CN116093179A - 太阳电池及其制备方法和用电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了太阳电池及其制备方法和用电设备，太阳电池包括：半导体基底、第一钝化层、第二钝化层、N型掺杂微晶硅层、P型掺杂微晶硅层、第一电极和第二电极；其中，N型掺杂微晶硅层包括第一N型掺杂微晶硅层和第二N型掺杂微晶硅层，与第二N型掺杂微晶硅层相比，第一N型掺杂微晶硅层具有较小的孔隙率；和/或，P型掺杂微晶硅层的结构与N型掺杂微晶硅层的结构类似。本发明的太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时具有较高的短路电流和填充因子，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。

Description

太阳电池及其制备方法和用电设备
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种太阳电池及其制备方法和用电设备。
背景技术
硅异质结HJT太阳电池是一种高效率晶体硅太阳电池，因其开路电压高、转换效率高、温度系数低等特点受到光伏行业的广泛关注。HJT太阳电池也是一种双面率很高的双面电池，其背面虽然是栅线电极，但该背面允许光进入从而对发电量有进一步的贡献，在相同条件下其发电输出功率高于普通晶体硅太阳电池10％以上，因此该类背面具有更高的性价比。HJT太阳电池通常以N型单晶硅片为衬底，基本制作工艺包括制绒清洗、硅基薄膜钝化层沉积、透明导电氧化物薄膜沉积以及金属电极制作。与常规晶体硅太阳电池相比，工艺过程更简单，规模化生产过程更容易管控。
硅基薄膜钝化层沉积是HJT太阳电池所有制作工艺中的关键，也是制作高效率HJT太阳电池的难点。区别于传统的晶体硅太阳电池，本征硅薄膜对N型单晶硅表面有终止悬挂键的作用从而形成良好的表面钝化，硅薄膜中丰富的原子氢可以降低表面缺陷或光生载流子的几率，从而极大地提升HJT太阳电池的开路电压。N型和P型重掺杂硅薄膜与N型单晶硅之间形成内建电场，起到分离并收集电子和空穴的作用，形成电力输出。
为了进一步提升HJT太阳电池的转换效率，现有的技术方向是将分别位于单晶硅两侧的N型和P型掺杂型薄膜的微结构向着有序(即结晶化)调节，由此提高N型和P型掺杂型薄膜的光透过率和电导率。微结晶化的掺杂型薄膜容易变得多孔且疏松，一方面，生长过程中高能粒子轰击会造成结构少氢且多孔；另一方面，晶粒形成取向不一致造成晶粒间界较多容易吸附杂质，因此多孔的掺杂型薄膜很容易受到水汽的氧化。尤其是在第一受光面的掺杂层经常需要通入宽带隙元素增强薄膜的透光性，当宽带隙元素超过一定比例时薄膜内的孔隙率会剧增，从而导致掺杂层阻挡水汽的能力下降，就会增大本征钝化层和晶体硅之间界面质量劣化的风险，从而导致HJT太阳电池即使置于暗态条件下的室温大气环境下，其转换效率的衰减也非常大。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种太阳电池及其制备方法和用电设备。本发明通过调控N型掺杂微晶硅层和/或P型掺杂微晶硅层的孔隙率，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种太阳电池。根据本发明的实施例，所述太阳电池包括：
半导体基底，所述半导体基底具有相对的第一表面和第二表面；
第一钝化层，所述第一钝化层设置在至少部分所述第一表面上；
第二钝化层，所述第二钝化层设置在至少部分所述第二表面上；
N型掺杂微晶硅层，所述N型掺杂微晶硅层设置在所述第一钝化层的远离所述半导体基底的至少部分表面上；
P型掺杂微晶硅层，所述P型掺杂微晶硅层设置在所述第二钝化层的远离所述半导体基底的至少部分表面上；
第一电极，所述第一电极与所述N型掺杂微晶硅层电接触；
第二电极，所述第二电极与所述P型掺杂微晶硅层电接触；
其中，所述N型掺杂微晶硅层包括第一N型掺杂晶硅层和第二N型掺杂微晶硅层，所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率；
和/或，所述P型掺杂微晶硅层包括第一P型掺杂微晶硅层和第二P型掺杂微晶硅层，所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率。
根据本发明实施例的太阳电池，通过调控N型掺杂微晶硅层和/或P型掺杂微晶硅层的孔隙率，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。
另外，根据本发明上述实施例的太阳电池还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述第二N型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述一N型掺杂微晶硅层的结晶度。
在本发明的一些实施例中，所述二P型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述第一P型掺杂微晶硅层的结晶度。
在本发明的一些实施例中，所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％-30％。
在本发明的一些实施例中，所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％-50％。
在本发明的一些实施例中，所述第二N型掺杂微晶硅层的结晶度为20％-50％。
在本发明的一些实施例中，所述第一N型掺杂微晶硅层的结晶度为5％-45％。
在本发明的一些实施例中，所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％-20％。
在本发明的一些实施例中，所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％-30％。
在本发明的一些实施例中，所述第二P型掺杂微晶硅层的结晶度为30％-90％。
在本发明的一些实施例中，所述第一P型掺杂微晶硅层的结晶度为5％-50％。
在本发明的一些实施例中，所述第一N型掺杂微晶硅层的总厚度为1-10nm；和/或，所述第二N型掺杂微晶硅层的总厚度为5-30nm。
在本发明的一些实施例中，所述第一P型掺杂微晶硅层的总厚度为1-10nm；和/或，所述第二P型掺杂微晶硅层的总厚度为10-50nm。
在本发明的一些实施例中，述第一N型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第二N型掺杂晶微硅层的折射率。
在本发明的一些实施例中，所述第一N型掺杂微晶硅层的折射率为2.3-3.2。
在本发明的一些实施例中，所述第二N型掺杂微晶硅层的折射率为1.5-2.3。
在本发明的一些实施例中，所述第一P型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第二P型掺杂晶微硅层的折射率。
在本发明的一些实施例中，所述第一P型掺杂微晶硅层的折射率为3.0-3.8。
在本发明的一些实施例中，所述第二P型掺杂微晶硅层的折射率为2.0-3.0。
在本发明的一些实施例中，所述第一N型掺杂微晶硅层的折射率不大于所述半导体基底的折射率。
在本发明的一些实施例中，所述第一P型掺杂微晶硅层的折射率不大于所述半导体基底的折射率。
在本发明的一些实施例中，所述第一电极包括第一透明导电层和第一栅线，所述N型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第一透明导电层的折射率。
在本发明的一些实施例中，所述第二电极包括第二透明导电层和第二栅线，所述P型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第二透明导电层的折射率。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备太阳电池的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
提供半导体基底，所述半导体基底具有相对的第一表面和第二表面；
在至少部分所述第一表面上依次形成第一钝化层和N型掺杂微晶硅层；
在至少部分所述第二表面上依次形成第二钝化层和P型掺杂微晶硅层；
制备第一电极和第二电极，且使所述第一电极与所述N型掺杂微晶硅层电接触，使所述第二电极与所述P型掺杂微晶硅层电接触；
其中，所述N型掺杂微晶硅层包括第一N型掺杂微晶硅层和第二N型掺杂微晶硅层，所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率；
和/或，所述P型掺杂微晶硅层包括第一P型掺杂微晶硅层和第二P型掺杂微晶硅层，所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率。
根据本发明实施例的方法，该方法通过调控N型掺杂微晶硅层和/或P型掺杂微晶硅层的孔隙率，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。且该方法简单易实施，更容易实现规模化生产。
另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下技术方案：
在本发明的一些实施例中，所述第二N型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述一N型掺杂微晶硅层的结晶度。
在本发明的一些实施例中，所述二P型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述第一P型掺杂微晶硅层的结晶度。
在本发明的一些实施例中，调整所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第一N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种；和/或，调整所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第二N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，调整所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第一P型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种；和/或，调整所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第二P型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种。
在本发明的第三个方面，本发明提出一种用电设备。根据本发明的实施例，所述用电设备具有以上实施例所述的太阳电池或者以上实施例所述的方法制得的太阳电池。由此，该用电设备具有上述太阳电池的所有优点，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一个实施例的HJT太阳电池的结构示意图；
图2为本发明再一个实施例的HJT太阳电池的结构示意图；
图3为本发明又一个实施例的HJT太阳电池的结构示意图。
附图标注：
1-半导体基底，2-第一钝化层，3-N型掺杂微晶硅层，3-1-第一N型掺杂微晶硅层，3-2-第二N型掺杂微晶硅层，4-第一透明导电层，5-第一栅线，6-第二钝化层，7-P型掺杂微晶硅层，7-1-第一P型掺杂微晶硅层，7-2-第二P型掺杂微晶硅层，8-第二透明导电层，9-第二栅线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种太阳电池。根据本发明的实施例，参考附图1-3，太阳电池包括：半导体基底1，半导体基底1具有相对的第一表面和第二表面；第一钝化层2，第一钝化层2设置在至少部分第一表面上；第二钝化层6，第二钝化层6设置在至少部分第二表面上；N型掺杂微晶硅层3，N型掺杂微晶硅层3设置在第一钝化层2的远离半导体基底1的至少部分表面上；P型掺杂微晶硅层7，P型掺杂微晶硅层7设置在第二钝化层6的远离半导体基底1的至少部分表面上；第一电极，第一电极与N型掺杂微晶硅层3电接触；第二电极，第二电极与P型掺杂微晶硅层7电接触；其中，N型掺杂微晶硅层3包括第一N型掺杂微晶硅层3-1和第二N型掺杂微晶硅层3-2，第一N型掺杂微晶硅层3-1的孔隙率小于第二N型掺杂微晶硅层3-2的孔隙率；和/或，P型掺杂微晶硅层7包括第一P型掺杂微晶硅层7-1和第二P型掺杂微晶硅层7-2，第一P型掺杂微晶硅层7-1的孔隙率小于第二P型掺杂微晶硅层7-2的孔隙率。由此，通过调控N型掺杂微晶硅层3和/或P型掺杂微晶硅层7的孔隙率，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。具体来说，本发明的太阳电池的初始转换效率不小于24.66％，在大气中搁置30天后，其转换效率的衰减不大于0.35％，通过热辅助的强光光照射后，其转换效率可恢复至初始高效率水平。
下面对本发明提出的太阳电池能够实现上述有益效果的原理进行详细说明：
现有技术中，为了进一步提升HJT太阳电池的转换效率，需要提高N型掺杂型薄膜和/或P型掺杂型薄膜的有序度(即结晶度)，但是结晶化的掺杂型薄膜容易变得多孔且疏松，从而容易受到空气中水汽的氧化，从而导致HJT太阳电池即使置于暗态条件下的室温大气环境下，其转换效率的衰减也非常大，总结来说，现有技术存在以下几个问题：1)掺杂型微晶硅薄膜疏松不抗水汽氧化的问题；2)高效率的HJT太阳电池的短路电流和填充因子制衡的问题；3)高短路电流且高效率的太阳电池性能衰减较大的问题。
为了解决上述问题，本发明通过在N型掺杂微晶硅层3中设置孔隙率较小的第一N型掺杂微晶硅层3-1(即致密度较好的第一N型掺杂微晶硅层3-1)，该孔隙率较小的第一N型掺杂微晶硅层3-1中的悬挂键数量较少，不仅能抵抗水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，而且有利于载流子的输运和收集。进一步地，本发明通过在N型掺杂微晶硅层3中设置结晶度较高的第二N型掺杂微晶硅层3-2(即有序度较高的第二N型掺杂微晶硅层3-2)，该结晶度较高的第二N型掺杂微晶硅层3-2的吸收系数较小，降低了N型掺杂微晶硅层3的寄生吸收，从而进一步提高了太阳电池的短路电流；且进一步提高了N型掺杂微晶硅层3的光透过率以及电导率，从而进一步增强了太阳电池的场效应使Voc和填充因子FF均得到有效改善。
同样地，本发明通过在P型掺杂微晶硅层7中设置孔隙率较小的第一P型掺杂微晶硅层7-1(即致密度较好的第一P型掺杂微晶硅层7-1)，该孔隙率较小的第一P型掺杂微晶硅层7-1中的悬挂键数量较少，不仅能抵抗水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，而且有利于载流子的输运和收集。进一步地，本发明通过在P型掺杂微晶硅层7中设置结晶度较高的第二P型掺杂微晶硅层7-2(即有序度较高的第二P型掺杂微晶硅层7-2)，该结晶度较高的第二P型掺杂微晶硅层7-2的吸收系数较小，从而降低了P型掺杂微晶硅层7的寄生吸收，从而进一步提高了太阳电池的短路电流；且进一步提高了P型掺杂微晶硅层7的光透过率以及电导率，从而进一步增强了太阳电池的场效应使Voc和填充因子FF均得到有效改善。
在本发明的实施例中，上述第一N型掺杂微晶硅层3-1的孔隙率指的是基于第一N型掺杂微晶硅层3-1的总体积，第一N型掺杂微晶硅层3-1中的孔隙所占的百分比，其他层中的孔隙率也是同样的定义。本发明采用FTIR光谱测试氢含量和折射率的方法计算得到各层的孔隙率。
在本发明的实施例中，上述第二N型掺杂微晶硅层3-2的结晶度指的是基于TO模式的积分总面积，晶化峰位为500-520(拉曼位移，单位为cm-1)之间积分面积所占的百分比，其他层中的结晶度也是同样的定义。本发明采用Raman光谱测试得到各层的结晶度。
在本发明的实施例中，N型掺杂微晶硅层3包括至少一层第一N型掺杂微晶硅层3-1和至少一层第二N型掺杂微晶硅层3-2，其具体层数并不受特别限定，而且第一N型掺杂微晶硅层3-1和第二N型掺杂微晶硅层3-2的设置位置也不受特别限定。例如N型掺杂微晶硅层3包括一层第一N型掺杂微晶硅层3-1和一层第二N型掺杂微晶硅层3-2，可以将第一N型掺杂微晶硅层3-1设置在第一钝化层2的远离半导体基底1的至少部分表面上，第二N型掺杂微晶硅层3-2设置在第一N型掺杂微晶硅层3-1的远离第二钝化层的至少部分表面上，如附图1所示；也可以第二N型掺杂微晶硅层3-2设置在第一钝化层2的远离半导体基底1的至少部分表面上，第一N型掺杂微晶硅层3-1设置在第二N型掺杂微晶硅层3-2的远离第二钝化层的至少部分表面上，如附图2所示。又例如N型掺杂微晶硅层3包括两层第一N型掺杂微晶硅层3-1和两层第二N型掺杂微晶硅层3-2，第一N型掺杂微晶硅层3-1和第二N型掺杂微晶硅层3-2间隔设置(如附图3所示)，也可以不间隔设置，其具体设置方式并不受特别限定。优选地，将孔隙率较小(即致密度较好)的第一N型掺杂微晶硅层3-1远离第一钝化层2设置。
在本发明的实施例中，P型掺杂微晶硅层7包括至少一层第一P型掺杂微晶硅层7-1和至少一层第二P型掺杂微晶硅层7-2，其具体层数并不受特别限定，而且第一N型掺杂微晶硅层3-1和第二N型掺杂微晶硅层3-2的设置位置也不受特别限定。P型掺杂微晶硅层7的设置方式与N型掺杂微晶硅层3的设置方式可以相同，也可以不相同。
根据本发明的一些具体实施例，第一N型掺杂微晶硅层3-1的孔隙率为2％-30％，通过将第一N型掺杂微晶硅层3-1的孔隙率限定在上述范围内，进一步确保了第一N型掺杂微晶硅层3-1抵抗水汽氧化的能力，从而进一步能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，而且进一步有利于载流子的输运和收集。发明人发现，如果第一N型掺杂微晶硅层3-1的孔隙率过大，会导致第一N型掺杂微晶硅层3-1抵抗水汽氧化的能力较差，从而导致太阳电池即使置于暗态条件下的室温大气环境下，其转换效率的衰减也非常大；如果第一N型掺杂微晶硅层3-1的孔隙率过小，会导致非常强的寄生吸收，从而导致短路电流降低。进一步地，第二N型掺杂微晶硅层3-2的孔隙率为5％-50％。
根据本发明的再一些具体实施例，第二N型掺杂微晶硅层3-2的结晶度为20％-50％，通过将第二N型掺杂微晶硅层3-2的结晶度限定在上述范围内，进一步确保了第二N型掺杂微晶硅层3-2的吸收系数较小，从而进一步降低了N型掺杂微晶硅层3的寄生吸收，进一步提高了太阳电池的短路电流；且进一步提高了N型掺杂微晶硅层3的光透过率以及电导率，从而增强了太阳电池的场效应使Voc和填充因子FF均得到有效改善。发明人发现，如果第二N型掺杂微晶硅层3-2的结晶度过小，会导致第二N型掺杂微晶硅层3-2的吸收系数以及寄生吸收较大，从而导致太阳电池的短路电流过小，且N型掺杂微晶硅层3的光透过率以及电导率较小；如果第二N型掺杂微晶硅层3-2的结晶度过大，会导致薄膜的孔隙率过高，从而导致电池的串联电阻增大而填充因子FF降低。进一步地，第一N型掺杂微晶硅层3-1的结晶度为5％-45％。
根据本发明的又一些具体实施例，第一P型掺杂微晶硅层7-1的孔隙率为2％-20％，通过将第一P型掺杂微晶硅层7-1的孔隙率限定在上述范围内，进一步确保了第一P型掺杂微晶硅层7-1抵抗水汽氧化的能力，从而进一步能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，而且进一步有利于载流子的输运和收集。其原理与第一N型掺杂微晶硅层3-1的相同，在此不再赘述。进一步地，第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％-30％。
根据本发明的又一些具体实施例，第二P型掺杂微晶硅层7-2的结晶度为30％-90％，通过将第二P型掺杂微晶硅层7-2的结晶度限定在上述范围内，进一步确保了第二P型掺杂微晶硅层7-2的吸收系数较小，从而进一步降低了P型掺杂微晶硅层7的寄生吸收，进一步提高了太阳电池的短路电流；且进一步提高了P型掺杂微晶硅层7的光透过率以及电导率，从而增强了太阳电池的场效应使Voc和填充因子FF均得到有效改善。其原理与第二N型掺杂微晶硅层3-2的相同，在此不再赘述。进一步地，第一P型掺杂微晶硅层的结晶度为5-50％。
根据本发明的又一些具体实施例，第一N型掺杂微晶硅层3-1的总厚度为1-10nm，将第一N型掺杂微晶硅层3-1的总厚度限定在上述范围内，进一步确保了第一N型掺杂微晶硅层3-1抵抗水汽氧化的能力，从而进一步能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，而且进一步有利于载流子的输运和收集。可以理解的是，如果第一N型掺杂微晶硅层3-1的总厚度过小，会导致第一N型掺杂微晶硅层3-1抵抗水汽氧化的能力较差，从而导致太阳电池即使置于暗态条件下的室温大气环境下，其转换效率的衰减也非常大。
根据本发明的又一些具体实施例，第二N型掺杂微晶硅层3-2的总厚度为5-30nm，将第二N型掺杂微晶硅层3-2的总厚度限定在上述范围内，进一步确保了第二N型掺杂微晶硅层3-2的吸收系数较小，从而进一步降低了N型掺杂微晶硅层3的寄生吸收，进一步提高了太阳电池的短路电流；且进一步提高了N型掺杂微晶硅层3的光透过率以及电导率，从而增强了太阳电池的场效应使Voc和填充因子FF均得到有效改善。可以理解的是，如果第二N型掺杂微晶硅层3-2的总厚度过小，会导致第二N型掺杂微晶硅层3-2的吸收系数以及寄生吸收较大，从而导致太阳电池的短路电流过小，且N型掺杂微晶硅层3的光透过率以及电导率较小。
同样地，第一P型掺杂微晶硅层7-1的总厚度为1-10nm；第二P型掺杂微晶硅层7-2的总厚度为10-50nm。其原理与第一N型掺杂微晶硅层3-1、第二N型掺杂微晶硅层3-2相同，在此不再赘述。
根据本发明的又一些具体实施例，第一N型掺杂微晶硅层的折射率大于第二N型掺杂晶微硅层的折射率，由此，进一步使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，同时进一步使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性。进一步地，第一N型掺杂微晶硅层的折射率可以为2.3-3.2；第二N型掺杂微晶硅层的折射率可以为1.5-2.3。
根据本发明的又一些具体实施例，第一P型掺杂微晶硅层的折射率大于第二P型掺杂晶微硅层的折射率，由此，进一步使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，同时进一步使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性。进一步地，第一P型掺杂微晶硅层的折射率为3.0-3.8，第二P型掺杂微晶硅层的折射率为2.0-3.0。
在本发明的实施例中，上述半导体基底1的材料可以选择硅(Si)或者锗(Ge)等材料或者砷化镓(GaAs)等材料。在导电类型方面，上述半导体基底1可以采用N型半导体基底1，也可以采用P型半导体基底1。需要说明的是，半导体基底1的第一表面指的是迎光面，半导体基底1的第二表面指的是背光面。可选地，第一N型掺杂微晶硅层的折射率不大于半导体基底的折射率。可选地，第一P型掺杂微晶硅层的折射率不大于半导体基底的折射率。
在本发明的实施例中，上述第一钝化层2和第二钝化层6的具体种类并不受特别限定，例如可以分别为本征非晶硅层。
在本发明的实施例中，第一电极包括第一透明导电层4(例如TCO)和第一栅线5，可选地，N型掺杂微晶硅层的折射率大于第一透明导电层的折射率。第二电极包括第二透明导电层8(例如TCO)和第二栅线9，可选地，P型掺杂微晶硅层的折射率大于第二透明导电层的折射率。
需要说明的是，本发明所涉及的折射率均指入射光波长为632.8nm下的折射率。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备太阳电池的方法。根据本发明的实施例，方法包括：
S100：提供半导体基底
在该步骤中，提供半导体基底，半导体基底具有相对的第一表面和第二表面。半导体基底的第一表面指的是迎光面，半导体基底的第二表面指的是背光面。
为了确保半导体基底的清洁度且将硅片的切割损伤层去除，可将裸硅片投入槽式抛光清洗机中进行抛光工艺，在一些示例中，利用KOH、NaOH等碱溶液对单晶硅的各向异性腐蚀特性，对N型单晶硅片进行制绒，然后利用RCA1和RCA2溶液对单晶硅片进行清洗，获得表面清洁的晶体硅。
S200：在至少部分第一表面上依次形成第一钝化层和N型掺杂微晶硅层
具体地，在沉积腔室内引入硅源和稀释气体，基底温度为170-220℃左右，在第一表面(即入光面)沉积第一钝化层(例如本征非晶硅层)和N型掺杂微晶硅层，且使N型掺杂微晶硅层包括第一N型掺杂微晶硅层和第二N型掺杂微晶硅层，第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率小于第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率，进一步地，第二N型掺杂微晶硅层的结晶度大于一N型掺杂微晶硅层的结晶度。通过调控N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。
根据本发明的一个具体实施例，调整第一N型掺杂微晶硅层或第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整第一N型掺杂微晶硅层或第二N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种。具体来说，在其他条件不变的情况下，氢稀释从小到大伴随着第一N型掺杂微晶硅层或第二N型掺杂微晶硅层从非晶相至微晶相的转变，即伴随着氢稀释的增大，其结晶度增大，其孔隙率增加，其致密度减小。在其他条件不变的情况下，沉积功率越小，其结晶度减小，其孔隙率越小，其致密度越好。在其他条件不变的情况下，沉积气压越小，其结晶度减小，其孔隙率越小，其致密度越好。在其他条件不变的情况下，增加宽带隙元素的流量比例，其结晶度减小，同时其孔隙率增加，其致密度减小。因此，通过调整氢稀释比例、沉积功率、沉积气压或宽带隙元素的流量比例均可以调整第一N型掺杂微晶硅层或第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度。需要说明的是，氢稀释比例、沉积功率、沉积气压或宽带隙元素的流量比例等各参数之间是相互影响的。其中，氢稀释比例指的是氢气和反应气体的比例，宽带隙元素的流量比例指的是宽带隙元素与硅烷的流量比。
根据本发明的再一个具体实施例，通过调整第一N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种，从而使形成的第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为10％-50％，结晶度为5％-45％。同样地，通过调整第二N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种，从而使形成的第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为10％-50％，结晶度为20％-50％。
S300：在至少部分第二表面上依次形成第二钝化层和P型掺杂微晶硅层
在该步骤中，具体地，在沉积腔室内引入硅源和稀释气体，基底温度为200℃左右，在第二表面(即背光面)沉积第二钝化层(例如本征非晶硅层)和P型掺杂微晶硅层，且使P型掺杂微晶硅层包括第一P型掺杂微晶硅层和第二P型掺杂微晶硅层，第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率小于第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率，进一步地，第二P型掺杂微晶硅层的结晶度大于一P型掺杂微晶硅层的结晶度。通过调控P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。
在本发明的实施例中，调控第一P型掺杂微晶硅层或第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法与调控第一P型掺杂微晶硅层的方法相同，其调控原理也相同，在此不再赘述。具体地，通过调整第一P型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种，从而使形成的第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％-20％，结晶度为5％-50％。同样地，通过调整第二P型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种，从而使形成的第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％-30％，结晶度为30％-90％。
需要说明的是，步骤S200和S300的先后顺序并不受特别限定，可以先进行S200，也可以先进行S300。
S400：制备第一电极和第二电极
在该步骤中，制备第一电极和第二电极，且使第一电极与N型掺杂微晶硅层电接触，使第二电极与P型掺杂微晶硅层电接触。具体地，分别在N型掺杂微晶硅层和P型掺杂微晶硅层的表面沉积透明导电层(例如TCO)，接着在两个透明导电层的表面上制作栅线电极。
根据本发明实施例的方法，该方法通过调控N型掺杂微晶硅层和/或P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度，使太阳电池能够抵抗空气中水汽的氧化，从而能够抑制太阳电池随搁置时间的延长其转换效率的急剧衰减，同时使太阳电池保持较高的短路电流和填充因子的稳定性，从而提高了高效率太阳电池的稳定性。且该方法简单易实施，更容易实现规模化生产。
在本发明的第三个方面，本发明提出一种用电设备。根据本发明的实施例，所述用电设备具有以上实施例所述的太阳电池或者以上实施例所述的方法制得的太阳电池。由此，该用电设备具有上述太阳电池的所有优点，在此不再赘述。
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1
本实施例提供一种太阳电池，其制备方法如下：
1)制绒、清洗N型硅片：分别采用10wt％的KOH溶液和30wt％的NaOH溶液对N型单晶进行制绒，然后分别采用RCA1溶液和RCA2溶液对硅片进行清洗，获得表面清洁的晶体硅；
2)在真空沉积腔室内引入硅源和稀释气体氢气，基底温度为200℃左右，采用离子体增强化学气相沉积PECVD方法在硅片的第一表面(即入光面)沉积5nm厚的本征非晶硅薄膜；然后使用400mW/cm2的功率密度、200的氢稀释以及400Pa的气压，沉积20nm第二N型掺杂微晶硅层；最后将功率密度调至50mW/cm2，且降低氢稀释至10，沉积大约5nm的第一N型掺杂微晶硅层。通过测试，第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％，结晶度为10％，第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为20％，结晶度为40％。
3)在真空沉积腔室内引入硅源和稀释气体氢气，基底温度为200℃左右，采用离子体增强化学气相沉积PECVD方法在硅片的第二表面(即背光面)沉积8nm的本征非晶硅薄膜；然后使用400mW/cm2的功率密度、200的氢稀释以及300Pa的气压，沉积20nm第二P型掺杂微晶硅层；最后将功率密度调至50mW/cm2，且降低氢稀释至10，沉积大约5nm的第一P型掺杂微晶硅层。通过测试，第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％，结晶度为30％，第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为10％，结晶度为60％。
4)制作电极：分别在第一N型掺杂微晶硅层和第一P型掺杂微晶硅层的表面上沉积透明导电氧化物(TCO)薄膜，然后分别在TCO上制作银栅线电极。
实施例2
本实施例提供一种太阳电池，其制备方法如下：
1)制绒、清洗N型硅片：分别采用40wt％的KOH溶液和50wt％的NaOH溶液对N型单晶进行制绒，然后分别采用RCA1溶液和RCA2溶液对硅片进行清洗，获得表面清洁的晶体硅；
2)在真空沉积腔室内引入硅源和稀释气体氢气，首先预热基底，在硅片的第一表面(即入光面)依次沉积7nm的本征非晶硅薄膜；然后使用1800℃的热丝，通入氢稀释为10且碳源比例为50％的反应气体，沉积气压为1Pa，沉积5nm第二N型掺杂微晶硅层；然后将氢稀释调至5，将碳源气体关停，沉积大约2nm的第一N型掺杂微晶硅层，再重复上述步骤2次，形成5nm第二N型掺杂微晶硅层+2nm第一N型掺杂微晶硅层+5nm第二N型掺杂微晶硅层+2nm第一N型掺杂微晶硅层+5nm第二N型掺杂微晶硅层+2nm第一N型掺杂微晶硅层的N型掺杂型微晶硅薄膜。通过测试，第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％，结晶度为20％，第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％，结晶度为45％。
3)在真空沉积腔室内引入硅源和稀释气体氢气，首先预热基底，在硅片的第二表面(即背光面)依次沉积10nm的本征非晶硅薄膜；然后使用1800℃的热丝，通入氢稀释为10且碳源比例为50％的反应气体，沉积气压为1Pa，沉积5nm第二P型掺杂微晶硅层；然后将氢稀释调至5，将碳源气体关停，沉积大约2nm的第一P型掺杂微晶硅层，重复上述步骤2次，形成5nm第二P型掺杂微晶硅层+2nm第一P型掺杂微晶硅层+5nm第二P型掺杂微晶硅层+2nm第一P型掺杂晶硅层+5nm第二P型掺杂微晶硅层+2nm第一P型掺杂微晶硅层的P型掺杂型微晶硅薄膜。通过测试，第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％，结晶度为30％，第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％，结晶度为70％。
4)制作电极：分别在第一N型掺杂微晶硅层和第一P型掺杂微晶硅层的表面上沉积透明导电氧化物(TCO)薄膜，然后分别在TCO上制作银栅线电极。
实施例3
本实施例提供一种太阳电池，本实施例与实施例1的区别仅在于：
2)依次沉积30nm的第二N型掺杂微晶硅层和8nm的第一N型掺杂微晶硅层，并通过调整各参数使第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为8％，结晶度为15％，第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为25％，结晶度为45％。
3)依次沉积40nm的第二P型掺杂微晶硅层和8nm的第一P型掺杂微晶硅层，并通过调整各参数使第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为3％，结晶度为35％，第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为15％，结晶度为65％。
其他内容均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种太阳电池，本实施例与实施例1的区别仅在于：
2)依次沉积15nm第二N型掺杂微晶硅层+3nm第一N型掺杂微晶硅层+15nm第二N型掺杂微晶硅层+3nm第一N型掺杂微晶硅层，并通过调整各参数使第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为3％，结晶度为5％，第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为15％，结晶度为35％。
3)依次沉积15nm第二P型掺杂微晶硅层+3nm第一P型掺杂微晶硅层+15nm第二P型掺杂微晶硅层+3nm第一P型掺杂微晶硅层，并通过调整各参数使第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％，结晶度为25％，第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％，结晶度为55％。
其他内容均与实施例2相同。
对比例1
本对比例提供一种太阳电池的制备方法，本对比例与实施例1的区别仅在于：
2)将沉积20nm的第二N型掺杂微晶硅层+5nm的第一N型掺杂微晶硅层替换为沉积25nm的N型掺杂微晶硅层，且该N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度均与实施例1中的第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度相等。
3)将沉积20nm的第二P型掺杂微晶硅层+5nm的第一P型掺杂微晶硅层替换为沉积25nm的P型掺杂微晶硅层，且该P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度均与实施例1中的第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度相等。
其他内容均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种太阳电池的制备方法，本对比例与实施例1的区别仅在于：
2)将沉积20nm的第二N型掺杂微晶硅层+5nm的第一N型掺杂微晶硅层替换为沉积25nm的N型掺杂微晶硅层，且该N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度均与实施例1中的第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度相等。
3)将沉积20nm的第二P型掺杂微晶硅层+5nm的第一P型掺杂微晶硅层替换为沉积25nm的P型掺杂微晶硅层，且该P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度均与实施例1中的第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度相等。
其他内容均与实施例1相同。
分别对实施例1-4以及对比例1-2的太阳电池中掺杂型微晶薄膜的晶化率、光学带隙、可见光区域的透过率、电导率、折射率进行测试计算，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0004048922530000141
Figure BDA0004048922530000151
从表1中可以看出，实施例1-4均具有较高的可见光区域的透过率、折射率、电导率，且均具有较宽的光学带隙。与实施例1相比，对比例1的折射率和电导率均较低。与实施例1相比，对比例2的可见光区域的透过率较低，且光学带隙较窄。可见，对比例1和2均无法同时获得较高的可见光区域的透过率和较高的折射率。
分别对实施例1-4以及对比例1-2的太阳电池的短路电流、填充因子、Voc、初始转换效率以及在大气中搁置30天后的转换效率进行测试，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0004048922530000152
从表2中可以看出，实施例1-4的短路电流、填充因子、Voc和初始转换效率均较高，且其在大气中搁置30天后的转换效率的损失均较小，均在0.35％以下。与实施例1相比，对比例1的短路电流和初始转换效率均较高，但是对比例1在大气中搁置30天后的转换效率的损失高达0.62％，而实施例1在大气中搁置30天后的转换效率的损失仅为0.31％。虽然对比例2在大气中搁置30天后的转换效率的损失均为0.2％，但是与实施例1的初始转换效率为25.13％相比，对比例2的初始转换效率较低，仅为24.32％，且对比例2的短路电流也较低。可见，对比例1和2均无法同时达到初始转换效率较高且在大气中搁置30天后的转换效率损失较低的效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种太阳电池，其特征在于，包括：
半导体基底，所述半导体基底具有相对的第一表面和第二表面；
第一钝化层，所述第一钝化层设置在至少部分所述第一表面上；
第二钝化层，所述第二钝化层设置在至少部分所述第二表面上；
N型掺杂微晶硅层，所述N型掺杂微晶硅层设置在所述第一钝化层的远离所述半导体基底的至少部分表面上；
P型掺杂微晶硅层，所述P型掺杂微晶硅层设置在所述第二钝化层的远离所述半导体基底的至少部分表面上；
第一电极，所述第一电极与所述N型掺杂微晶硅层电接触；
第二电极，所述第二电极与所述P型掺杂微晶硅层电接触；
其中，所述N型掺杂微晶硅层包括第一N型掺杂微晶硅层和第二N型掺杂晶微硅层，所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率；
和/或，所述P型掺杂微晶硅层包括第一P型掺杂微晶硅层和第二P型掺杂晶硅层，所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第二N型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述一N型掺杂微晶硅层的结晶度；
和/或，所述二P型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述第一P型掺杂微晶硅层的结晶度。
3.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％-30％；
和/或，所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％-50％；
和/或，所述第二N型掺杂微晶硅层的结晶度为20％-50％；
和/或，所述第一N型掺杂微晶硅层的结晶度为5％-45％。
4.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率为2％-20％；
和/或，所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率为5％-30％；
和/或，所述第二P型掺杂微晶硅层的结晶度为30-90％；
和/或，所述第一P型掺杂微晶硅层的结晶度为5-50％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述第一N型掺杂微晶硅层的总厚度为1-10nm；
和/或，所述第二N型掺杂微晶硅层的总厚度为5-30nm；
和/或，所述第一P型掺杂微晶硅层的总厚度为1-10nm；
和/或，所述第二P型掺杂微晶硅层的总厚度为10-50nm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述第一N型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第二N型掺杂晶微硅层的折射率；
任选地，所述第一N型掺杂微晶硅层的折射率为2.3-3.2；
任选地，所述第二N型掺杂微晶硅层的折射率为1.5-2.3；
任选地，所述第一P型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第二P型掺杂晶微硅层的折射率；
任选地，所述第一P型掺杂微晶硅层的折射率为3.0-3.8；
任选地，所述第二P型掺杂微晶硅层的折射率为2.0-3.0。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述第一N型掺杂微晶硅层的折射率不大于所述半导体基底的折射率；
任选地，所述第一P型掺杂微晶硅层的折射率不大于所述半导体基底的折射率；
任选地，所述第一电极包括第一透明导电层和第一栅线，所述N型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第一透明导电层的折射率；
任选地，所述第二电极包括第二透明导电层和第二栅线，所述P型掺杂微晶硅层的折射率大于所述第二透明导电层的折射率。
8.一种制备太阳电池的方法，其特征在于，包括：
提供半导体基底，所述半导体基底具有相对的第一表面和第二表面；
在至少部分所述第一表面上依次形成第一钝化层和N型掺杂微晶硅层；
在至少部分所述第二表面上依次形成第二钝化层和P型掺杂微晶硅层；
制备第一电极和第二电极，且使所述第一电极与所述N型掺杂微晶硅层电接触，使所述第二电极与所述P型掺杂微晶硅层电接触；
其中，所述N型掺杂微晶硅层包括第一N型掺杂微晶硅层和第二N型掺杂微晶硅层，所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率；
和/或，所述P型掺杂微晶硅层包括第一P型掺杂微晶硅层和第二P型掺杂微晶硅层，所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率小于所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二N型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述一N型掺杂微晶硅层的结晶度；
任选地，所述二P型掺杂微晶硅层的结晶度大于所述第一P型掺杂微晶硅层的结晶度；
任选地，调整所述第一N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第一N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种；
任选地，调整所述第二N型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第二N型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种；
任选地，调整所述第一P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第一P型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种；
任选地，调整所述第二P型掺杂微晶硅层的孔隙率和结晶度的方法包括调整所述第二P型掺杂微晶硅层在形成过程中的氢稀释比例、沉积功率、沉积气压和宽带隙元素的流量比例中的至少一种。
10.一种用电设备，其特征在于，具有权利要求1-7中任一项所述的太阳能电池或者权利要求8或9所述方法制备得到的太阳能电池。
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