杂处理，得到的结构如图8所示。
在上述步骤中，对第二非导电层12进行掺杂处理的过程中，掺杂元素沿图1所示的Z轴方向进行扩散，即在金属化区域，掺杂元素依次从第二非导电层12→阻滞层6→第一非导电层11进行传输，在传输的过程中，由于阻滞层6的存在，使得掺杂元素由第二非导电层12向第一非导电层11中扩散的难度增加，在掺杂的压力作用下，仍然有部分的掺杂元素可以扩散至第一非导电层11中，如此设置，使得第二非导电层12和位于非金属化区域的第一非导电层11转变为第二掺杂导电层7、位于金属化区域的第一非导电层11转变为第一掺杂导电层5，且第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于第一掺杂导电层5的掺杂浓度。可以理解，第一掺杂导电层5的厚度即为第一非导电层11的厚度，第二掺杂导电层7的厚度即为第一非导电层11的厚度加上第二非导电层12的厚度。
在一些实施方式中，在掺杂处理的过程中，随着掺杂处理过程中的进行，掺杂元素进入第一非导电层11变成第一掺杂导电层5的阻力越来越大，使得沿第一掺杂导电层5指向隧穿层4方向，第一掺杂导电层5的掺杂浓度依次减小。
在一些实施方式中，在掺杂处理的过程中，由于金属化区域阻滞层6的存在，阻止了掺杂元素向第一非导电层11方向的传输，使得位于金属化区域的第二非晶硅中存在较多的掺杂元素，而在非金属化区域，没有阻滞层6的阻挡，掺杂元素能够在整个非金属化区域进行较为均匀的扩散，导致位于非金属化区域的第一非导电层11和第二非导电层12中的掺杂元素较少，即位于非金属化区域的第二掺杂导电层7的掺杂浓度大于位于金属化区域的第二掺杂导电层7的掺杂浓度。
在一些实施方式中，沿平行于隧穿层4所在平面层方向，由于第一掺杂导电层5的两侧分别与第二掺杂导电层7相接壤，在掺杂处理过程中，第二掺杂导电层7中的掺杂元素也会沿着平行于隧穿层4所在平面层方向扩散进入第一掺杂导电层5中，使得朝向第二掺杂导电层7的第一掺杂导电层5的掺杂浓度大于背离第二掺杂导电层7的第一掺杂导电层5的掺杂浓度。
在一些实施方式中，掺杂处理采用高温沉积扩散法，其具体制备过程为：在高温设备通入氮气20min排尽炉管内空气，使得高温设备升温至600℃~1100℃，通入混合有掺杂源的惰性气体，如Ar/N2等，高温反应5 min ~50min；再通入氧气，继续在600℃~1100℃下继续氧化反应5 min ~60min，氧化后将高温设备降温至室温即可。
在一些实施方式中，掺杂处理的掺杂元素包括硼、镓、磷和砷中的至少一种。掺杂处理的掺杂源包括硼源、镓源、磷源和砷源中的至少一种，典型并非限制性的，硼源例如可以是BCl3、BBr3、B2H4、有机硼源和含高浓度硼单质的固体硅中的至少一种，镓源例如可以是三甲基镓和含高浓度镓单质的固体硅，磷源例如可以是POCl3、PH3、有机磷源和含高浓度磷单质的固体硅中的至少一种。砷源例如可以是AsH3和含高浓度砷单质的固体硅。
在一些实施方式中，掺杂元素导电类型与半导体衬底1的掺杂元素导电类型相同。例如，半导体衬底1为N型衬底，那么掺杂的元素为N型掺杂元素，比如磷元素或砷元素，形成的掺杂层可以为磷掺杂层或砷掺杂硅层；半导体衬底1为P型衬底，那么掺杂的元素为P型掺杂眼熟，比如硼元素或镓元素，形成的掺杂层为硼掺杂层或镓掺杂层。
步骤S700、如图9所示，在第二掺杂导电层7的表面形成第二钝化层8及在发射极2的表面形成第一钝化层3。
在一些实施方式中，在一些实施方式中，第一钝化层3可以包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等单层氧化层或多层结构。当然，第一钝化层3还可以采用其他类型的钝化层，本发明对于第一钝化层3的具体材质不作限定，上述第一钝化层3能够对半导体衬底1产生良好的钝化和减反效果，有助于提高电池的转换效率。
在一些实施方式中，第二钝化层8可以包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等单层氧化层或多层结构。例如，第二钝化层8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1产生钝化作用，明显改善太阳能电池的光电转换效率。
步骤S800、在第二钝化层8表面形成第二电极10及在第一钝化层3表面形成第一电极9。
在一些实施方式中，在半导体衬底1的正面使用浆料印刷正面主栅和正面副栅，并进行烘干形成对应的第一电极9，在半导体衬底1的背面使用浆料印刷背面主栅和背面副栅，并进行烘干形成对应的第二电极10，最后将烘干后的电池片进行烧结，制得太阳能电池。
本发明实施例中不限定第一电极9和第二电极10的具体材质。例如，第一电极9为银电极或银/铝电极，第二电极10为银电极或银/铝电极。
第三方面，本申请实施例提供一种光伏组件1000，包括如前述太阳能电池通过电连接形成的电池串。
具体地，请参阅图10，光伏组件1000包括第一盖板200、第一封装胶层300、太阳能电池串、第二封装胶层400和第二盖板500。
在一些实施方式中，太阳能电池串包括通过导电带连接的多个如前所述的太阳能电池100，太阳能电池100之间的连接方式可以是部分层叠，也可以是拼接。
在一些实施方式中，第一盖板200、第二盖板500可以为透明或不透明的盖板，例如玻璃盖板、塑料盖板。
第一封装胶层300的两侧分别与第一盖板200、电池串接触贴合，第二封装胶层400的两侧分别与第二盖板500、电池串接触贴合。其中，第一封装胶层300、第二封装胶层400分别可以乙烯-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。
光伏组件1000还可以采用侧边全包围式封装，即采用封装胶带对光伏组件1000的侧边完全包覆封装，以防止光伏组件1000在层压过程中发生层压偏移的现象。
光伏组件1000还包括封边部件，该封边部件固定封装于光伏组件1000的部分边缘。该封边部件可以固定封装于光伏组件1000上的靠近拐角处的边缘。该封边部件可以为耐高温胶带。该耐高温胶带具有较优异的耐高温特性，在层压过程中不会发生分解或脱落，能够保证对光伏组件1000的可靠封装。其中，耐高温胶带的两端分别固定于第二盖板500和第一盖板200。该耐高温胶带的两端可以分别与第二盖板500和第一盖板200粘接，而其中部能够实现对光伏组件1000的侧边的限位，防止光伏组件1000在层压过程中发生层压偏移。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：
半导体衬底，所述半导体衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；
位于所述半导体衬底第一表面的发射极和第一钝化层；
位于所述半导体衬底第二表面的隧穿层；
位于所述隧穿层表面的第一掺杂导电层和阻滞层，其中，所述第一掺杂导电层位于所述隧穿层与所述阻滞层之间，所述第一掺杂导电层和所述阻滞层对应于金属化区域；
位于所述隧穿层表面的第二掺杂导电层，所述第二掺杂导电层覆盖非金属化区域的所述隧穿层和所述阻滞层，所述阻滞层用于阻滞所述第二掺杂导电层中的掺杂元素向所述第一掺杂导电层中迁移，所述第二掺杂导电层的掺杂浓度大于所述第一掺杂导电层的掺杂浓度；
位于所述第二掺杂导电层表面的第二钝化层；
穿透所述第二钝化层与所述第二掺杂导电层形成接触的第二电极及穿透所述第一钝化层与所述发射极形成接触的第一电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂导电层的宽度与所述阻滞层的宽度之比为1:（1~2）。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，与所述第一掺杂导电层相接触的所述隧穿层的表面面积记为S1，与所述第一掺杂导电层相接触的所述隧穿层的表面面积和与所述第二掺杂导电层相接触的隧穿层的表面面积之和记为S2，S1：S2=1：（5~50）。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂导电层中的掺杂元素包括硼、磷、镓和砷的至少一种；和/或所述第一掺杂导电层的掺杂浓度为1E18 cm-3~1.5E21cm-3；和/或所述第一掺杂导电层的厚度为20nm~150nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂导电层中的掺杂元素包括硼、磷、镓和砷中的至少一种；和/或所述第二掺杂导电层的掺杂浓度为5E18 cm-3~2E21cm-3；和/或所述第二掺杂导电层的厚度为20nm~200nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述阻滞层的材质包括硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物和镁氟化物中的至少一种；和/或所述阻滞层的厚度为0.5nm~4nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂导电层的厚度小于所述第二掺杂导电层的厚度。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述非金属化区域的第二掺杂导电层的掺杂浓度大于位于所述金属化区域的第二掺杂导电层的掺杂浓度。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，沿所述第一掺杂导电层指向所述隧穿层方向，所述第一掺杂导电层的掺杂浓度依次减小。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，平行于所述隧穿层所在平面，朝向所述第二掺杂导电层的所述第一掺杂导电层的掺杂浓度大于背离所述第二掺杂导电层的所述第一掺杂导电层的掺杂浓度。
11.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
在制绒后的所述半导体衬底的第一表面形成发射极；
在所述半导体衬底的第二表面形成隧穿层；
在所述隧穿层的表面形成第一非导电层，所述第一非导电层对应于金属化区域和非金属化区域；
在所述第一非导电层表面形成阻滞层，其中，所述阻滞层对应于金属化区域；
在所述第一非导电层和所述阻滞层的表面形成第二非导电层，对所述第二非导电层进行掺杂处理，使得所述第二非导电层和位于非金属化区域的所述第一非导电层转变为第二掺杂导电层、位于金属化区域的所述第一非导电层转变为第一掺杂导电层，其中，所述第二掺杂导电层的掺杂浓度大于所述第一掺杂导电层的掺杂浓度；
在所述第二掺杂导电层的表面形成第二钝化层及在所述发射极的表面形成第一钝化层；
在所述第二钝化层表面形成第二电极及在所述第一钝化层表面形成第一电极。
12.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括盖板、封装材料层和太阳能电池串，所述太阳能电池串包括根据权利要求1~10任一项所述的太阳能电池或根据权利要求11所述的制备方法制得的太阳能电池。
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