CN116364795A - 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,太阳能电池包括:基底;隧穿层,位于基底的第一表面;掺杂导电层,位于隧穿层远离基底的表面,包括:沿平行于第一表面方向交替排布的第一硅层和第二硅层,第一硅层和第二硅层均沿预设方向延伸,第一硅层由第一多晶硅构成,第二硅层包含第二多晶硅和非晶硅,其中,第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于第二多晶硅的平均晶粒尺寸,第二硅层的掺杂元素浓度大于第一硅层的掺杂元素浓度;多个第一电极,位于掺杂导电层远离隧穿层一侧,多个第一电极中的每一个沿预设方向延伸,且一第一电极与一第二硅层电接触。本申请实施例有利于提高太阳能电池的光电转换效率。

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
太阳能电池具有较好的光电转换能力,目前,在基底表面会制备隧穿层以及掺杂导电层,用于抑制太阳能电池中基底表面的载流子复合以及增强对基底的钝化效果。其中,隧穿层具有较好的化学钝化效果,掺杂导电层具有较好的场钝化效果。为了对太阳能电池产生的光生载流子进行传输并收集,还会制备与掺杂导电层电接触的电极。载流子的传输路径通常是从基底传输至隧穿层,并从隧穿层隧穿至掺杂导电层中,再被与掺杂导电层电接触的电极收集。增加载流子的传输以及收集能力对于提高太阳能电池的光电转换性能起到重要作用。
然而,太阳能电池的光电转换性能欠佳。
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光电转换效率。
本申请实施例提供一种太阳能电池,包括:基底,所述基底具有第一表面;隧穿层,位于所述第一表面;掺杂导电层,位于所述隧穿层远离所述基底的表面,所述掺杂导电层包括:沿平行于所述第一表面方向交替排布的第一硅层和第二硅层,所述第一硅层和所述第二硅层均沿预设方向延伸,所述第一硅层由第一多晶硅构成,所述第二硅层包含第二多晶硅和非晶硅,其中,所述第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于所述第二多晶硅的平均晶粒尺寸,所述第二硅层的掺杂元素浓度大于所述第一硅层的掺杂元素浓度;多个第一电极,位于所述掺杂导电层远离所述隧穿层一侧,所述多个第一电极中的每一个沿所述预设方向延伸,且一所述第一电极与一所述第二硅层电接触。
另外,第一多晶硅的平均晶粒尺寸与所述第二多晶硅的平均晶粒尺寸之比大于1且小于等于5。
另外,第一多晶硅的平均晶粒尺寸为60nm~170nm,所述第二多晶硅的平均晶粒尺寸为50nm~100nm。
另外,第二多晶硅在所述第二硅层中的体积占比大于所述非晶硅在所述第二硅层中的体积占比。
另外,第二多晶硅与所述非晶硅的体积之比为5:1~13:1。
另外,第二多晶硅由多个第一晶粒以及多个第二晶粒构成,所述多个第一晶粒的平均尺寸大于所述多个第二晶粒的平均尺寸,所述多个第一晶粒与所述多个第二晶粒的体积比为1~5。
另外,第二硅层的掺杂元素浓度与所述第一硅层的掺杂元素浓度之比小于等于20。
另外,第二硅层的掺杂元素浓度为5×1019atom/cm3~5×1021atom/cm3,所述第一硅层的掺杂元素浓度为1×1019atom/cm3~9×1020atom/cm3
另外,隧穿层包括:沿平行于所述第一表面方向间隔交替排布的第一部分和第二部分,所述第一部分与所述第二部分均沿所述预设方向延伸,一所述第一部分与一所述第一硅层正对,所述第一部分中分布有多个第一孔洞,所述多个第一孔洞中的每一个贯穿厚度方向的所述第一部分;一所述第二部分与一所述第二硅层正对,所述第二部分中分布有多个第二孔洞,所述多个第二孔洞中的每一个贯穿厚度方向的所述第二部分,所述多个第二孔洞的分布密度大于所述多个第一孔洞的分布密度。
另外,多个第二孔洞的分布密度与所述多个第一孔洞的分布密度之比为4~100。
另外,多个第一孔洞的分布密度为1×106/cm2~5×106/cm2,所述多个第二孔洞的分布密度为2×107/cm2~1×108/cm2
另外,所述多个第一孔洞中的平均直径为第一直径,所述多个第二孔洞的平均直径为第二直径,所述第一直径小于所述第二直径。
另外,第二直径与所述第一直径之比小于等于5。
另外,第一直径小于等于3nm,所述第二直径大于等于0.5nm且小于等于15nm。
另外,隧穿层的材料包括氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅或者多晶硅中的至少一种。
相应地,本申请实施例还提供一种光伏组件,包括电池串,电池串由多个上述任一项所述的太阳能电池连接而成;封装层,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。
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,所述基底具有第一表面;
在所述第一表面形成隧穿层;在所述隧穿层远离所述基底的表面形成掺杂导电层,所述掺杂导电层包括:沿平行于所述第一表面方向间隔交替且沿预设方向延伸的第一硅层和第二硅层,所述第一硅层由第一多晶硅构成,所述第二硅层包含第二多晶硅和非晶硅,其中,所述第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于所述多晶硅的平均晶粒尺寸,所述第二硅层的掺杂元素浓度大于所述第二硅层的掺杂元素浓度;在所述掺杂导电层远离所述隧穿层一侧形成多个第一电极,所述多个第一电极中的每一个沿所述预设方向延伸,且一所述第一电极与一所述第二硅层电接触。
另外,形成所述掺杂导电层的方法包括:在所述隧穿层远离所述基底的表面形成本征多晶硅层;对所述本征多晶硅层进行掺杂工艺,以形成初始多晶硅层,所述初始多晶硅层掺杂有掺杂元素;对部分所述初始多晶硅层进行激光处理,经所述激光处理的所述初始多晶硅层转变为所述第二硅层,剩余所述初始多晶硅层构成所述第一硅层。
另外,对部分所述初始多晶硅层进行激光处理的同一工艺步骤中,还对与所述激光处理的所述初始多晶硅层正对的所述隧穿层进行所述激光处理,经所述激光处理的所述隧穿层中形成有多个第二孔洞,形成第二部分,剩余所述隧穿层形成第一部分,所述第一部分中分布有多个第一孔洞,所述多个第二孔洞的分布密度大于所述多个第一孔洞的分布密度。
另外,激光处理所采用的激光的能量密度为0.1J/cm2~20J/cm2,激光功率为100KHz~1500KHz,扫描速率为10m/s~250m/s。
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,掺杂导电层包括第一硅层和第二硅层,第一硅层由第一多晶硅构成,第二硅层包括第二多晶硅和非晶硅,且第一电极与第二硅层电接触。非晶硅具有较低的电阻率,能够降低第一电极与第二硅层之间接触电阻,提升第一电极对载流子的收集能力。第二硅层中第二多晶硅的存在,使得第二硅层中的晶界数量较多,晶界可以作为载流子的传输通道,有利于载流子的传输,提升第一电极对载流子的收集能力,进而能够提高太阳能电池的光电转换效率。
第一硅层中的第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于第二硅层中的第二多晶硅的平均晶粒尺寸,在单位体积内,第二硅层中的第二多晶硅的数量更多,进而使得第二多晶硅中的晶界密度进一步增加,使得实际在对第二硅层以及第一硅层进行掺杂的工艺中,掺杂元素能够通过较多的晶界扩散至第二硅层中,使得第二硅层的掺杂浓度大于第一硅层的掺杂浓度。如此,可以改善第二硅层与第一电极之间的金属接触复合,提高填充因子。第一硅层的掺杂浓度较小,可以防止第一硅层的掺杂浓度过大而在第一表面产生过多的俄歇复合的问题,保证第一硅层对第一表面具有较好的钝化效果,提升填充因子,增大开路电压以及短路电流,提升太阳能电池的整体的光电转换效率。
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一种太阳能电池的剖面结构示意图;
图2为图1中虚线框处的放大结构示意图;
图3为本申请一实施例提供的另一种太阳能电池的剖面结构示意图;
图4为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的隧穿层的俯视结构示意图;
图5为本申请一实施例提供的又一种太阳能电池的剖面结构示意图;
图6为本申请另一实施例提供的一种光伏组件的剖面结构示意图;
图7为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中提供基底的步骤对应的剖面结构示意图;
图8为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成发射极的步骤对应的剖面结构示意图;
图9为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成隧穿层的步骤对应的剖面结构示意图;
图10为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成本征多晶硅层的步骤对应的剖面结构示意图;
图11为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成初始多晶硅层的步骤对应的剖面结构示意图;
图12为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成掩膜层的步骤对应的剖面结构示意图;
图13为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成掺杂导电层的步骤对应的剖面结构示意图;
图14为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成第一钝化层以及第二钝化层的步骤对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,目前的太阳能电池的光电转换效率较低的问题。
分析发现,导致目前的太阳能电池的光电转换效率较低的原因之一在于,目前,在太阳能电池中,会设置隧穿层以及掺杂导电层作为钝化接触结构。电极与掺杂导电层电接触,用于收集基底中的载流子。具体地,基底中的载流子首先传输至隧穿层,再传输至掺杂导电层,最后被位于掺杂导电层中的电极收集。然而,对于电极与掺杂导电层接触的区域而言,通常存在较高的金属接触复合,且电极与掺杂导电层之间的接触电阻较高,会降低填充因子,使得太阳能电池的光电转换效率较低。
本申请实施例提供一种太阳能电池,第一电极与第二硅层电接触,第二硅层包括第二多晶硅和非晶硅。非晶硅具有较低的电阻,使得第二硅层与第一电极之间具有较小的接触电阻,提升第一电极对载流子的收集能力。第二硅层中第二多晶硅的存在,使得第二硅层中的晶界数量较多,晶界能够作为载流子的传输通道,有利于载流子在第二硅层中的传输。第一硅层由第一多晶硅构成,第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于第二多晶硅的平均晶粒尺寸,使得第二多晶硅的晶界密度相较于第一多晶硅的晶界密度而言更大,有利于实现第二硅层的掺杂元素浓度大于第一硅层的掺杂元素浓度,改善第二硅层与第一电极的金属接触复合,提高填充因子。第一硅层的掺杂浓度较小,可以防止第一硅层的掺杂浓度过大而在第一表面产生过多的俄歇复合的问题,保证第一硅层对第一表面具有较好的钝化效果,提升太阳能电池的整体的光电转换效率。
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一种太阳能电池的剖面结构示意图,图2为图1中虚线框处的放大结构示意图。
参考图1以及图2,太阳能电池包括:基底100,基底100具有第一表面1。太阳能电池还包括:隧穿层110,位于第一表面1。太阳能电池还包括:掺杂导电层120,位于隧穿层110远离基底100的表面,掺杂导电层120包括:沿平行于第一表面1方向交替排布的第一硅层11和第二硅层12,第一硅层11和第二硅层12均沿预设方向延伸,第一硅层11由第一多晶硅111构成,第二硅层12包含第二多晶硅112和非晶硅113,其中,第一多晶硅111的平均晶粒尺寸大于第二多晶硅112的平均晶粒尺寸,第二硅层12的掺杂元素浓度大于第一硅层11的掺杂元素浓度。太阳能电池还包括:多个第一电极130,位于掺杂导电层120远离隧穿层110一侧,多个第一电极130中的每一个沿预设方向延伸,且一第一电极130与一第二硅层12电接触。
基底100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、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。在另一些实施例中,基底100的材料还可以为碳化硅、有机材料或多元化合物。多元化合物可以包括但不限于钙钛矿、砷化镓、碲化镉、铜铟硒等材料。
在一些实施例中,太阳能电池可以为TOPCON(Tunnel Oxide PassivatedContact,隧穿氧化层钝化接触)电池,基底100具有与第一表面1相对的第二表面,第一表面1与第二表面均可用于接收入射光线。在一些实施例中,基底100内具有掺杂元素,掺杂元素类型为N型或者P型,N型元素可以为磷(P)元素、铋(Bi)元素、锑(Sb)元素或砷(As)元素等Ⅴ族元素,P型元素可以为硼(B)元素、铝(Al)元素、镓(Ga)元素或镓(In)元素等Ⅲ族元素。例如,当基底100为P型基底时,其内部掺杂元素类型为P型。或者,当基底100为N型基底时,其内部掺杂元素类型为N型。
每一第一电极130与一第二硅层12一一对应。在一些实施例中,第一电极130穿透部分厚度的第二硅层12,与第二硅层12电接触。在一些实施例中,第一电极130与第二硅层12中的第二多晶硅112以及非晶硅113电接触。
在一些实施例中,第一电极130的材料可以包括铜、银、镍或者铝中的任一者。
非晶硅具有较高的导电率,非晶硅的导电率指的是自由电子穿过单位面积的非晶硅,在单位时间内可产生电流密度的能力。这是因为,由于非晶硅为一种半导体,非晶硅的内部有许多的“悬键”,即没有和周围的硅原子成键的电子,这些电子在电场作用下可以产生电流。因此,非晶硅具有较好的导电性能。
而相较于非晶硅而言,多晶硅内部没有许多“悬键”的存在,导致多晶硅的导电性能相较于非晶硅而言更差。但是,由于多晶硅内部晶粒具有较好的结晶性能,因而具有较好的钝化性能,对第一电极130与第二硅层12之间的接触界面具有较好的钝化效果。
本申请实施例中,第二硅层12中同时具有第二多晶硅112和非晶硅113,第二多晶硅112的存在,能够对第一电极130与第二硅层12之间的接触界面进行较好的钝化效果,减小此处的载流子复合。非晶硅113具有较好的导电能力,能够减小第二硅层12与第一电极130之间的接触电阻,进而能够增强载流子向第一电极130的传输。如此,可以提升第一电极130对载流子的收集能力,进而提高太阳能电池的光电转换性能。
参考图2,第二多晶硅112的边界与非晶硅113的边界重合以使第二硅层12为连续膜层。在一些实施例中,第二硅层12中的非晶硅113的边界并没有具体的形状限定,非晶硅113可以为无定形的结构,嵌入在第二多晶硅112之内。
在一些实施例中,第一电极130与第二硅层12中的第二多晶硅112与非晶硅113电接触。在一些实施例中,第一电极130在第一表面的正投影位于第二硅层12在第一表面的正投影之内。在一些实施例中,第一电极130在第一表面1的正投影与第二硅层12在第一表面的正投影重合。第一硅层11为掺杂导电层120中除第二硅层12以外的部分。
在多晶硅中,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,这些晶粒结合起来就结晶成多晶硅。也就是说,第一多晶硅111以及第二多晶硅112均由多个晶粒结合而成。第一多晶硅111以及第二多晶硅112中,结构相同而取向不同的不同晶粒之间的接触界面,可以称为晶界。
参考图2,第一硅层11中的第一多晶硅111的平均晶粒尺寸大于第二硅层12中的第二多晶硅112的平均晶粒尺寸,如此,在单位体积内,第二硅层12中的第二多晶硅112的数量更多,即单位体积内,相较于第一多晶硅111而言,第二多晶硅112中具有更多的晶界,使得第二多晶硅112中的晶界密度大于第一多晶硅111中的晶界密度。晶界可以作为掺杂元素的扩散通道,在对第二硅层12以及第一硅层11进行掺杂的工艺中,掺杂元素能够通过较多的晶界扩散至第二硅层12中,使得第二硅层12的掺杂浓度大于第一硅层11的掺杂浓度。
由于第二硅层12相较于第一硅层11具有更大的掺杂浓度,能够改善第二硅层12与第一电极130之间的金属接触复合,提高填充因子。第一硅层11的掺杂浓度较小,可以防止第一硅层11的掺杂浓度过大而在第一表面1产生过多的俄歇复合的问题,保证第一硅层11对第一表面1具有较好的钝化效果,提升填充因子,增大开路电压以及短路电流,提升太阳能电池的整体的光电转换效率。
在第一硅层11以及第二硅层12中,晶界可以作为载流子在第一硅层11与第二硅层12中的传输通道,由于第二多晶硅112的晶界密度更高,使得第二硅层12中的载流子可以通过更多的晶界进行传输,使得载流子的传输进一步增强,进而能够进一步提升第一电极130对载流子的收集能力。
值得注意的是,本申请实施例中的第一多晶硅111的平均晶粒尺寸通过测量单位体积内的第一多晶硅111内的所有数量的晶粒的粒径,并对其取平均值得到。第二多晶硅112的平均晶粒尺寸通过测量单位体积内的第二多晶硅112内的所有数量的晶粒的粒径,并对其取平均值得到。具体可以根据国家标准《GB/T 6394-2017金属平均晶粒度测定方法》对第一多晶硅111以及第二多晶硅112的晶粒尺寸进行测量得到。由于第一多晶硅111内,不同晶粒之间的形貌有所差异,以及第二多晶硅112内,不同晶粒之间的形貌有所差异,使得第一多晶硅111的不同晶粒的尺寸之间具有微小的差别,第二多晶硅112内的不同晶粒尺寸之间具有微小差别。例如,可能存在第二多晶硅112内的其中一个或者几个的晶粒的粒径小于第一多晶硅111内的其中一个或者几个的晶粒的粒径的情况,但仅需满足第二多晶硅112内的晶粒的整体平均尺寸大于第一多晶硅111内的晶粒的整体平均尺寸即可。
在一些实施例中,第一多晶硅111的平均晶粒尺寸与第二多晶硅112的平均晶粒尺寸之比大于1且小于等于5,例如可以为1.05、1.3、1.6、2、2.4、2.8、3.2、3.8、4、4.5或者5。在上述范围内,使得第一多晶硅111的平均晶粒尺寸相较于第二多晶硅112的平均晶粒尺寸更大,单位体积的第一多晶硅111内的晶界密度小于单位体积的第二多晶硅112内的晶界密度。在实际掺杂以形成第一硅层11以及第二硅层12的工艺中,晶界可以作为掺杂元素的扩散通道。由于单位体积的第二多晶硅112内的晶界密度更大,即单位体积的第二多晶硅112内的晶界数量更多,因此,第二多晶硅112内存在更多掺杂元素的扩散通道,有利于实现第二硅层12的掺杂元素浓度大于第一硅层11的掺杂元素浓度,进而能够降低第二硅层12与第一电极130之间的金属接触复合。第一硅层11的掺杂元素浓度较低,使得掺杂导电层120中不与第一电极130接触的第一硅层11具有较好的钝化效果,使得第一硅层11在第一表面1形成的俄歇复合较低,有利于减少第一表面1的载流子复合中心,抑制载流子在第一表面1的复合。
此外,第一多晶硅111以及第二多晶硅112中的晶界还能作为基底100内的载流子的传输通道,在上述范围内,由于第二多晶硅112的晶界密度更大,使得相较于单位体积的第一多晶硅111而言,单位体积的第二多晶硅112内具有更多的载流子的传输通道,有利于提升载流子在第二硅层12中的传输,进而能够提升与第二硅层12电接触的第一电极130对载流子的收集效率。
在上述范围内,使得第一多晶硅111的平均晶粒尺寸相较于第二多晶硅112的平均晶粒尺寸不至于过大,使得第一多晶硅111内的晶界密度不至于过小,保证载流子在第一硅层11中的传输能力。且在上述范围内,使得第二多晶硅112的平均晶粒尺寸相较于第一多晶硅111的平均晶粒尺寸也不至于过小,一方面能够避免在实际掺杂形成第二硅层12的步骤中,扩散至第二硅层12中的掺杂元素浓度过多,而导致第二硅层12的掺杂元素浓度过大,使得第二硅层12在第一表面1产生过多的俄歇复合的问题。另一方面,使得第二多晶硅112的晶粒尺寸不至于过小,保证第二多晶硅112的结晶度较好,有利于保持第二多晶硅112的钝化性能。
在一些实施例中,第一多晶硅111的平均晶粒尺寸为60nm~170nm,例如可以为60nm~70nm、70nm~75nm、75nm~90nm、90nm~105nm、105nm~120nm、120nm~140nm、140nm~150nm、150nm~165nm或者165nm~170nm;第二多晶硅112的平均晶粒尺寸为50nm~100nm,例如可以为50nm~55nm、55nm~60nm、60nm~70nm、70nm~80nm、80nm~85nm、85nm~90nm或者90nm~100nm。在这个范围内,第一多晶硅111的平均晶粒尺寸小于第二多晶硅112的平均晶粒尺寸,一方面有利于实现第一硅层11的掺杂元素浓度小于第二硅层12的掺杂元素浓度,改善第二硅层12与第一电极130之间的金属接触复合的同时,抑制第一硅层11在第一表面1产生过多的俄歇复合。另一方面,使得第二多晶硅112的晶界密度更大,有利于为载流子提供更多的传输通道,增强载流子的传输,提升第一电极130对载流子的收集能力。
在一些实施例中,第二多晶硅112在第二硅层12中的体积占比大于非晶硅113在第二硅层12中的体积占比。多晶硅时包含有晶粒和晶粒晶界的晶体,晶界能够作为掺杂元素的扩散通道,使得第二多晶硅112在掺杂之后,第二硅层12具有N型的导电性质或者具有P型的导电性质。当第二硅层12的导电类型与基底100的导电类型相同时,第二硅层12能够在第一表面1形成能带弯曲,实现载流子的选择性传输。因此,在第二硅层12中,第二多晶硅112的体积占比较大,有利于实现对第二硅层12的掺杂,使得第二硅层12的掺杂元素浓度较大,进而实现载流子的选择性传输,并且能够改善第一电极130与第二硅层12之间的金属接触复合。
在一些实施例中,第二多晶硅112与非晶硅113的体积之比为5:1~13:1,例如可以为5:1~6:1、6:1~7:1、7:1~8:1、8:1~9:1、9:1~10:1、10:1~11:1、11:1~12:1或者12:1~13:1。在这个范围内,使得第二多晶硅112的体积远大于非晶硅113的体积,在实际掺杂形成第二硅层12的步骤中,掺杂元素能够较多地扩散至第二多晶硅112中,使得第二硅层12的掺杂元素浓度较大。非晶硅113具有较高的电导率,非晶硅113的存在,使得第二硅层12的电阻不至于过高,进而能够降低第一电极130与第二硅层12之间的接触电阻,提升第一电极130对传输至第二硅层12中的载流子的收集。此外,在上述范围内,使得非晶硅113在第二硅层12中的体积占比不至于过小,保证第一电极130与第二硅层12电接触之后,能够改善第一电极130与第二硅层12之间的接触电阻。
在一些实施例中,第二多晶硅112由多个第一晶粒以及多个第二晶粒构成,多个第一晶粒的平均尺寸大于多个第二晶粒的平均尺寸,多个第一晶粒与多个第二晶粒的体积比为1~5,例如可以为1~1.1、1.1~1.3、1.3~1.4、1.4~1.6、1.6~2、2~2.2、2.2~2.7、2.7~3、3~3.5、3.5~3.8、3.8~4、4~4.3、4.3~4.6、4.6~4.8或者4.8~5。也就是说,第二多晶硅112由晶粒尺寸在不同量级范围内的两种晶粒构成。如此,使得第二多晶硅112中,晶界类型包括:第一晶粒与第二晶粒之间的晶界、第一晶粒与第一晶粒之间的晶界以及第二晶粒与第二晶粒之间的晶界,载流子通过不同类型的晶界进行传输,提升载流子向第一电极130的传输。
可以理解的是,本申请实施例中,可以通过对相同数量的第一晶粒的粒径以及第二晶粒的粒径进行测量,并计算多个第一晶粒的平均值以及多个第二晶粒的平均值得到。
在一些实施例中,第二多晶硅112也可以仅由多个第一晶粒或者仅由多个第二晶粒构成。值得注意的是,本申请实施例中,第二多晶硅112无论是由多个第一晶粒构成、多个第二晶粒构成,或是由多个第一晶粒以及多个第二晶粒构成,第一晶粒的平均尺寸与第二晶粒的平均尺寸均小于第一多晶硅111的平均晶粒尺寸。
参考图1,第二硅层12的掺杂元素浓度大于第一硅层11的掺杂元素浓度。在一些实施例中,第二硅层12中的掺杂元素类型与第一硅层11中的掺杂元素类型相同,即整个掺杂导电层120的掺杂元素类型为单一类型。在一些实施例中,掺杂导电层120的掺杂元素类型与基底100的掺杂元素类型相同,例如,基底100的掺杂元素类型为N型,则掺杂导电层120的掺杂元素类型为N型,基底100的掺杂元素类型为P型,则掺杂导电层120的掺杂元素类型为P型。如此,使得掺杂导电层120能够在基底100第一表面1形成能带弯曲,在第一表面1形成一个背面场,实现载流子的选择性传输。
值得注意的是,本申请实施例中所指的第一硅层11的掺杂元素浓度以及第二硅层12的掺杂元素浓度均指第一硅层11远离基底100的表面的掺杂浓度和第二硅层12远离基底100的表面的掺杂浓度。
在一些实施例中,第二硅层12的掺杂元素浓度与第一硅层11的掺杂元素浓度之比小于等于20,例如可以为1.1、1.3、1.5、1.7、2、2.5、3、3.3、3.5、3.8、4、4.3、4.7、5、5.5、5.8、6、6.8、7.3、8、8.5、8.8、9、9.6、10、11、11.2、11.4、11.6、11.8、12、12.4、12.8、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.6、18、19、19.3、19.6或者20。在上述范围内,第二硅层12的掺杂元素浓度大于第一硅层11的掺杂元素浓度,较大的掺杂元素浓度能够改善第一电极130与第二硅层12之间的金属接触复合,从而能够减小载流子在第一电极130与第二硅层12接触界面处的复合,提升填充因子。设置第一硅层11的掺杂元素浓度较小,防止第一硅层11在第一表面1产生过多的俄歇复合,保证第一表面1的缺陷态密度不至于过大,抑制载流子在第一表面1的复合,提升短路电流和开路电压。并且,第一硅层11的掺杂元素的浓度较小,能够减小第一硅层11对入射光线的寄生吸收,保证基底100对入射光线具有较高的吸收利用率。
在一些实施例中,第二硅层12的掺杂元素浓度为5×1019atom/cm3~5×1021atom/cm3,例如可以为5×1019atom/cm3~9×1019atom/cm3、9×1019atom/cm3~1×1020atom/cm3、1×1020atom/cm3~5×1020atom/cm3、5×1020atom/cm3~9×1020atom/cm3、9×1020atom/cm3~1×1021atom/cm3或者1×1021atom/cm3~5×1021atom/cm3,第一硅层11的掺杂元素浓度为1×1019atom/cm3~9×1020atom/cm3,例如可以为1×1019atom/cm3~5×1019atom/cm3、5×1019atom/cm3~9×1019atom/cm3、9×1019atom/cm3~1×1020atom/cm3、1×1020atom/cm3~5×1020atom/cm3或者5×1020atom/cm3~9×1020atom/cm3。在上述范围内,使得第二硅层12的掺杂元素浓度较大,有利于减小第一电极130与第二硅层12之间的金属接触复合。且第一硅层11的掺杂元素浓度较小,使得第一硅层11对第一表面1具有较好的钝化效果。另外,在上述范围内,使得第二硅层12的掺杂元素浓度不至于过大,能够防止由于第二硅层12的掺杂元素浓度过大而导致第二硅层12中过多的掺杂元素扩散至隧穿层110甚至基底100而对隧穿层110的隧穿性能以及基底100的性能造成影响,在基底100第一表面1产生俄歇复合的问题。且在上述范围内,使得第一硅层11的掺杂元素浓度也不至于过小,保证第一硅层11能够与基底100形成足够高的势垒,使得载流子能够从隧穿层110隧穿至掺杂导电层120中。
隧穿层110与掺杂导电层120共同构成钝化接触结构,掺杂导电层120在第一表面1发生能带弯曲,隧穿层110使第一表面1的能带出现非对称性偏移,使得对电子的势垒低于对空穴的势垒,作为多字的电子可以较容易地进行量子隧穿,而作为少子的空穴则很难通过,实现载流子的选择性传输。
参考图3以及图4,图3中所示的隧穿层为图4中所示的隧穿层在AA’方向上的剖面结构示意图。在一些实施例中,隧穿层110包括:沿平行于第一表面1方向间隔交替排布的第一部分21和第二部分22,第一部分21与第二部分22均沿预设方向X延伸,一第一部分21与一第一硅层11正对,第一部分21中分布有多个第一孔洞,多个第一孔洞中的每一个第一孔洞121贯穿厚度方向的第一部分21;一第二部分22与一第二硅层12正对,第二部分22中分布有多个第二孔洞,多个第二孔洞中的每一个第二孔洞122贯穿厚度方向的第二部分22,多个第二孔洞的分布密度大于多个第一孔洞的分布密度。
第一孔洞121与第二孔洞122为隧穿层110制备过程中,部分隧穿层110在高温下发生分解而产生,载流子可以通过隧穿层110中的第一孔洞121与第二孔洞122直接传输至掺杂导电层120中。
第一孔洞121的分布密度以及第二部分22的分布密度指的是,在单位面积内,第一孔洞121的数量大于第二孔洞122的数量。第二孔洞122位于第二部分22,第二部分22与第二硅层12正对,即第二部分22与第一电极130正对,使得载流子在第二部分22与第一电极130之间的传输路径较短。设置第二部分22的第二孔洞122的密度较大,可以增强载流子在第二部分22的隧穿,进而增强第一电极130对载流子的收集能力。设置第一部分21的第一孔洞121的分布密度较小,使得隧穿层110中整体的孔洞密度保持较小,有利于保持隧穿层110的结构的完整性,保证隧穿层110的隧穿性能。
在一些实施例中,多个第二孔洞的分布密度与多个第一孔洞的分布密度之比为4~100。例如可以是4~10、10~15、15~20、20~30、30~40、40~50、50~65、65~80、80~90、90~95或者95~100。在上述范围内,多个第二孔洞的分布密度远大于多个第一孔洞的分布密度,使得第二部分22中具有较多的第二孔洞122,进而可以极大地提升载流子在第二部分22中的传输能力,进而提升第一电极130对载流子的收集能力。第一部分21的孔洞较少,保持整体的隧穿层110中的孔洞数量较少,能够保持隧穿层110的完整性,防止发生过多的孔洞对隧穿层110的结构造成破坏,进而对隧穿层110的性能造成影响的问题。此外,在这个范围内,第二孔洞122的分布密度相较于第一孔洞121的分布密度而言不至于过大,防止由于第二部分22中的孔洞数量过大而破坏第二部分22的结构,使得隧穿层110的整体致密性下降的问题,保证隧穿层110的正常性能。
在一些实施例中,多个第一孔洞的分布密度为1×106/cm2~5×106/cm2,例如可以是1×106/cm2~1.25×106/cm2、1.25×106/cm2~1.5×106/cm2、1.5×106/cm2~2×106/cm2、2×106/cm2~3×106/cm2、3×106/cm2~3.5×106/cm2、3.5×106/cm2~4×106/cm2或者4×106/cm2~5×106/cm2;多个第二孔洞的分布密度为2×107/cm2~1×108/cm2,例如可以是2×107/cm2~3×107/cm2、3×107/cm2~4×107/cm2、4×107/cm2~5×107/cm2、5×107/cm2~7×107/cm2、7×107/cm2~8×107/cm2、8×107/cm2~9×107/cm2或者9×107/cm2~1×108/cm2
在上述范围内,多个第二孔洞的分布密度大于多个第一孔洞的分布密度,使得第二部分22中的第二孔洞122的数量较多,载流子可以通过较多数量的孔洞传输至第二部分22中,使得与第二部分22电接触的第一电极130能够收集更多的载流子,提升太阳能电池的光电转换效率。
在上述范围内,多个第二孔洞的分布密度相较于多个第一孔洞的分布密度也不至于过大,使得隧穿层110整体的孔洞的数量不至于过多,保证隧穿层110具有较高的致密性,有利于保持隧穿层110较好的隧穿性能。
在一些实施例中,多个第一孔洞中的平均直径为第一直径,多个第二孔洞的平均直径为第二直径,第一直径小于第二直径。
值得注意的是,第一直径可以通过测量单位体积内的第一部分21中的每一第一孔洞121的直径,并取平均值得到,第二直径可以通过测量单位体积内的第二部分22中的每一第二孔洞122的直径,并取平均值得到。由于多个第一孔洞以及多个第二孔洞的形貌不均一,因此,可能存在多个第一孔洞中的一个或者几个的直径小于第一直径,或者多个第一孔洞中的一个或者几个的直径大于第一直径,多个第二孔洞中的一个或者几个的直径小于第二直径,或者多个第二孔洞中的一个或者几个的直径大于第二直径的现象。本申请实施例中所限定的第一直径小于第二直径并不代表每一第一孔洞121的直径均小于每一第二孔洞122的直径,仅需满足多个第一孔洞的平均直径小于多个第二孔洞的平均直径即可。
设置第一直径小于第二直径,也就是说,多个第二孔洞整体具有较大的直径尺寸,有利于更多的载流子通过第二孔洞122,进一步增强载流子在第二部分22中的传输。
可以理解的是,多个第二孔洞的直径在一定的直径范围内时,可以增加通过第二孔洞122传输至第二硅层12中的载流子数量。但是,若第二孔洞122的直径过大,则会导致第二孔洞122对隧穿层110造成过大的破坏,进而导致隧穿层110的致密度下降,使得隧穿层110的隧穿性能下降的问题。这是因为,对于第二部分22中的没有第二孔洞122存在的部分,载流子基于量子隧穿效应隧穿至第二硅层12中,因此,若第二孔洞122的直径过大,可能造成对第二部分22过多的破坏,使得隧穿层110整体的隧穿性能降低的问题。
基于上述考虑,在一些实施例中,第二直径与第一直径之比可以大于1且小于等于5,例如可以为1.1、1.5、1.8、2、2.2、2.4、2.5、2.7、3、3.3、3.5、3.8、4、4.3、4.5、4.8或者5。在上述范围内,使得第二直径相较于第一直径较大,但又不至于过大,进而能够在增加通过第二孔洞122传输的载流子的数量同时,保证第二部分22整体的致密性较高,使得第二部分22整体的隧穿性能较好。
在一些实施例中,第一直径可以小于等于3nm,例如可以为0.2nm、0.4nm、0.5nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.5nm、1.7nm、1.9nm、2.1nm、2.4nm、2.6nm、2.8nm或者3nm;第二直径可以大于等于0.5nm且小于等于15nm,例如可以为0.5nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm、2nm、2.3nm、2.5nm、2.8nm、3nm、3.5nm、3.8nm、4nm、4.4nm、4.6nm、5nm、5.5nm、6nm、7nm、7.5nm、8nm、8.6nm、9nm、9.5nm、10nm、10.5nm、10.8nm、11nm、11.5nm、12nm、12.5nm、12.9nm、13.3nm、13.5nm、14nm、14.5nm或者15nm。在这个范围内,第二直径较大,有利于进一步增加通过第二孔洞122传输的载流子数量。第一直径不至于过小,有利于保证载流子在第一部分21中的正常的传输能力。另一方面,在上述范围内,第二直径不至于过大,防止对第二部分22造成过多的破坏,有利于保持第二部分22较好的致密性,保证第二部分22的整体的隧穿性能有所提高。
在一些实施例中,第一隧穿层110的材料包括氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅113或者多晶硅中的至少一种。
参考图5,在一些实施例中,太阳能电池还包括:第一钝化层140,第一钝化层140覆盖掺杂导电层120远离基底100的表面,第一电极130穿透第一钝化层140与掺杂导电层120电接触。第一钝化层140可以对第一表面1起到良好的钝化效果,例如可以对第一表面1的悬挂键进行较好的化学钝化,降低第一表面1的缺陷态密度,抑制第一表面1的载流子复合。
在一些实施例中,第一钝化层140可以是单层结构。在一些实施例中,第一钝化层140也可以是多层结构。在一些实施例中,第一钝化层140的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,太阳能电池还包括:发射极150,发射极150位于基底100内,基底100露出发射极150顶面,且发射极150顶面与第二表面重合。发射极150的掺杂元素类型与基底100的掺杂元素类型相反,与基底100构成PN结。在一些实施例中,发射极150的材料与基底100的材料相同。
在一些实施例中,太阳能电池还包括:第二钝化层160,第二钝化层160位于发射极150远离基底100的表面。第二钝化层160用于对基底100的第二表面起到良好的钝化效果,降低第二表面的缺陷态密度,较好地抑制基底100背面的载流子复合。第二钝化层160还可以起到较好的减反射效果,有利于减少入射光线的反射,提高对入射光线的利用率。
在一些实施例中,第二钝化层160可以是单层结构,在另一些实施例中,第二钝化层160也可以是多层结构。在一些实施例中,第二钝化层160的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,还包括:第二电极170,第二电极170位于基底100第二表面,第二电极170穿透第二钝化层160与发射极150电接触。
在一些实施例中,第一电极130的材料可以是金属,例如可以是铜、银、镍或者铝。在一些实施例中,第二电极170的材料可以是金属,例如可以是铜、银、镍或者铝。
上述实施例提供的太阳能电池中,第一电极130与第二硅层12电接触,第二硅层12包括第二多晶硅112和非晶硅113。非晶硅113具有较低的电阻,使得第二硅层12与第一电极130之间具有较小的接触电阻,提升第一电极130对载流子的收集能力。第二硅层12中第二多晶硅112的存在,使得第二硅层12中的晶界数量较多,晶界能够作为载流子的传输通道,有利于载流子在第二硅层12中的传输。第一硅层11由第一多晶硅111构成,第一多晶硅111的平均晶粒尺寸大于第二多晶硅112的平均晶粒尺寸,使得第二多晶硅112的晶界密度相较于第一多晶硅111的晶界密度而言更大,有利于实现第二硅层12的掺杂元素浓度大于第一硅层11的掺杂元素浓度,改善第二硅层12与第一电极130的金属接触复合,提高填充因子。第一硅层11的掺杂浓度较小,可以防止第一硅层11的掺杂浓度过大而在第一表面1产生过多的俄歇复合的问题,保证第一硅层11对第一表面1具有较好的钝化效果,提升太阳能电池的整体的光电转换效率。
相应地,本申请实施例另一方面还提供一种光伏组件,参考图6,光伏组件包括:电池串,电池串由多个上述实施例提供的太阳能电池101连接而成;封装层102,封装层102用于覆盖电池串的表面;盖板103,盖板103用于覆盖封装层102远离电池串的表面。太阳能电池101以整片或者多分片的形式电连接形成多个电池串,多个电池串以串联和/或并联的方式进行电连接。
具体地,在一些实施例中,多个电池串之间可以通过导电带104电连接。封装层102覆盖太阳能电池101的基底100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)胶膜或聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)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。
相应地,本申请实施例还提供一种太阳能电池的制备方法,该制备方法可以用于制备上述实施例提供的太阳能电池,包括:
参考图7,提供基底100,基底100具有第一表面1。
基底100用于接收入射光线并产生光生载流子,基底100具有与第一表面1相对的第二表面,基底100的第一表面1和第二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100可以为硅基底,基底100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。
在一些实施例中,基底100可以为N型半导体基底,基底100的掺杂元素可以为磷元素、砷元素或者锑元素中的任意一者。
在一些实施例中,基底100也可以为P型半导体基底,基底100的掺杂元素可以为硼元素、镓元素或者铟元素中的任意一者。在一些实施例中,基底100的第二表面可以设置为金字塔绒面,以使基底100第二表面对入射光线的反射率较小,从而对光线的吸收利用率较大。
在一些实施例中,可以对基底100进行掺杂工艺,例如离子注入工艺以向基底100内扩散掺杂元素。
在一些实施例中,形成的太阳能电池为TOPCON电池。
参考图8,在一些实施例中,太阳能电池的制备方法包括:在基底100中形成发射极150,基底100露出发射极150顶面,且发射极150顶面与第二表面重合。发射极150的掺杂元素类型与基底100的掺杂元素类型相反,与基底100形成PN结。
在一些实施例中,形成发射极150的方法可以包括:在基底100的第二表面进行扩散工艺,以将掺杂元素扩散至部分基底100中,形成发射极150。在一些实施例中,扩散工艺可以是离子注入工艺。
在一些实施例中,当基底100为N型基底时,可以对基底100第二表面进行硼扩散处理,当基底100为P型基底时,可以对基底100第二表面进行磷扩散处理。
参考图9,在形成发射极150之后,在第一表面1形成隧穿层110。
在一些实施例中,可以采用沉积工艺在第一表面1形成隧穿层110,沉积工艺可以包括原子层沉积或者化学气相沉积中的任一种。
在一些实施例中,隧穿层110的材料可以包括:氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅或者多晶硅中的至少一种。
参考图10至图13,在隧穿层110远离基底100的表面形成掺杂导电层120,掺杂导电层120包括:沿平行于第一表面1方向间隔交替且沿预设方向X延伸的第一硅层11和第二硅层12,第一硅层11由第一多晶硅111构成,第二硅层12包含第二多晶硅112和非晶硅113,其中,第一多晶硅111的平均晶粒尺寸大于第二多晶硅112的平均晶粒尺寸,第二硅层12的掺杂元素浓度大于第二硅层12的掺杂元素浓度。
在一些实施例中,形成掺杂导电层120的方法包括:
参考图10,在隧穿层110远离基底100的表面形成本征多晶硅层30。在一些实施例中,可以采用沉积工艺在隧穿层110远离基底100的表面形成本征多晶硅层30,例如可以为原子层沉积工艺。
参考图11,对本征多晶硅层30进行掺杂工艺,以形成初始多晶硅层23,初始多晶硅层23掺杂有掺杂元素。
在一些实施例中,掺杂工艺可以包括:在本征多晶硅层30远离基底100的表面沉积掺杂源,掺杂源包括第一掺杂元素。在一些实施例中,若基底100的掺杂元素类型为N型,则第一掺杂元素也可以是N型。在一些实施例中,N型的掺杂源可以为含五价元素的单质或者化合物,例如可以是磷元素或者含磷的化合物。
在沉积掺杂源步骤之前,对基底100执行进舟工序,基底100进舟之后,升温至第一预设温度,第一预设温度可以为500℃~900℃;在基底100第一表面1沉积掺杂源,并通入氧气,沉积掺杂源的时间为50s~800s,在一些实施例中,掺杂源的浓度可以为5×1019atom/cm3~1×1021atom/cm3,例如可以为5×1019atom/cm3~9×1019atom/cm3、9×1019atom/cm3~1×1020atom/cm3、1×1020atom/cm3~5×1020atom/cm3或者5×1020atom/cm3~1×1021atom/cm3。这一步骤中,氧气与多晶硅发生反应,将部分厚度的本征多晶硅转换成玻璃层13,玻璃层13为含有第一掺杂元素的氧化硅。例如,若第一掺杂元素为磷,则玻璃层13为磷硅玻璃,即含磷氧化硅。玻璃层13中存储有大量的第一掺杂元素,之后再升温至第二预设温度,第二预设温度大于第一预设温度,例如可以是900℃~1200℃,同时在氮气氛围下推结,将玻璃层13中存储的第一掺杂元素扩散至本征多晶硅中,形成初始多晶硅层23。
在一些实施例中,也可以采用离子注入工艺对本征多晶硅层30进行掺杂工艺,以形成初始多晶硅层23。
参考图12至图13,形成初始多晶硅层23之后,对部分初始多晶硅层23进行激光处理,经激光处理的初始多晶硅层23转变为第二硅层12,剩余初始多晶硅层23构成第一硅层11。
参考图12,在一些实施例中,对部分初始多晶硅层23进行激光处理步骤之前,不去除玻璃层13,在玻璃层13远离基底100的表面形成掩膜层14,对掩膜层14进行图案化工艺,例如可以采用光刻工艺对掩膜层14进行图案化工艺,以在掩膜层14中形成多个开口,开口露出部分玻璃层13远离基底100的表面。
在一些实施例中,掩膜层14可以是氧化硅,可以采用热氧化沉积工艺或者原子层沉积工艺形成掩膜层14。
参考图13,对开口露出玻璃层13的表面进行激光照射,激光自玻璃层13的表面穿透与开口正对的玻璃层13到达与开口正对的初始多晶硅中,使得初始多晶硅发生熔化再结晶,并且,由于激光的热效应,将玻璃层13中存储的第一掺杂元素再次推结至初始多晶硅中,对部分初始多晶硅进行再次掺杂。经过激光处理的初始多晶硅中的掺杂元素浓度增加,形成重掺杂的第二硅层12。
经过激光处理的初始多晶硅发生熔化再结晶,在激光的作用下,初始多晶硅中原本已经掺杂的第一掺杂元素发生再分布,使得初始多晶硅中掺杂的第一掺杂元素移动至经激光处理的初始多晶硅中。这是因为,由于经过激光处理的初始多晶硅发生熔化再结晶,使得该部分初始多晶硅中的晶粒由大晶粒变成小晶粒,即晶粒的粒径减小,进而使得晶界的数量增多。晶界可以作为第一掺杂元素的扩散通道,由于经激光处理的初始多晶硅层23中的晶界数量增多,第一掺杂元素的扩散通道增加,使得未经激光处理的初始多晶硅层23中掺杂的第一掺杂元素经由该些扩散通道传输至经激光处理的初始多晶硅层23中,进一步增加经激光处理的初始多晶硅层23的掺杂元素浓度,形成重掺杂的第二硅层12,其余未经激光处理的初始多晶硅层23形成轻掺杂的第一硅层11。
经过激光处理的初始多晶硅发生熔化再结晶,从原本有序的晶面,转变成了交杂的晶面,使得初始多晶硅中的大晶粒变成小晶粒,形成第二多晶硅112。还可以控制激光处理的参数,例如激光的能量密度、功率或者扫描速率等,使得初始多晶硅中的硅原子的分布发生变化,即硅原子的分布发生变形。变形的硅原子中,尽管还是呈四面体排列,每一硅原子位于四面体的顶点,却产生了许多缺陷,出现了大量的悬挂键和空洞,使得硅原子的分布发生了变形的该部分多晶硅转变成非晶硅。非晶硅相较于多晶硅具有较好的导电性,有利于减小第二硅层12的电阻,后续在形成第一电极130与第二硅层12电接触后,使得第一电极130与第二硅层12之间的接触电阻较小,提升载流子的传输能力。
在一些实施例中,还可以通过控制激光的参数,例如激光的能量密度、功率或者扫描速率等,控制初始多晶硅层23中的多晶硅发生熔化再结晶的程度,从而控制初始多晶硅层23中的部分晶粒转变小晶粒,形成第二晶粒,剩余部分晶粒保持较大的尺寸,形成第一晶粒。部分初始多晶硅层23中的多晶硅转化成非晶硅113。如此,形成的第二硅层12为大尺寸的第一晶粒、小尺寸的第二晶粒以及非晶硅113的混合膜层。
可以理解的是,在一些实施例中,在形成掩膜层14之前,也可以去除玻璃层13。激光处理之后,初始多晶硅中原本已经掺杂的第一掺杂元素发生再分布,使得初始多晶硅中掺杂的第一掺杂元素移动至经激光处理的初始多晶硅中,使得经激光处理的初始多晶硅层23的掺杂元素浓度大于未经激光处理的初始多晶硅层23的掺杂元素浓度。
在一些实施例中,对部分初始多晶硅层23进行激光处理的同一工艺步骤中,还对与激光处理的初始多晶硅层23正对的隧穿层110进行激光处理,经激光处理的隧穿层110中形成有多个第二孔洞,形成第二部分22,剩余隧穿层110形成第一部分21,第一部分21中分布有多个第一孔洞,多个第二孔洞的分布密度大于多个第一孔洞的分布密度。
在采用激光对开口露出的玻璃层13进行照射的步骤中,激光穿透与开口正对的玻璃层13以及与开口正对的初始多晶硅层23,并到达与开口正对的隧穿层110中。部分隧穿层110在激光的热效应下,发生了分解,进而产生了较多的第二孔洞122,经激光处理的隧穿层110形成第二部分22。未经激光处理的隧穿层110形成第一部分21,第一部分21中具有第一孔洞121,第一孔洞121可以是在隧穿层110制备过程中,在高温下发生分解二产生。可以理解的是,在经激光处理之前,第二部分22中也具有第一孔洞121,再经激光处理之后,第一孔洞121所在的位置发生再次分解,形成了第二孔洞122。也就是说,第二孔洞122包括:由第一孔洞121转化而来的孔洞以及由于激光热效应而新产生的孔洞。
由上述分析可知,第二部分22的多个第二孔洞的密度较大,且多个第二孔洞的平均直径大于多个第一孔洞的平均直径,可以增强载流子在第二部分22的隧穿,进而增强第一电极130对载流子的收集能力。设置第一部分21的第一孔洞121的分布密度较小,使得隧穿层110中整体的孔洞密度保持较小,有利于保持隧穿层110的结构的完整性,保证隧穿层110的隧穿性能。
在一些实施例中,激光处理所采用的激光的能量密度为0.1J/cm2~20J/cm2,例如可以为0.1J/cm2~0.5J/cm2、0.5J/cm2~1J/cm2、1J/cm2~1.5J/cm2、1.5J/cm2~2J/cm2、2J/cm2~4J/cm2、4J/cm2~6J/cm2、6J/cm2~8J/cm2、8J/cm2~10J/cm2、10J/cm2~13J/cm2、13J/cm2~15J/cm2、15J/cm2~18J/cm2或者18J/cm2~20J/cm2;激光功率为100KHz~1500KHz,例如可以为100KHz~150KHz、150KHz~200KHz、200KHz~250KHz、250KHz~300KHz、300KHz~350KHz、350KHz~400KHz、400KHz~500KHz、500KHz~700KHz、700KHz~750KHz、750KHz~850KHz、850KHz~900KHz、900KHz~1000KHz、1000KHz~1200KHz、1200KHz~1300KHz、1300KHz~1400KHz或者1400KHz~1500KHz;扫描速率为10m/s~250m/s,例如可以为10m/s~15m/s、15m/s~20m/s、20m/s~30m/s、30m/s~45m/s、45m/s~60m/s、60m/s~80m/s、80m/s~100m/s、100m/s~130m/s、130m/s~150m/s、150m/s~180m/s、180m/s~200m/s、200m/s~220m/s或者220m/s~250m/s。在这个范围内,可以控制初始多晶硅层23中的部分晶粒转变小晶粒,形成第二晶粒,剩余部分晶粒保持较大的尺寸,形成第一晶粒。部分初始多晶硅层23中的多晶硅转化成非晶硅。如此,形成的第二硅层12为大尺寸的第一晶粒、小尺寸的第二晶粒以及非晶硅的混合膜层。且在这个范围内,使得激光可以穿透与开口正对的玻璃层13以及与开口正对的初始多晶硅层23,并到达与开口正对的隧穿层110中,使得隧穿层110在激光的热效应下,发生分解,产生较多的第二孔洞122。
在一些实施例中,激光处理所采用的激光可以为红外激光、绿光激光、紫外激光中的任一种。这些激光可以由CO2激光器、准分子激光器、钛宝石激光器、半导体激光器、铜蒸汽激光器或者其它能够发射出激光的激光器中的任一种激光器产生。
激光器所发射出来的激光照射至开口露出的玻璃层13表面,激光穿透与开口正对的玻璃层13、与开口正对的初始多晶硅层23以及与开口正对的隧穿层110,以对初始多晶硅层23以及隧穿层110进行激光处理。
形成掺杂导电层120之后,去除掩膜层14以及玻璃层13,在一些实施例中,可以采用酸洗工艺去除掩膜层14以及玻璃层13,例如可以采用HF溶液或者HCl溶液对掩膜层14以及玻璃层13进行清洗,去除掩膜层14以及玻璃层13。
参考图14,在一些实施例中,太阳能电池的制备方法还包括:在掺杂导电层120远离基底100的表面形成第一钝化层140。在一些实施例中,第一钝化层140可以是单层结构。在一些实施例中,第一钝化层140也可以是多层结构。
在一些实施例中,第一钝化层140是单层结构,则第一钝化层140的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的一者。在一些实施例中,第一钝化层140是多层结构,则第一钝化层140的材料可以为氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,形成第一钝化层140的方法可以包括:采用PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积方法)方法在掺杂导电层120表面形成第一钝化层140。
在一些实施例中,还包括:在发射极150表面形成第二钝化层160,第二钝化层160可以起到较好的钝化效果。在一些实施例中,第二钝化层160可以为单层结构。在一些实施中,第二钝化层160也可以为多层结构。
在一些实施例中,第二钝化层160是单层结构,则第二钝化层160的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的一者。在一些实施例中,第二钝化层160是多层结构,则第二钝化层160的材料可以为氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,可以采用PECVD工艺在发射极150表面形成第二钝化层160。
参考图5,在掺杂导电层120远离隧穿层110一侧形成多个第一电极130,多个第一电极130中的每一个沿预设方向X延伸,且一第一电极130与一第二硅层12电接触。
在一些实施例中,形成第一电极130的方法包括:在第二硅层12正对的第一钝化层140表面印刷导电浆料,例如可以采用丝网印刷工艺印刷导电浆料,导电浆料可以包括银、铝、铜、锡、金、铅或者镍中的至少一者。对第一钝化层140表面导电浆料进行烧结工艺,使得导电浆料在第一钝化层140以及部分掺杂导电层120中渗透,与掺杂导电层120形成电接触。
在一些实施例中,还包括:形成第二电极170,第二电极170穿透第二钝化层160与发射极150电接触。在一些实施例中,形成第二电极170的工艺可以与形成第一电极130的工艺相同,可参考上述对形成第一电极130的方法的描述。
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,均可作各种更动与修改,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 (20)

1.一种太阳能电池,其特征在于,包括:
基底,所述基底具有第一表面;
隧穿层,位于所述第一表面;
掺杂导电层,位于所述隧穿层远离所述基底的表面,所述掺杂导电层包括:沿平行于所述第一表面方向交替排布的第一硅层和第二硅层,所述第一硅层和所述第二硅层均沿预设方向延伸,所述第一硅层由第一多晶硅构成,所述第二硅层包含第二多晶硅和非晶硅,其中,所述第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于所述第二多晶硅的平均晶粒尺寸,所述第二硅层的掺杂元素浓度大于所述第一硅层的掺杂元素浓度;
多个第一电极,位于所述掺杂导电层远离所述隧穿层一侧,所述多个第一电极中的每一个沿所述预设方向延伸,且一所述第一电极与一所述第二硅层电接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一多晶硅的平均晶粒尺寸与所述第二多晶硅的平均晶粒尺寸之比大于1且小于等于5。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一多晶硅的平均晶粒尺寸为60nm~170nm,所述第二多晶硅的平均晶粒尺寸为50nm~100nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二多晶硅在所述第二硅层中的体积占比大于所述非晶硅在所述第二硅层中的体积占比。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二多晶硅与所述非晶硅的体积之比为5:1~13:1。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二多晶硅由多个第一晶粒以及多个第二晶粒构成,所述多个第一晶粒的平均尺寸大于所述多个第二晶粒的平均尺寸,所述多个第一晶粒与所述多个第二晶粒的体积比为1~5。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二硅层的掺杂元素浓度与所述第一硅层的掺杂元素浓度之比为小于等于20。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二硅层的掺杂元素浓度为5×1019atom/cm3~5×1021atom/cm3,所述第一硅层的掺杂元素浓度为1×1019atom/cm3~9×1020atom/cm3
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,所述隧穿层包括:沿平行于所述第一表面方向间隔交替排布的第一部分和第二部分,所述第一部分与所述第二部分均沿所述预设方向延伸,一所述第一部分与一所述第一硅层正对,所述第一部分中分布有多个第一孔洞,所述多个第一孔洞中的每一个贯穿厚度方向的所述第一部分;一所述第二部分与一所述第二硅层正对,所述第二部分中分布有多个第二孔洞,所述多个第二孔洞中的每一个贯穿厚度方向的所述第二部分,所述多个第二孔洞的分布密度大于所述多个第一孔洞的分布密度。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池,其特征在于,所述多个第二孔洞的分布密度与所述多个第一孔洞的分布密度之比为4~100。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池,其特征在于,所述多个第一孔洞的分布密度为1×106/cm2~5×106/cm2,所述多个第二孔洞的分布密度为2×107/cm2~1×108/cm2
12.根据权利要求9所述的太阳能电池,其特征在于,所述多个第一孔洞中的平均直径为第一直径,所述多个第二孔洞的平均直径为第二直径,所述第一直径小于所述第二直径。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二直径与所述第一直径之比小于等于5。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一直径小于等于3nm,所述第二直径大于等于0.5nm且小于等于15nm。
15.根据权利要求9所述的太阳能电池,其特征在于,所述隧穿层的材料包括氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅或者多晶硅中的至少一种。
16.一种光伏组件,其特征在于,包括:
电池串,所述电池串由多个如权利要求1~15任一项所述的太阳能电池连接而成;
封装层,所述封装层用于覆盖所述电池串的表面;
盖板,所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。
17.一种太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括:
提供基底,所述基底具有第一表面;
在所述第一表面形成隧穿层;
在所述隧穿层远离所述基底的表面形成掺杂导电层,所述掺杂导电层包括:沿平行于所述第一表面方向间隔交替且沿预设方向延伸的第一硅层和第二硅层,所述第一硅层由第一多晶硅构成,所述第二硅层包含第二多晶硅和非晶硅,其中,所述第一多晶硅的平均晶粒尺寸大于所述多晶硅的平均晶粒尺寸,所述第二硅层的掺杂元素浓度大于所述第二硅层的掺杂元素浓度;
在所述掺杂导电层远离所述隧穿层一侧形成多个第一电极,所述多个第一电极中的每一个沿所述预设方向延伸,且一所述第一电极与一所述第二硅层电接触。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,形成所述掺杂导电层的方法包括:
在所述隧穿层远离所述基底的表面形成本征多晶硅层;
对所述本征多晶硅层进行掺杂工艺,以形成初始多晶硅层,所述初始多晶硅层掺杂有掺杂元素;
对部分所述初始多晶硅层进行激光处理,经所述激光处理的所述初始多晶硅层转变为所述第二硅层,剩余所述初始多晶硅层构成所述第一硅层。
19.根据权利要求18所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述对部分所述初始多晶硅层进行激光处理的同一工艺步骤中,还对与所述激光处理的所述初始多晶硅层正对的所述隧穿层进行所述激光处理,经所述激光处理的所述隧穿层中形成有多个第二孔洞,形成第二部分,剩余所述隧穿层形成第一部分,所述第一部分中分布有多个第一孔洞,所述多个第二孔洞的分布密度大于所述多个第一孔洞的分布密度。
20.根据权利要求19所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述激光处理所采用的激光的能量密度为0.1J/cm2~20J/cm2,激光功率为100KHz~1500KHz,扫描速率为10m/s~250m/s。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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