CN116666478A - 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，太阳能电池包括：半导体衬底，半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；设置在半导体衬底的第二表面的隧穿层、掺杂导电层和硅氧掺杂层，硅氧掺杂层对应于金属化区域，掺杂导电层的厚度为30nm～100nm；位于掺杂导电层表面的第二钝化层，第二钝化层覆盖硅氧掺杂层和非金属化区域的掺杂导电层；设置在半导体衬底的第一表面的第一钝化层，穿过第一钝化层与半导体衬底形成电连接的第一电极；穿过第二钝化层、硅氧掺杂层与掺杂导电层形成电连接的第二电极。本申请局域化硅氧掺杂层设计，能够减薄电池背面膜层的厚度，降低电池背面吸光效应的同时使得电池背面的复合电流密度较低，提升电池总体光电转换效率。

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在提升钝化性能的时候不能兼顾成本和背面吸光问题，使得电池的光电转换效率有待提高。
因此，如何进一步提升钝化接触电池的光电转换效率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，该太阳能电池能够减薄电池背面膜层的厚度，降低电池背面吸光效应的同时使得电池背面的复合电流密度较低，提升电池总体光电转换效率。
第一方面，本申请实施例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的第一表面和第二表面；
设置在所述半导体衬底的第二表面的隧穿层、掺杂导电层和硅氧掺杂层，所述硅氧掺杂层对应于金属化区域，所述掺杂导电层的厚度为30nm～100nm；
位于所述掺杂导电层表面的第二钝化层，所述第二钝化层覆盖所述硅氧掺杂层和非金属化区域的所述掺杂导电层；
设置在所述半导体衬底的第一表面的第一钝化层，穿过所述第一钝化层与所述半导体衬底形成电连接的第一电极；
穿过所述第二钝化层、硅氧掺杂层与所述掺杂导电层形成电连接的第二电极。
第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
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掺杂导电层和硅氧掺杂层，其中，所述硅氧掺杂层对应于金属化区域，所述掺杂导电层的厚度为30nm～100nm；
在所述硅氧掺杂层和对应于非金属化区域的所述掺杂导电层的表面形成第二钝化层及在所述半导体衬底的第一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、封装材料层和太阳能电池串，所述太阳能电池串包括根据第一方面所述的太阳能电池或根据第二方面所述的制备方法制得的太阳能电池。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请的掺杂导电层的厚度为30nm～100nm，相比于常规电池的掺杂导电层的厚度(常规电池的掺杂导电层的厚度一般为120nm～200nm)较薄一些，能够提升电池的背面光电转换效率，同时能够降低制备成本；此外，本申请通过在电池背面设置硅氧掺杂层，且硅氧掺杂层仅设置在金属化区域内，硅氧掺杂层能够作为电池背面第二电极刺穿掺杂导电层/隧穿层的有效缓冲层，能够降低第二电极和半导体衬底之间的界面处载流子复合造成的损失，进一步改善掺杂导电层减薄带来的复合电流密度偏高的问题。本申请的局域化的硅氧掺杂层设计，不仅能够减薄电池背面膜层的厚度，降低电池背面的吸光效应的同时使得电池背面的复合电流密度较低，可有效提升电池的总体光电转换效率。
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；
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非导电层的结构示意图；
图6为本申请在非导电层表面形成掺杂导电层和硅氧化合物预处理层的结构示意图；
图7为本申请激光处理得到硅氧掺杂层的结构示意图；
图8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9为本申请光伏组件的结构示意图。
图中：1-半导体衬底；
2-隧穿层；
3‘-非导电层；
3-掺杂导电层；
4‘-硅氧化合物预处理层；
4-硅氧掺杂层；
5-第二钝化层；
6-第一钝化层；
7-第一电极；
8-第二电极；
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。
TOPCon电池依靠“隧穿效应”实现后表面钝化，现有的TOPCon电池后表面结构从内向外依次为半导体衬底、隧穿氧化层、掺磷多晶硅层、后表面钝化层和背面电极，由于隧穿氧化层的材质为二氧化硅，二氧化硅对硅表面的悬挂键和缺陷进行了有效的钝化，对电池的开路电压有着明显的帮助和提升，从而提高电池转化效率。掺磷多晶硅层设置在隧穿氧化层和后表面钝化层之间，一方面能够保护隧穿氧化层，另一方面能够增加电子或空穴在隧穿氧化层中的隧穿效率。
现有的掺磷多晶硅层的厚度在120nm～200nm之间，其在电池背面隧穿氧化层/掺磷氧化层的金属化区域(即电极覆盖区域)，金属电极会穿透背面钝化层，与掺磷多晶硅层相接触，但不会穿透隧穿氧化层，由于掺磷多晶硅层的厚度较厚，使得电池背面的吸光作用严重，导致电池的光电转换效率急剧下降；而且，较厚的掺磷多晶硅层在制备工艺中的沉积时间较长，导致成本偏高。
进一步的，人们试图通过降低掺磷多晶硅层的厚度以达到提升电池效率和降低成本的效果，然而，单纯降低掺磷多晶硅层的厚度会导致背面电极在高温烧结的过程中穿透背面钝化层，并局部刺穿掺磷多晶硅层和隧穿氧化层，使得电池背面的复合电流密度(J0-metal)增加，导致电池效率降低。因此，有必要研究一种能够降低背面掺磷多晶硅层的厚度同时不会降低电池背面的复合电流密度的太阳能电池。
鉴于此，本申请实施例提供一种太阳能电池100，如图1所示，为本申请实施例提供的太阳能电池100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；
设置在半导体衬底1的第二表面的隧穿层2、掺杂导电层3和硅氧掺杂层4，硅氧掺杂层4对应于金属化区域，掺杂导电层3的厚度为30nm～100nm；
位于掺杂导电层3表面的第二钝化层5，第二钝化层5覆盖硅氧掺杂层4和非金属化区域的掺杂导电层3；
设置在半导体衬底1的第一表面的第一钝化层6，穿过第一钝化层6与半导体衬底1形成电连接的第一电极7；
穿过第二钝化层5、硅氧掺杂层4与掺杂导电层3形成电连接的第二电极8。
在上述方案中，本申请的掺杂导电层3的厚度为30nm～100nm，相比于常规电池的掺杂导电层的厚度(常规电池的掺杂导电层的厚度一般为120nm～200nm)较薄一些，能够提升电池的背面光电转换效率，同时能够降低制备成本；此外，本申请通过在电池背面设置硅氧掺杂层4，且硅氧掺杂层4仅设置在金属化区域内，硅氧掺杂层4能够作为电池背面第二电极8刺穿掺杂导电层3/隧穿层2的有效缓冲层，能够降低第二电极8和半导体衬底1之间的界面处载流子复合造成的损失，进一步改善掺杂导电层3减薄带来的复合电流密度偏高的问题。本申请的局域化的硅氧掺杂层4设计，不仅能够减薄电池背面膜层的厚度，降低电池背面的吸光效应的同时使得电池背面的复合电流密度较低，可有效提升电池的总体光电转换效率。
对于本领域人员而言，金属化区域指的是太阳能电池100的第二电极8穿透第二钝化层5与掺杂导电层3形成接触(直接接触或间接接触)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，而且，由于背面电极区在电池背面的面积占比为2％～4％，使得位于金属化区域的硅氧掺杂层带来的碱金属复合比较小，且位于电池第二表面的第二电极8为非光吸收区，因此，局域化的硅氧掺杂层4的存在对于电池第二表面的转换效率的影响可以忽略。非金属化区域指的是除第二电极8穿透第二钝化层5与掺杂导电层3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的第一表面可以是太阳能电池100的正面，也可以是太阳能电池100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100的背面；相应的，当半导体衬底1的第一表面为太阳能电池100的背面时，半导体衬底1的第二表面为太阳能电池100的正面，可以理解，太阳能电池100的正面为面向太阳的表面(即受光面)，太阳能电池100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100的正面、半导体衬底1的第二表面为太阳能电池100的背面为例进行说明。
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，半导体衬底1的掺杂元素可以是磷、氮等。优选的，半导体衬底1为N型晶体硅衬底。
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，隧穿层2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2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2也可以是含氧氮化硅层、含氧碳化硅层等。该隧穿层2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2的厚度为0.5nm～2nm，具体可以是0.5nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm或2nm等，本申请厚度较薄的隧穿层2，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，掺杂导电层3的材质包括多晶硅、微晶硅和碳化硅等半导体材料，本申请实施例对于掺杂导电层3的具体类型不作限定。优选的，掺杂导电层3的材质包括多晶硅，即掺杂导电层3为掺杂多晶硅层。
在一些实施方式中，掺杂导电层3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，掺杂导电层3的掺杂浓度为1*1019atoms/cm3～6*1020toms/cm3，具体的：
当掺杂导电层3中的掺杂元素为磷、其材质为多晶硅时，掺杂导电层3为掺磷多晶硅层；掺磷多晶硅层中磷元素的浓度为1*1020atoms/cm3～6*1020atoms/cm3，具体可以是1*1020atoms/cm3、2*1020atoms/cm3、3*1020atoms/cm3、4*1020atoms/cm3、5*1020atoms/cm3或6*1020atoms/cm3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。
当掺杂导电层3中的掺杂元素为硼、其材质为多晶硅时，掺杂导电层3为掺硼多晶硅层；掺硼多晶硅层中硼元素的浓度为5*1019atoms/cm3～3*1020atoms/cm3，具体可以是5*1019atoms/cm3、6*1019atoms/cm3、7*1019atoms/cm3、8*1019atoms/cm3、9*1019atoms/cm3、1*1020atoms/cm3、2*1020atoms/cm3或3*1020atoms/cm3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。
当掺杂导电层3中的掺杂元素为镓、其材质为多晶硅时，掺杂导电层3为掺镓多晶硅层；掺镓多晶硅层中镓元素的浓度为1*1019atoms/cm3～1*1020atoms/cm3，具体可以是1*1019atoms/cm3、2*1019atoms/cm3、3*1019atoms/cm3、4*1019atoms/cm3、5*1019atoms/cm3、6*1019atoms/cm3、7*1019atoms/cm3、8*1019atoms/cm3、9*1019atoms/cm3或1*1020atoms/cm3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。
当掺杂导电层3中的掺杂元素为砷、其材质为多晶硅时，掺杂导电层3为掺砷多晶硅层；掺砷多晶硅层中砷元素的浓度为1*1019atoms/cm3～1*1020atoms/cm3，具体可以是1*1019atoms/cm3、2*1019atoms/cm3、3*1019atoms/cm3、4*1019atoms/cm3、5*1019atoms/cm3、6*1019atoms/cm3、7*1019atoms/cm3、8*1019atoms/cm3、9*1019atoms/cm3或1*1020atoms/cm3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。
在一些实施方式中，掺杂导电层3的厚度为30nm～100nm，具体可以是30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等，若掺杂导电层3的厚度小于30nm，则不能起到保护隧穿层2的作用；若掺杂导电层3的厚度大于100nm，则会导致电池背面吸光严重，电池背面转换效率急剧降低，且制备成本增加。
在一些实施方式中，在金属化区域内，掺杂导电层3位于隧穿层2和硅氧掺杂层4之间。如此设置，有利于硅氧掺杂层4形成有效的缓冲层，同时简化整个电池的制备工艺，即硅氧掺杂层4是在制备掺杂导电层3的过程中同时通入氧气形成的，氧气和掺杂导电层3中的硅反应生成硅氧化合物(SiOx)，制备掺杂导电层3的掺杂元素进入硅氧化合物中生成硅氧掺杂层4。
可以理解，本申请的太阳能电池，并非是将掺杂导电层3进行直接物理处理或化学处理进行减薄的，而是将掺杂导电层3的表面一部分转变为硅氧掺杂层4，以达到减薄掺杂导电层3厚度的目的。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4中的掺杂元素包括硼、磷、镓和砷中的至少一种。当掺杂元素为硼时，硅氧掺杂层4为硼硅玻璃层(BSG)；当掺杂元素为磷时，硅氧掺杂层4为磷硅玻璃层(PSG)。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4中的掺杂元素的浓度为1*1020atoms/cm3～6*1021atoms/cm3，在具体制备工艺中，硅氧化物由于本身晶格特性导致杂质元素扩散慢，使得杂质元素在该硅氧化物中长时间逗留，缓慢扩散，而多晶硅中晶界多，同时多晶硅本体Si-Si的四面体晶格结构相对于硅氧化合物更适合杂质原子扩散，导致硅氧化物中的掺杂离子的扩散能力远低于多晶硅中掺杂离子的扩散速率，掺杂元素能够较多的聚集在硅氧掺杂层4中，使得硅氧掺杂层4中的掺杂浓度较高，能够降低掺杂元素向金属化区域的隧穿层2的扩散，进而提升场钝化能力，即本申请的硅氧掺杂层4能够起到一定阻滞掺杂元素扩散的作用。具体的：
当硅氧掺杂层4中的掺杂元素为磷时，硅氧掺杂层4中磷元素的浓度为5*1020atoms/cm3～5*1021atoms/cm3，具体可以是5*1020atoms/cm3、6*1020atoms/cm3、7*1020atoms/cm3、8*1020atoms/cm3、9*1020atoms/cm3、1*1021atoms/cm3、2*1021atoms/cm3、3*1021atoms/cm3、4*1021atoms/cm3或5*1021atoms/cm3等。
当硅氧掺杂层4中的掺杂元素为硼时，硅氧掺杂层4中硼元素的浓度为3*1020atoms/cm3～6*1021atoms/cm3，具体可以是3*1020atoms/cm3、4*1020atoms/cm3、5*1020atoms/cm3、6*1020atoms/cm3、7*1020atoms/cm3、8*1020atoms/cm3、9*1020atoms/cm3、1*1021atoms/cm3、2*1021atoms/cm3、3*1021atoms/cm3、4*1021atoms/cm3、5*1021atoms/cm3或6*1021atoms/cm3等。
当硅氧掺杂层4中的掺杂元素为镓时，硅氧掺杂层4中镓元素的浓度为1*1020atoms/cm3～1*1021atoms/cm3，具体可以是1*1020atoms/cm3、2*1020atoms/cm3、3*1020atoms/cm3、4*1020atoms/cm3、5*1020atoms/cm3、6*1020atoms/cm3、7*1020atoms/cm3、8*1020atoms/cm3、9*1020atoms/cm3或1*1021atoms/cm3等。
当硅氧掺杂层4中的掺杂元素为砷时，硅氧掺杂层4中砷元素的浓度为1*1020atoms/cm3～1*1021atoms/cm3，具体可以是1*1020atoms/cm3、2*1020atoms/cm3、3*1020atoms/cm3、4*1020atoms/cm3、5*1020atoms/cm3、6*1020atoms/cm3、7*1020atoms/cm3、8*1020atoms/cm3、9*1020atoms/cm3或1*1021atoms/cm3等。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4的厚度为15nm～40nm，具体可以是15nm、18nm、20nm、25nm、30nm、32nm、35nm、38nm或40nm。硅氧掺杂层4的厚度指的是沿掺杂导电层3指向隧穿层2的方向，若硅氧掺杂层4的厚度太薄，则缓冲能力有限；若硅氧掺杂层4的厚度大于40nm，导致掺杂导电层中掺杂元素的含量较少，进而导致钝化效果较差。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4的宽度为50nm～200nm，具体可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm，将硅氧掺杂层4的宽度控制在上述范围内，能够有效降低电池背面金属化区域的复合电流密度。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4在掺杂导电层3上的正投影面积记为S2，掺杂导电层3与隧穿层2所接触的表面面积记为S1，S2/S1＝(0.02～0.05)：1，具体可以是0.02:1、0.03:1、0.04:1或0.05:1，在上述范围内，既能够保证背面金属化区域的复合较小，还能够避免第二电极刺穿到隧穿层，减少自由载流子的吸收，有利于提升电池的光电转换效率。若S2/S1小于0.02:1，即硅氧掺杂层4的占比过少，则无法在所有的金属化区域形成有效的缓冲区，若S2/S1大于0.05:1，即硅氧掺杂层4的占比过多，影响电池背面的吸光效果，也会影响电池背面载流子的传输，降低电池效率。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4的宽度与第二电极8的宽度之比为(1～1.8)：1，具体可以是1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1或1.8:1，本申请的硅氧掺杂层4的宽度可以与第二电极8的宽度相同，也可以略大于第二电极8的宽度。理想状态下，硅氧掺杂层4的宽度等于第二电极8的宽度，但是在实际的电池制造工艺中，由于电极的宽度较小，将硅氧掺杂层与电极对齐的难度较大，从而增加制备工艺的复杂性、降低制备效率，而且，在某些情况下，第二电极8在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，因此，硅氧掺杂层4的宽度与第二电极8的宽度之比控制在(1～1.8)：1，既能够改善第二电极8和半导体衬底1之间的界面处载流子复合造成的损失，又能够便于实际工艺制造，同时第二电极8不能覆盖硅氧掺杂层4的部分不会产生较强的吸光作用。当硅氧掺杂层4的宽度可以与第二电极8的宽度相同时，在一些实施例中，第二电极8在掺杂导电层3上的正投影与硅氧掺杂层4在掺杂导电层3上的正投影重合，在另一些实施例中，第二电极8在掺杂导电层3上的正投影与硅氧掺杂层4在掺杂导电层3上的正投影部分重合，为了得到转换效率尽可能高的电池，硅氧掺杂层4的宽度与第二电极8的宽度相同，且完全重合，这需要尽可能提高制备工艺的精准性。可以理解，硅氧掺杂层4的宽度方向指的是垂直于硅氧掺杂层4和掺杂导电层3相接触的表面，即沿图1中的X轴方向。
在一些实施方式中，在金属化区域内，掺杂导电层3和硅氧掺杂层4的总厚度为40nm～110nm，具体可以是40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或110nm，可以理解的，本申请电池背面的膜层结构的厚度小于常规的电池背面的膜层结构，而且，硅氧掺杂层进行局域化设计，仅设置在金属化区域，避免金属化区域的复合电流密度急剧上升，还能够减少载流子的吸收，整体提升电池的双面效率。
在一些实施方式中，第二钝化层5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，第二钝化层5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。
在一些实施方式中，第二钝化层5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，在半导体衬底1与第一钝化层6之间还设置有发射极(发射极在图1中未示出)，发射极可以为具有均匀掺杂深度的发射极结构，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结构，具体的，选择性发射极为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。发射极区域可以位于半导体衬底的表面内，也可以位于半导体衬底表面外形成独立的发射极结构。当半导体衬底1为N型时，发射极为P型，半导体衬底1与发射极形成PN结。
在一些实施方式中，第一钝化层6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6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6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6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。
本申请实施例提供的太阳能电池100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100的制备方法，如图2所示，为本申请太阳能电池100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、在半导体衬底1的第二表面形成隧穿层2；
步骤S300、在隧穿层2的表面形成掺杂导电层3和硅氧掺杂层4，其中，硅氧掺杂层4对应于金属化区域，掺杂导电层3的厚度为30nm～100nm。
步骤S400、在硅氧掺杂层4和对应于非金属化区域的掺杂导电层3的表面形成第二钝化层5及在半导体衬底1的第一表面形成第一钝化层6；
步骤S500、在第二钝化层5表面形成第二电极8及在第一钝化层6表面形成第一电极7。
在上述方案中，本申请通过在隧穿层2的背面形成掺杂导电层3和局域化的硅氧掺杂层4，掺杂导电层的厚度为30nm～100nm，相比于常规电池的掺杂导电层的厚度(常规电池的掺杂导电层的厚度一般为120nm～200nm)较薄一些，能够提升电池的背面光电转换效率，同时能够降低制备成本；此外，硅氧掺杂层能够作为背面电极刺穿掺杂导电层/隧穿层的有效缓冲层，能够降低背面电极和半导体衬底之间的界面处载流子复合造成的损失，可以改善掺杂导电层减薄带来的复合电流密度偏高的问题。
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100的正面，半导体衬底1的第二表面为太阳能电池100的背面为例，对本申请太阳能电池100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，半导体衬底1的结构示意图如图3所示。
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，优选的，半导体衬底1为N型晶体硅衬底(或硅片)。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110μm、120μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm或250μm等，本申请实施例对于半导体衬底1的厚度不作限定。
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。具体地，通过硼源来扩散硼原子形成发射极。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，发射极可以为具有均匀掺杂深度的发射极结构，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结构。
步骤S200、在半导体衬底1的第二表面形成隧穿层2，得到的结构如图4所示。
在一些实施方式中，本申请对于形成隧穿层2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2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S300、在隧穿层2的表面形成掺杂导电层3和硅氧掺杂层4，其中，硅氧掺杂层4对应于金属化区域，掺杂导电层3的厚度为30nm～100nm。
步骤S301、在隧穿层2的表面形成非导电层3‘，非导电层3‘对应于金属化区域和非金属化区域，得到的结构如图5所示。
在一些实施方式中，非导电层3‘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，非导电层3‘的厚度为40nm～110nm，具体可以是40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或110nm等。
可以理解地，在半导体衬底1的隧穿层2表面沉积非导电层3‘过程中，非导电层3‘沿半导体衬底1背面绕镀至正面，因此，在后续的工艺中需要对绕镀至半导体衬底1正面的非导电层3‘进行去绕镀。
步骤S302、在氧气氛围中，对非导电层3‘进行掺杂处理，得到掺杂导电层3和硅氧化合物预处理层4‘，得到的结构如图6所示。
在本步骤中，通过在掺杂处理的过程中，通入氧气，能够得到掺杂导电层3的同时，在掺杂导电层3背离隧穿层2的一侧表面形成硅氧化合物，即硅氧化合物预处理层4‘，此状态下，硅氧化合物预处理层4‘为含有掺杂元素的硅氧化合物，其覆盖在掺杂导电层3的表面。掺杂处理的掺杂源包括磷源、硼源、镓源和砷源中的至少一种。以掺杂磷元素为例，先将磷源在1000℃左右分解，沉积非导电层3‘内，形成掺杂导电层3。当然，步骤S301和步骤S302也可以采用一步沉积法，即在隧穿层的表面沉积非导电层3‘并同时进行原位掺杂和通入氧气以形成掺杂导电层3和硅氧化合物预处理层4‘。
在一些实施方式中，掺杂处理工艺也可以采用高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种方法，在此不做限定。
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，采用高温沉积扩散法掺杂磷源，具体制备过程为：先将磷源在1000℃左右分解，沉积在隧穿层2表面，然后在800℃～900℃区间进行热处理，使得表面的磷原子扩散到多晶硅层内，形成掺磷多晶硅层和硅氧化合物预处理层4‘(即为磷硅玻璃PSG)。
在一些实施方式中，随着掺杂处理的进行，掺杂元素沿图6所示Z轴方向进行扩散，由于在掺杂的过程中不断生成硅氧化合物预处理层4‘，使得掺杂元素进入非导电层3‘的阻力越来越大，使得沿掺杂导电层3指向隧穿层2方向，掺杂导电层3的掺杂浓度依次减小。
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。
在一些实施方式中，掺杂导电层3的厚度为30nm～100nm，具体可以是30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
在一些实施方式中，硅氧化合物预处理层4‘的厚度为15nm～40nm，具体可以是15nm、18nm、20nm、25nm、30nm、32nm、35nm、38nm或40nm。
步骤S303、去除非金属化区域的硅氧化合物预处理层4‘，使得硅氧化合物预处理层4‘转变为硅氧掺杂层4，硅氧掺杂层4对应于金属化区域，得到的结构如图7所示。
可以理解的，硅氧化合物预处理层4‘和硅氧掺杂层4的区别在于，硅氧化合物预处理层4‘覆盖电池背面的金属化区域和非金属化区域，而硅氧掺杂层4仅覆盖电池背面的金属化区域。由于硅氧化合物预处理层4‘中的含有较高浓度的掺杂元素，其具有金属吸杂作用，通常的做法是将整层膜层去除，而本申请仅仅将位于非金属化区域的硅氧化合物预处理层4‘去除，降低金属吸杂作用，而将金属化区域的硅氧化合物预处理层4‘保留，其作为背面电极刺穿掺杂导电层/隧穿层的有效缓冲层，能够降低背面电极和半导体衬底之间的界面处载流子复合造成的损失，进一步改善掺杂导电层3减薄带来的复合电流密度偏高的问题。由于金属化区域的面积占比较小，对于电池背面的金属复合较小，且电池背面的第二电极作为非光吸收区，因此，金属化区域的硅氧掺杂层对电池背面的效率影响几乎可以忽略。
在一些实施方式中，可以通过局部激光处理将位于非金属化区域的硅氧化合物预处理层4‘去除。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。
在一些实施方式中，激光处理的波长为250nm～532nm，具体可以是250nm、280nm、300nm、350nm、400nm、480nm、500nm或532nm。
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20mJ/cm2、50mJ/cm2、80mJ/cm2、100mJ/cm2、150mJ/cm2、200mJ/cm2、300mJ/cm2、400mJ/cm2或500mJ/cm2。
在一些实施方式中，激光处理的频率为100kHz～1600kHz，具体可以是100kHz、300kHz、800kHz、1000kHz、1300kHz或1600kHz。
在一些实施方式中，硅氧掺杂层4的厚度为15nm～40nm，具体可以是15nm、18nm、20nm、25nm、30nm、32nm、35nm、38nm或40nm。可以理解的是，硅氧化合物预处理层4‘的厚度也就是硅氧掺杂层4的厚度。
在一些实施方式中，为了后续更好的制备电池背面的电极，且确保硅氧掺杂层4能够有效充当缓冲层，在激光处理时要确保硅氧掺杂层4的宽度大于等于后续制备的第二电极的宽度。
步骤S400、在硅氧掺杂层4和对应于非金属化区域的掺杂导电层3的表面形成第二钝化层5及在半导体衬底的第一表面形成第一钝化层6，得到的结构如图8所示。
在一些实施方式中，第一钝化层6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6还可以采用其他类型的钝化层，本发明对于第一钝化层6的具体材质不作限定，上述第一钝化层6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5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5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5表面形成第二电极8及在第一钝化层6表面形成第一电极7，得到的电池结构如图1所示。
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7，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8，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7和第二电极8的具体材质。例如，第一电极7为银电极或银/铝电极，第二电极8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9，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 (13)

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的第一表面和第二表面；
设置在所述半导体衬底的第二表面的隧穿层、掺杂导电层和硅氧掺杂层，所述硅氧掺杂层对应于金属化区域，所述掺杂导电层的厚度为30nm～100nm；
位于所述掺杂导电层表面的第二钝化层，所述第二钝化层覆盖所述硅氧掺杂层和非金属化区域的所述掺杂导电层；
设置在所述半导体衬底的第一表面的第一钝化层，穿过所述第一钝化层与所述半导体衬底形成电连接的第一电极；
穿过所述第二钝化层、硅氧掺杂层与所述掺杂导电层形成电连接的第二电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在所述金属化区域内，所述掺杂导电层位于所述隧穿层和所述硅氧掺杂层之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅氧掺杂层中的掺杂元素包括硼、磷、镓和砷中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅氧掺杂层中磷元素的掺杂浓度为5*1020atoms/cm3～5*1021atoms/cm3；和/或所述硅氧掺杂层中硼元素的掺杂浓度为3*1020atoms/cm3～6*1021atoms/cm3；和/或所述硅氧掺杂层中镓元素的掺杂浓度为1*1020atoms/cm3～1*1021atoms/cm3；和/或所述硅氧掺杂层中砷元素的掺杂浓度为1*1020atoms/cm3～1*1021atoms/cm3。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅氧掺杂层的厚度为15nm～40nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅氧掺杂层的宽度为50nm～200nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅氧掺杂层在所述掺杂导电层上的正投影面积记为S2，所述掺杂导电层与所述隧穿层所接触的表面面积记为S1，S2/S1＝(0.02～0.05)：1。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅氧掺杂层的宽度与所述第二电极的宽度之比为(1～1.8)：1。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在所述金属化区域内，所述掺杂导电层和所述硅氧掺杂层的总厚度为40nm～110nm。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述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/或所述掺杂导电层中掺杂元素的掺杂浓度为1*1020atoms/cm3～6*1020atoms/cm3；和/或所述掺杂导电层中硼元素的掺杂浓度为5*1019atoms/cm3～3*1020atoms/cm3；和/或所述掺杂导电层中镓元素的掺杂浓度为1*1019atoms/cm3～1*1020atoms/cm3；和/或所述掺杂导电层中砷元素的掺杂浓度为1*1019atoms/cm3～1*1020atoms/cm3。
11.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
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掺杂导电层和硅氧掺杂层，其中，所述硅氧掺杂层对应于金属化区域，所述掺杂导电层的厚度为30nm～100nm；
在所述硅氧掺杂层和对应于非金属化区域的所述掺杂导电层的表面形成第二钝化层及在所述半导体衬底的第一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.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述在所述隧穿层的表面形成掺杂导电层和硅氧掺杂层包括：
在所述隧穿层的表面沉积非导电层；
在氧气氛围中，在所述非导电层的表面进行掺杂处理，得到掺杂导电层和硅氧化合物预处理层；
去除位于非金属区域内的硅氧化合物预处理层，使得硅氧化合物预处理层转变为硅氧掺杂层。
13.一种光伏组件，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11～12任一项所述的制备方法制得的太阳能电池。
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