CN117525178A - 光伏组件及其太阳能电池、太阳能电池的正面结构与制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光伏组件及其太阳能电池、太阳能电池的正面结构与制备。所述光伏组件，其中心支撑结构以及支向支撑结构均通过万向旋转接头与所述太阳能电池板的框架连接，并且所述支向支撑结构环绕中心柱形成分散设置，能够实现稳定支撑以及对太阳能电池板的朝向、方位的灵活调整以提高太阳光辐射利用率。此外，本发明提供的正面接触结构的太阳能电池，能够与光伏组件支架的结构优化相协同，进一步提升所述太阳能电池的转换性能。

Description

光伏组件及其太阳能电池、太阳能电池的正面结构与制备
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种光伏组件及其太阳能电池、太阳能电池的正面接触结构与制备方法。
背景技术
光伏组件( 也称为太阳能电池板) 是光伏发电系统的重要组件。通常，光伏组件设置在光伏组件支架上，支撑有光伏组件的多个光伏组件支架排列成预定的阵列，并通过电连接而形成光伏发电系统。为了使光伏发电系统获得较高的发电效率，通常通过如优化光伏组件支架的结构形式，来提高太阳光辐射利用率。当前，光伏组件支架的结构形式主要有两种：
第一种结构形式为固定安装形式。具体来说，当将光伏组件安装到光伏组件支架上时，光伏组件具有固定不变的倾角，因此随着太阳位置的变化，光伏组件不能对太阳的位置进行跟踪。
第二种结构形式为单轴跟踪安装方式。具体来说，当将光伏组件安装到光伏组件支架上时，光伏组件只能跟踪太阳移动的方位角或高度角中的一个方向。
但是上述光伏组件仍然无法实现同时根据太阳的方位角及高度角进行调节，从而实现零度的入射角，这成为了本领域中亟待解决的技术问题。
此外，在限制硅基太阳能电池电池效率的诸多因素中，金属电极与硅基区的接触复合是影响光电转换效率的关键因素。隧穿氧化层钝化接触太阳能电池（Tunnel OxidePassivated Contact solar cell，TOPcon电池）是目前最具发展前景和具有效率优势的太阳能电池结构之一，该电池通常在硅片背面制备1-2 nm超薄隧穿氧化物层，然后在超薄隧穿氧化物层表面沉积50-150 nm的掺杂多晶硅层，二者共同形成了钝化接触结构，在此基础上，进一步沉积氢化介质层（比如SiNx、SiO2/SiNx叠层薄膜、Al2O3薄膜），能够进一步为硅片的背面提供良好的界面钝化效果、场钝化效果，显著提高载流子的内部运输，同时降低金属电极接触区域的复合和接触电阻。
另外，受限于多晶硅层寄生吸收系数高的问题，目前多晶硅层的钝化接触结构主要应用于TOPcon电池的背面。有报道指出可降低多晶硅的厚度降低寄生吸收，而薄poly导致钝化效果恶化。基于此，现有的TOPcon电池中，通常采用硼扩散方式在硅片正面形成PN结，表面增加氢化介质层钝化形成电池结构，最后通过印刷金属电极、烧结，最终在硅片的正面形成欧姆接触。然而这种结构的问题在于为了满足金属电极与硅基区的接触，需要烧穿氢化介质层实现金属电极和硅基区的直接接触，但会导致金属区的表面复合偏高、金属区接触损失过大，限制太阳能电池的转换性能。
发明内容
1. 要解决的问题
本发明的目的之一在于提供一种光伏组件，所述光伏组件能够实现同时能够跟踪太阳的方位角及高度角，有通过光伏组件来提高太阳光辐射利用率；
本发明另外的目的是提供一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池（以下简称TOPcon电池）的正面接触结构以及具有所示正面接触结构的太阳能电池，旨在提高太阳能电池的转换效率；同时，本发明还提供了所述太阳能电池的正面接触结构以及太阳能电池的制备工艺。
2. 技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
根据本发明的目，本发明第一方面提供了一种太阳能电池，尤其涉及隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的正面接触结构，所述正面接触结构包括设置在基区硅片正面的第一扩散区、第一电极区以及第一电极；
所述第一扩散区包括：设置在基区硅片正面的第一掺杂层；
与所述第一掺杂层接触的第一介质层；
与所述第一介质层接触的第一遂穿氧化层；
与所述第一遂穿氧化层接触的第一多晶硅层；
其中，所述第一多晶硅层具有不超过20nm的厚度，并且所述第一多晶硅层具有与所述第一掺杂层相同的极性；
所述第一电极区包括：与所述第一掺杂层接触的遂穿氧化层；
与所述遂穿氧化层接触的多晶硅层；
第一电极与所述多晶硅层接触；或者，所述第一电极穿过位于电极区的遂穿氧化层、多晶硅层，然后与第一掺杂层接触；
其中，位于第一电极区的所述多晶硅层具有不超过20nm的厚度，并且具有与所述第一掺杂层相同的极性。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述的第一电极为金属电极，所述金属电极包括银电极、铜电极、铝电极、锡包铜电极、银包铜电极中的任意一种或者两种及以上。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一电极区的且与所述第一电极相接触的部分呈金字塔状和/或V型槽状。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，位于所述第一电极区的遂穿氧化层与所述第一介质层的边缘相接。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一多晶硅层具有5~20nm的厚度。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一多晶硅层为掺杂多晶硅，所述第一多晶硅层具有3e19cm-3~7e19cm-3的掺杂浓度。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，位于所述第一电极区的多晶硅层具有5~20nm的厚度。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，位于所述第一电极区的多晶硅层为掺杂多晶硅，所述多晶硅层具有3e19cm-3~7e19cm-3的掺杂浓度。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一遂穿氧化层具有0~1.5nm的厚度，优选具有0.5~1.5nm的厚度。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一介质层包括氧化层、氮化硅层、及非晶硅层中的一种或多种组合。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一介质层具有2~90nm的厚度。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一介质层包括与所述第一掺杂层接触的氧化层；以及，与所述氧化层接触的氮化硅层；
其中，所述氧化层具有2~10nm的厚度；
所述氮化硅层具有60~80nm的厚度。
如在此所述的氧化层包括氧化铝（Al2O3）和/或二氧化硅（SiO2）。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一介质层具有1.9~2.1的折射率。
根据本发明目的的第一方面的任一实施方案的太阳能电池的正面接触结构，所述第一掺杂层为P型掺杂层；
和/或，所述第一掺杂层具有120~350 ohm/sq的方阻。
根据本发明目的，本发明第二方面提供如本发明第一方面的任一实施方案所述太阳能电池的正面接触结构的制备方法，包括：步骤S1：对基区硅片的正面进行结构化处理；
步骤S2：对结构化处理后的表面进行硼扩散；
步骤S3：在硼扩散处理过后的表面沉积第一介质层；
步骤S4：对第一介质层进行局部去除处理；
步骤S5：步骤S4处理完成后，对基区硅片的表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
步骤S6：步骤S5处理完成后，对基区硅片的表面进行元素掺杂；
步骤S7：步骤S6处理完成后，进行退火处理；
步骤S8：步骤S7处理完成后，对基区硅片的正面进行印刷并烧结。
根据本发明目的，本发明第三方面提供一种太阳能电池，所述电池为隧穿氧化层钝化接触太阳能电池，其包括：基区硅片；
设置在所述基区硅片正面的正面接触结构，所述正面接触结构如本发明第一方面的任一实施方案所述，或者如本发明第二方面的任一实施方案所述方法制备得到；
设置在所述基区硅片背面的背面接触结构，所述背面接触结构包括第二扩散区以及第二电极；
所述第二扩散区包括：设置在基区硅片背面的第二遂穿氧化层
与所述第二遂穿氧化层接触的第二多晶硅层；
与所述第二多晶硅层接触的第二介质层；其中，所述第二多晶硅层具有不低于50nm的厚度；并且，所述第二多晶硅层的极性与所述第一多晶硅层的极性相反
所述第二电极穿过第二介质层，并与所述第二多晶硅层接触。
如在此所述的第二电极为金属电极，所述金属电极包括括银电极、铜电极、铝电极、锡包铜电极、银包铜电极中的任意一种或者两种及以上。
根据本发明目的的第三方面的任一实施方案的太阳能电池，所述第二多晶硅层具有不低于50~150nm的厚度。
根据本发明目的的第三方面的任一实施方案的太阳能电池，所述第二介质层包括氧化层、氮化硅层、及非晶硅层中的一种或多种组合。
如在此所述的氧化层包括氧化铝（Al2O3）和/或二氧化硅（SiO2）。
根据本发明目的的第三方面的任一实施方案的太阳能电池，所述第二介质层具有2~90nm的厚度。
根据本发明目的的第三方面的任一实施方案的太阳能电池，所述第二介质层具有1.9-2.1的折射率。
根据本发明目的，本发明第四方面提供如本发明第三方面的任一实施方案所述太阳能电池的制备方法，包括：步骤A1：对基区硅片的表面进行结构化处理；
步骤A2：对结构化处理的表面进行硼扩散；
步骤A3：对基区硅片的背面进行抛光处理；
步骤A4：步骤 A3 处理完成后，在基区硅片的背面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
步骤A5：步骤A4处理完成后，对基区硅片的背面进行元素掺杂；
步骤A6：在所述基区硅片的正、背面沉积介质层；
步骤A7：对基区硅片的正、背面的介质层进行局部去除处理；
步骤A8：步骤A7 处理完成后，在基区硅片的正面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
步骤A9：步骤A8处理完成后，对基区硅片的正面进行元素掺杂；
步骤A10：对基区硅片进行退火处理；
步骤A11：步骤A10处理完成后，对基区硅片的正、背面进行印刷并烧结。
根据本发明的目，本发明第五方面提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括具有固定框架的太阳能电池板，所述光伏组件还包括用于安装太阳能电池板的支架；
所述支架包括中心支撑结构和支向支撑结构：
所述中心支撑结构包括中心柱以及万向旋转接头，所述中心柱通过万向旋转接头与所述太阳能电池板的框架连接；
所述支向支撑结构包括支柱以及万向旋转接头，所述支柱通过万向旋转接头与所述太阳能电池板的框架连接；
其中，所述支向支撑结构的数量为3~6，环绕中心柱形成分散。
根据本发明目的的第五方面的任一实施方案的光伏组件支架，所述太阳能电池板包括太阳能电池，所述太阳能电池包本发明括第三方面的任一实施方案所提供的太阳能电池，或者，本发明括第四方面的任一实施方案所提供的太阳能电池。
根据本发明目的的第五方面的任一实施方案的光伏组件支架，所述中心柱的高度可调节；所述支柱的高度可调节。
根据本发明目的的第五方面的任一实施方案的光伏组件支架，所述支向支撑结构的数量为3个，环绕中心柱形成分散，相邻两支向支撑结构的支柱之间的夹角为100~130°。
有益效果
（1）本发明提供的太阳能电池的正面接触结构，该结构在TOPCon电池正面的非电极区以及电极区的表面，均沉积了一层超薄隧穿钝化多晶硅层（隧穿氧化层、多晶硅层），所述金属电极通过超薄隧穿钝化多晶硅层与基区硅片的，能够有效的降低电极与基区硅片的接触复合，进而提升所述太阳能电池的转换性能。
（2）本发明提供的太阳能电池的正面接触结构，通过有意控制多晶硅层的厚度，能够使所述超薄隧穿钝化多晶硅层在电池区域达到隧穿钝化接触的能力的同时，也能避免多晶硅寄生吸收对太阳能电池性能的影响。
（3）本发明提供的光伏组件，其中心支撑结构以及支向支撑结构均通过万向旋转接头与所述太阳能电池板的框架连接，并且所述支向支撑结构环绕中心柱形成分散设置，能够实现稳定支撑；同时，能够根据太阳的方位角及高度角来对太阳能电池板的朝向、及方位进行适应性调整，最大化实现太阳光趋向于零度的入射角，真正通常优化光伏组件支架的结构形式，来提高太阳光辐射利用率。
（3）本发明提供的光伏组件，其太阳能电池板的太阳能电池具有本发明提高的正面接触结构，其与光伏组件的支架结构结合，能够最大化提高太阳光辐射利用率。
附图说明
图1本发明实施例2提供的太阳能电池的正面接触结构示意图；
图2本发明实施例3提供的太阳能电池的结构示意图；
图3作为对比的现有TOPCon电池的结构示意图；
图4本发明实施例1提供的光伏组件的结构示意图；
图5本发明实施例1提供的光伏组件的支撑结构示意图；
图中：100、基区硅片；110、绒面结构；200、第一扩散区；210、第一掺杂层；220、氧化铝层；230、氢化氮化硅层；240、第一遂穿氧化层；250、第一多晶硅层；300、第一电极区；310、遂穿氧化层；320、多晶硅层；400、第一电极；500、第二电极；600、第二扩散区；610、第二遂穿氧化层；620、第二多晶硅层；630、第二介质层；700、具有固定框架的太阳能电池板；800、支架；810、底座；820、中心支撑结构；821、中心柱；822、中心柱万向旋转接头；830、支向支撑结构；832、支柱；831、支柱万向旋转接头；α、夹角。
具体实施方式
通过参考结合附图和示例的以下描述可以更容易地理解本公开，所有附图和示例构成本公开的一部分。应当理解的是，本公开不限于本文描述和/或示出的特定产品、方法、条件或参数。进一步地，本文使用的术语仅用于通过示例的方式描述特定实施例的目的并且不旨在限制，除非另有说明。
还应当理解的是，为了清楚起见，本公开的某些特征可以在单独实施例的上下文中被描述在本文中，但是也可以在单个实施例中彼此组合地被提供。即，除非明显不兼容或特别地不包括，否则每个单独的实施例被认为可与任何其它实施例可组合，并且该组合被认为代表另一个不同的实施例。相反地，为了简明起见，在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何子组合来提供。最后，虽然特定实施例可以被描述为一系列步骤的部分或更通用的结构的部分，但每个步骤或子结构本身也可以被认为是独立的实施例。
除非另有说明，否则应当理解的是，列表中的每个单独元素和该列表中的单独元素的每个组合将被解释为不同的实施例。例如，表示为“A、B或C”的实施例的列表应被解释为包括实施例“A”、 “B”、 “C”、 “A或B”、 “A或C”、 “B或C”或“A、B或C”。
在本公开中，冠词“一”、 “一个”和“该”的单数形式还包括相应的复数个提及物，并且对特定数值的提及至少包括该特定值，除非上下文另有明确说明。因此，例如，对“物质”的提及是对这种物质及其等同物中的至少一种的提及。
包括诸如“第一”和“第二”的序数的术语可用于解释各种组件或者流体，但这些组件、流体不受这些术语的限制。因此，在没有背离本公开的教导的情况下，这些术语仅用于将该组件/流体与另一组件/流体区分开来。
当通过使用结合性术语“……和/或……”等来描述项目时，描述应被理解为包括相关联的所列项目中的任何一个以及其中的一个或多个的所有组合；比如A和/或B，应被解释为包括“A”但不包括“B”的实施例、包括“B” 但不包括“A”的实施例、包括“A”也包括“B”的实施例。
通常，术语“约”的使用表示可以根据通过所公开的主题所获得的期望特性而变化的近似值，并且将基于功能以依赖于上下文的方式来解释。因此，本领域普通技术人员将能够在个案的基础上解释一定程度的差异。在一些情况下，表达特定值时使用的重要数字的数量可以是用于确定由术语“约”允许的差异的代表性技术。在其它情况下，可以使用一系列值中的渐变来确定由术语“约”允许的差异的范围。进一步地，本公开中的所有范围都是包含性的和可组合的，并且对范围中所述的值的提及包括该范围内的每个值。
在本申请文件的整个说明书中，当记载为某个部分“包括”某个构成要素时，除非另有明确的相反记载，否则并不是指排除其他构成要素，而是指还可以包括其他构成要素。
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在本发明的整个说明书中，当记载为“根据本发明第……个目的的第……方面任一实施方案的……”除非另有明确的相反记载，否则并不是指排除在其之前和之后出现的关于所阐述的方案的构成要素，而是指还可以包括其他构成要素。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语和/或包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。为了使本发明的技术方案和优势，下面将对本发明实施例中的技术方案进行完整的描述。
实施例1
如图4所示，在本实施例提供一种光伏组件，所述光伏组件包括具有固定框架的太阳能电池板700，与所述框架连接用于固定所述具有固定框架的太阳能电池板700的支架800。
所述支架800包括底座810，以及安装在所述底座810上的中心支撑结构820和支向支撑结构830，所述支向支撑结构830的数量为3~6个，并且其与太阳能电池板700的固定框架的支撑连接位置分散于所述中心支撑结构820与太阳能电池板700的固定框架的支撑连接位置的周围；实际上，所述支向支撑结构830的数量为3个，并且这三个支向支撑结构830环绕中心支撑结构820分散，相邻两支向支撑结构830的支柱832之间的夹角α为100~130°，优选夹角α为120°，三者在太阳能电池板700的固定框架的支撑连接位置呈三角状，所述与太阳能电池板700的固定框架的支撑连接位置位于三角内。
关于所述的“中心支撑结构820”，其包括中心柱821以及中心柱万向旋转接头822，所述中心柱821通过中心柱万向旋转接头822与所述太阳能电池板700的固定框架连接；其中，所述中心柱821的高度可调节。
关于所述的“支向支撑结构830”，其包括支柱832以及支柱万向旋转接头831，所述支柱832通过支柱万向旋转接头831与所述太阳能电池板700的固定框架连接，其中，所述支柱832的高度可调节。
实施例2
本发明实施例提供一种TOPCon电池正面的接触结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，参照图1所示。
本实施例提供的太阳能电池的正面接触结构包括：
设置在基区硅片100正面的第一扩散区200、第一电极区300以及第一电极400；
所述第一扩散区200包括：设置在基区硅片100正面的第一掺杂层210；
与所述第一掺杂层210接触的第一介质层；
与所述第一介质层接触的第一遂穿氧化层240；
与所述第一遂穿氧化层240接触的第一多晶硅层250，所述第一多晶硅层250的厚度不超过20nm，并且，所述第一多晶硅层250的极性与所述第一掺杂层210的极性相同；
所述第一电极区300包括：与所述第一掺杂层210接触的遂穿氧化层310；
与所述遂穿氧化层310接触的多晶硅层320；多晶硅层320具有不超过20nm的厚度，并且，所述的多晶硅层320与所述第一掺杂层210的极性相同；
所述第一电极400与所述多晶硅层320接触；
关于所述的“基区硅片100”，其具有在正常工作期间面向太阳的正面以及与所述正面相对的背面，其正面为受光面，其背面相对于正面而设于基区硅片100的另一侧；其中，所述基区硅片100可以为P型或者N型的硅片，可以为多晶硅片或准单晶硅片，其根据实际使用需要选择相应种类的基区硅片100即可。
需要指出的是，可以采用表面织构化技术对与所述第一扩散区200进行接触的基区硅片100的表面制成绒面结构（简称制绒），基于此可以进一步降低表面光的反射损失、提高基区硅片100对入射光的利用率、从而增加电池的短路电流。所述表面织构化的方法一般可以采用机械刻槽、化学腐蚀、等离子刻蚀等，最终得到绒面结构其包括但不限于碱抛光面、机械抛光面、随机金字塔状、倒金字塔状、球冠状、V型槽状、及介于上述形貌之间的形貌。此外，其通常可通过酸制绒时形成不规则的半球型绒面织构纹理、通过碱制绒时形成金字塔状绒面织构纹理、或先通过碱制绒形成金字塔状绒面织构纹理后再经酸制绒对金字塔塔尖进行圆滑处理，此时基区硅片100背面沟槽处所形成的表面形貌有利于增加基区硅片100对光的吸收和再利用，使得增加短路电流密度，从而提高太阳能电池转化效率。
此外，基于上述不难看出，所述绒面结构110所具有的绒面织构高度也会影响基区硅片100的反射率。而关于“基区硅片100的厚度”需要说明的是，减小硅片的厚度，能有效减小载流子复合速率从而获得更高的开路电压。但是由于晶体硅对入射光的吸收系数较低，减小硅片厚度后，硅片对太阳光的吸收会变少，从而造成电池短路电流的减小。综上，基于实际需求可以针对所述基区硅片100的厚度、绒面织构的高度、反射率等进行相应的调整。比如在本发明的某些实施例中，所述基区硅片100可以选择性的满足以下（Ⅰ）~（Ⅳ）条件中的任意一个或者几个的组合：（Ⅰ）基区硅片100厚度为130~200 um；（Ⅱ）基区硅片100绒面织构高度1~5 um；（Ⅲ）基区硅片100电阻率为0.5~5 ohm·cm；（Ⅳ）基区硅片100反射率为9~11%。
具体到本实施例中，所述基区硅片100选择磷掺杂的N型的单晶硅片，通过碱制绒的方法针对磷掺杂的N型的单晶硅片的表面进行了制绒处理，并在所述表面形成了金字塔状的绒面织构。更为具体的，本实施例中所述基区硅片100的电阻率为0.8 ohm·cm、厚度为130 um、绒面织构高度2.5 um、反射率10.2%。
关于所述的“第一掺杂层210”其需要与所述基区硅片100具有相反的极性，比如若所述基区硅片100选择磷掺杂的N型的单晶硅片，此时，所述的第一掺杂层210相应是含有扩散的P型掺杂剂的P型掺杂区，且本发明中所述P型掺杂区的方阻为120-350 ohm/sq。
具体到本实施例中，所述第一掺杂层210位于基区硅片100与第一介质层之间，所述第一掺杂层210采用管式扩散的方式利用三氯化硼和氧气分解，使其沉积在绒面织构表面形成BSG层，并推进形成深度0.3um的PN结，此时使得所述基区硅片100的一部分扩散变成了本实施例中的第一掺杂层210，且所述第一掺杂层210的掺杂浓度为8e18/cm3。
关于所述的“第一介质层”，在本发明的一些实施例中，所述第一介质层在第一掺杂层210上进行制备形成；所述第一介质层包括氧化层、氮化硅层（SiNx层）、及非晶硅层中的一种或多种组合。作为本发明的一些示例，例如其所述第一介质层可以为单一材料的氧化层、也可以为多种材料的氧化层和非晶硅层的组合、还可以为单一材料的多层不同折射率的非晶硅的组合，此外，其第一介质层还可以为氮氧化硅层、氮化硅层等。可以理解的，其第一介质层的具体结构包括但不限于上述所罗列的几种方式，其可以根据实际使用需要对第一介质层进行相应设置，在此不做具体限定。
进一步地，所述第一介质层的厚度可以介于2nm 到90nm之间；在本发明的一些优选实施例中，所述第一介质层优选介于50nm 到800nm之间，折射率为1.9~2.1。在本发明的另一些优选实施例中，所述第一介质层优选由厚度介于2~10nm的氧化层和厚度介于60~80nm的氮化硅层组成，此时氧化层和氮化硅层由基区硅片100向外依次排列，所述氧化层与内侧的第一掺杂层210相接触，所述氮化硅层与所述氧化层相接触。
进一步地，其氧化层优选由氧化硅层（也可以简写为SiO2层）、氧化铝层（也可以简写为Al2O3层）中的一层或多层组成；因此，所述第一介质层也还可为氧化层中的氧化硅层与氧化铝层的结合。其中，所述第一介质层中的氮化硅层（也可以简写为SiNx层）包括氢化氮化硅层。此时氢化氮化硅层中的氢，在扩散机理及热效应的作用下可以进入基区硅片100中，使得中和基区硅片100正面的悬挂键，将基区硅片100的缺陷钝化好，从而将禁带中的能带转入价带或者导带，使得提高载流子通过该第一介质层进入第一遂穿氧化层240的几率。
关于所述的第一介质层的“形成方法”，其中的氧化硅层可以通过热氧化法（包括干氧氧化、湿氧氧化）、化学气相沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）、室温湿法氧化法等方式制备形成，其根据实际使用需要进行制备，在此不做具体限定；所述 氮化硅层可以通过化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）和磁控溅射技术等方式制备形成，其根据实际使用需要进行制备，如果条件允许，优选使用化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）进行氮化硅层的制备；所述氧化铝层可以通过原子层积（ALD）法、等离子体辅助ALD法、热解沉积法、离域PECVD法、分子束外延、沉积A1加氧化法等方式制备形成，其根据实际使用需要进行制备，在此不做具体限定。其中氧化铝和氮化硅在薄膜沉积的同时会有大量的氢产生，可以形成良好的氢钝化。
具体到本实施例中，如图1所示，所述第一介质层包括厚度为3.5nm的氧化铝层220和厚度为76.5nm的氢化氮化硅层230，此时氧化铝层220和氢化氮化硅层230由基区硅片100向外依次排列，所述氧化铝层220叠加于到内侧的第一掺杂层210上，所述氢化氮化硅层230叠加到所述氧化铝层220上，最终所述第一介质层呈现2.05的折射率。
进一步地，对所述第一介质层进行了局部去除处理，形成金字塔状和/或V型槽状结构。具体到本实施例中，对所述第一介质层进行了激光开膜，具体是利用紫外皮秒激光对第一介质层进行局部去除处理，形成了如图1所示的金字塔状结构的开窗。
关于所述的“遂穿氧化层”主要是超薄的氧化层，其对钝化接触的性质有着重要的影响，而良好的接触则来自缺陷辅助隧穿机制或氧化层上的微孔。优选所述超薄的氧化层为超薄氧化硅层。关于所述的超薄氧化硅层的形成目前主要有热氧化法（包括干氧氧化、湿氧氧化）、化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积(PECVD)法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）、室温湿法氧化法等，优选低压化学气相沉积（LPCVD）法。例如本发明中所述的“第一遂穿氧化层240”以及所述“位于第一电极区300的遂穿氧化层310”均满足前述说明，并且，在本发明的一些优选实施例中，所述第一遂穿氧化层240具有0.5-1.5nm的厚度、所述位于第一电极区300的遂穿氧化层310具有0.5-1.5nm的厚度。
具体到本实施例中，利用LPCVD常压氧化形成SiO2的第一遂穿氧化层240，以及在如前所述的对第一介质层进行局部去除处理后形成金字塔状结构的开窗处形成了位于第一电极区300的遂穿氧化层310。并且从图1中可以看出位于第一电极区300的遂穿氧化层310与所述第一介质层的开窗处的截断面相接触。本实施例中，在进行遂穿氧化层沉积前，利用HF针对激光开膜的区域进行处理，去除自然氧化层，最终形成了1.3nm厚的第一遂穿氧化层240以及1.3nm厚的位于第一电极区300的遂穿氧化层310。
关于所述的“多晶硅层”，包括“第一多晶硅层250”以及所述“位于第一电极区300的多晶硅层320”，其主要指掺杂多晶硅层，掺杂类型需要与所述第一掺杂层210的极性相同。基于此，以上任一所述的多晶硅层具有与所述基区硅片100具有相反的极性。在此需要进一步说明的是，所述多晶硅层的厚度控制对于本发明太阳能电池的正面接触结构来说尤为关键，原因是受限于多晶硅层寄生系数高的问题，现有技术中通常将包括多晶硅层的钝化层应用在TOPcon电池的背面，而本发明通过研究发现将所述第一多晶硅层250以及位于第一电极区300的多晶硅层320的厚度均控制在不超过20 nm，能够使所述超薄隧穿钝化多晶硅层在电池区域达到隧穿钝化接触的能力的同时，也能避免多晶硅寄生吸收对太阳能电池性能的影响。此外，在本发明的一些优选实施例中，所述第一多晶硅层250可选的满足以下（Ⅰ）~（Ⅲ）条件中的任意一个或者几个的组合：（Ⅰ）第一多晶硅层250的厚度为5~20nm；（Ⅱ）第一层多晶硅层250的掺杂浓度为3e19cm-3~5e20cm-3；（Ⅲ）第一层多晶硅层250的掺杂浓度为1e20cm-3~5e20cm-3；所述位于第一电极区300的多晶硅层320可选的满足以下（Ⅰ）~（Ⅲ）条件中的任意一个或者几个的组合：（Ⅰ）多晶硅层320的厚度为5~20nm；（Ⅱ）多晶硅层320的掺杂浓度为3e19cm-3~5e20cm-3；（Ⅲ）多晶硅层320的掺杂浓度为1e20cm-3~5e20cm-3。
关于所述的多晶硅层的“形成方法”主要有两种：第一种是采用LPCVD法直接沉积掺杂的多晶层，利用此种方法可以一次完成多晶硅的沉积和掺杂；第二种是先采用PECVD或LPCVD法沉积本征多晶硅层，然后再采用离子注入、扩散等工艺进行掺杂，各种掺杂方法在工艺效果上相差不大。
具体到本实施例中，所述基区硅片100选择磷掺杂的N型的单晶硅片，此时，所述的第一掺杂层210相应是含有扩散的P型掺杂剂的P型掺杂区，先采用LPCVD法直接在第一遂穿氧化层240法沉积本征多晶硅层，然后再采用扩散的工艺对基区硅片的表面进行元素掺杂，最后进行退火处理形成P型掺杂、厚度为20nm、掺杂浓度为1e20cm-3的第一多晶硅层250。同样的方式同时形成了位于所述第一电极区300的P型掺杂、厚度为20nm、掺杂浓度为1e20cm-3的多晶硅层320。
关于所述的“第一电极400”为金属电极，所述金属电极包括银电极、铜电极、铝电极、锡包铜电极、银包铜电极中的任意一种或者两种及以上。具体到本实施例中，对完成P型掺杂的多晶硅层320的沉积工艺的基区硅片100的正面进行丝网印刷和烧结，其中，所述金属电极的材料为Ag浆。
实施例3
本发明第2实施例还提供一种太阳能电池，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，参照图2所示。
本发明实施例提供的太阳能电池包括：基区硅片100；
设置在基区硅片100正面的前述实施例1所述的正面接触结构；
设置在基区硅片100背面的第二扩散区600以及第二电极500；
所述第二扩散区600包括：
设置在基区硅片100背面的第二遂穿氧化层610；
与所述第二遂穿氧化层610接触的第二多晶硅层620；
与所述第二多晶硅层620接触的第二介质层630；
其中，所述第二多晶硅层620具有不低于50nm的厚度；并且，所述第二多晶硅层620的极性与所述第一多晶硅层250的极性相反；
所述第二电极500穿过第二介质层630，并与所述第二多晶硅层620接触。
在本实施例2中，按照同实施例1中的方式对所述基区硅片100的正面、背面均依次完成碱制绒进行硼扩散处理后，在所述基区硅片100的正面形成了第一掺杂层210，同时也在所述基区硅片100的背面形成了掺杂层；
对所述基区硅片100的背面进行抛光处理，具体利用链式去膜机去除背面的BSG绕度，并利用KOH对背面进行刻蚀去除在所述基区硅片100的背面形成的掺杂层；
然后，按照同实施例1中所述的方式，在所述基区硅片100的背面完成第二遂穿氧化层610的沉积、完成本征多晶硅层的沉积、然后再采用扩散的工艺对基区硅片的表面进行元素掺杂，最后进行退火处理形成最终的第二多晶硅层620。
关于所述的“第二遂穿氧化层610”，主要是超薄的氧化层，其对钝化接触的性质有着重要的影响，而良好的接触则来自缺陷辅助隧穿机制或氧化层上的微孔。优选所述超薄的氧化层为超薄氧化硅层。关于所述的超薄氧化硅层形成目前主要有热氧化法（包括干氧氧化、湿氧氧化）、化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）、室温湿法氧化法等，优选低压化学气相沉积（LPCVD）法。在发明中所述第二遂穿氧化层610可以与所述第一遂穿氧化层240相同，也可以不同；在本发明的一些优选实施例中，所述第二遂穿氧化层610具有0.5~1.5nm的厚度。具体到本实施例中，所述第二遂穿氧化层610同实施例1中的所述第一遂穿氧化层240。
关于所述的“第二多晶硅层620”，其包括掺杂多晶硅层，其掺杂类型需要与所述第一多晶硅层250的极性相反，且为了达到更好的钝化效果，所述第二多晶硅层620优选具有不低于50nm的厚度。此外，在本发明的一些优选实施例中，所述第二多晶硅层620可选的满足以下（Ⅰ）~（Ⅲ）条件中的任意一个或者几个的组合：（Ⅰ）第二多晶硅层620的厚度为50~150nm；（Ⅱ）第二多晶硅层620的方阻是50~200ohm/sq；（Ⅲ）第二多晶硅层620具有3e20cm-3~8e20cm-3。具体到本实施例中，所述基区硅片100选择磷掺杂的N型的单晶硅片，此时位于所述基区硅片100正面的结构中的所述第一掺杂层210相应是含有扩散的P型掺杂剂的P型掺杂区，所述第一多晶硅层250为P型掺杂。基于此本实施例中位于所述基区硅片100背面的第二多晶硅层620为磷掺杂的N型掺杂，所述第二多晶硅层620的厚度为130nm，表面浓度为4e20cm-3。
关于所述的“第二介质层630”，在本发明中所述第二介质层630在第二多晶硅层620上进行制备形成；所述第二介质层630包括氧化层、氮化硅层（SiNx层）、及非晶硅层中的一种或多种组合。作为本发明的一些示例，例如其所述第二介质层630可以为单一材料的氧化层、也可以为多种材料的氧化层和非晶硅层的组合、还可以为单一材料的多层不同折射率的非晶硅的组合，此外，其第二介质层630还可以为氮氧化硅层、氮化硅层等。可以理解的，其第二介质层630的具体结构包括但不限于上述所罗列的几种方式，其可以根据实际使用需要对第二介质层630进行相应设置，在此不做具体限定。进一步的，本发明中优选所述第二介质层630的厚度为40~75nm。在本发明的一些优选实施例中，所述第二介质层630的厚度为50~70nm，折射率为1.9~2.1。
在本发明的另一些优选实施例中，所述第二介质层630由氧化层和氮化硅层构成，此时氧化层和氮化硅层由基区硅片100向外依次排列，所述氮化硅层与内侧的第二多晶硅层620相接触。进一步的，其氧化层优选由氧化硅层（SiO2层）、氧化铝层（Al2O3层）中的一层或多层组成；因此，所述第二介质层630也还可为氧化层中的氧化硅层与氧化铝层的结合。其中，所述第二介质层630中的氮化硅层包括氢化氮化硅层。在本发明的另一些优选实施例中，所述第二介质层630优选厚度为40~60nm的氮化硅层。
关于所述的第二介质层630的“形成方法”，其中的氧化硅层可以通过热氧化法（包括干氧氧化、湿氧氧化）、化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）、室温湿法氧化法等方式制备形成，其根据实际使用需要进行制备，在此不做具体限定；所述 氮化硅层可以通过化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）和磁控溅射技术等方式制备形成，其根据实际使用需要进行制备，如果条件允许，优选使用化学气相沉积沉积（CVD）法（包括等离子体化学气相沉积（PECVD）法、低压化学气相沉积（LPCVD）法）进行氮化硅层的制备；所述氧化铝层可以通过原子层积（ALD）法、等离子体辅助ALD法、热解沉积法、离域PECVD法、分子束外延、沉积A1加氧化法等方式制备形成，其根据实际使用需要进行制备，在此不做具体限定。其中氧化铝和氮化硅在薄膜沉积的同时会有大量的氢产生，可以形成良好的氢钝化。如图2所示，具体到本实施例中，所述第二介质层630与所述第一介质层中的氢化氮化硅层在同一工序中形成，最终得到的氢化氮化硅层的第二介质层630厚度为70nm、折射率为2.05。
进一步地，对所述第二介质层630进行了局部去除处理，形成金字塔状和/或V型槽状结构。具体到本实施例中，对所述第一介质层进行了激光开膜，具体是利用紫外皮秒激光对第一介质层进行局部去除处理，形成了如图2所示的金字塔状结构的开窗。
关于所述的“第二电极500”为金属电极，所述金属电极包括银电极、铜电极、铝电极、锡包铜电极、银包铜电极中的任意一种或者两种及以上。具体到本实施例中，对完成第二介质层630沉积工艺的基区硅片100的背面先进行背面poly绕度的去除处理，然后进行丝网印刷和烧结，其中，所述金属电极的材料为Ag浆。
对比例1
如图3所示为现有的TOPCon电池（D1-TOPCon）的结构示意图，如图3所示的现有的太阳能电池基本同本发明实施例2提供的太阳能电池，区别仅在于基区硅片100的正面接触结构，包括所述第一扩散区200和第一电极区300；其所述第一扩散区200既包括设置在基区硅片100正面的第一掺杂层210（所述第一掺杂层210同实施例1）；与所述第一掺杂层210接触的第一介质层（所述第一介质层同实施例1）；所述第一扩散区200不再包括第一遂穿氧化层240、第一多晶硅层250；所述第一电极区300的区别仅在于不再包括遂穿氧化层和多晶硅层，所述第一电极400直接与第一掺杂层210相接触。
对比例2
作为对比的，本对比例中还提供了另外一太阳能电池（D2-TOPCon），所D2-TOPCon电池结构同本发明实施例2所提供的太阳能电池，区别仅在于所述基区硅片100的正面接触结构第一多晶硅层250厚度为50nm、位于第一电极区300的多晶硅层320厚度为50nm。
对比例3
此外，作为对比的，本实施例中还提供了另外一太阳能电池（D3-TOPCon），所D2-TOPCon电池结构同本发明实施例2所提供的太阳能电池，区别仅在于所述基区硅片100的正面接触结构的所述第一电极区300，不再包括第一掺杂层210。
对比例4
对比例中还提供了另外一太阳能电池（D4-TOPCon），所D2-TOPCon电池结构同本发明实施例2所提供的太阳能电池，区别仅在于所述基区硅片100的正面接触结构的所述第一电极区300，不再包括第一隧穿氧化层240区。
对比例5
本对比例中还提供了另外一太阳能电池（D3-TOPCon），所D3-TOPCon电池结构同本发明实施例2所提供的太阳能电池，区别仅在于所述基区硅片100的正面接触结构的所述第一电极区300，不再包括多晶硅层310和隧穿氧化层320。
对比例6
本对比例中还提供了另外一太阳能电池（D4-TOPCon），所D4-TOPCon电池结构同本发明实施例2所提供的太阳能电池，区别仅在于所述基区硅片100的正面接触结构的非电极区域，不再具有所述的第一遂穿氧化层240和第一多晶硅层250。
表1. 各太阳能电池的性能对比参数
太阳能电池 Voc（mV） Jsc(mA/cm2) FF(%) Eta(%)
实施例2 735 42.0 83.8 25.87
D1-topCon 715 42.2 83.2 25.16
D2-topCon 736 41.5 83.9 25.63
D3-topCon 738 42.1 81.3 25.26
D4-topCon 725 41.8 83.4 25.27
D5-topCon 715 42.0 83.2 24.98
D6-topCon 730 42.2 83.2 25.63
由表1可以看出：本发明实施例2提供的太阳能电池，相较于D1-TOPCon，Jsc仅降低0.3mA/cm2，而Voc提高20 mV，FF提高0.8%，最终电池转换效率提高0.69%。
本发明对比例提供的太阳能电池（D2-TOPCon），随着正面接触结构的第一多晶硅层250加厚到50nm，相较于实施例2，Jsc降低了0.5mA/cm2，而Voc增加了1mV，FF提高了0.1%，最终电池转换效率下滑了0.24%，但是较常规的太阳能电池（D1-TOPCon）的性能仍然提升了0.47%。
本发明对比例提供的太阳能电池D3-TOPCon是本发明所涉及的正面接触结构的第一电极区300有所不同。通过对比数据，可以发现，即使没有第一掺杂层210，仅通过第一隧穿氧化层240和第一多晶硅层250的组合，同样可以有效的解决常规太阳能电池所面临的性能不足的问题。
以上所述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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.太阳能电池的正面接触结构，所述电池为隧穿氧化层钝化接触太阳能电池，所述太阳能电池可以应用于太阳能电池板，其特征在于，所述正面接触结构包括设置在基区硅片正面的第一扩散区、第一电极区以及第一电极；
所述第一扩散区包括：设置在基区硅片正面的第一掺杂层；
与所述第一掺杂层接触的第一介质层；
与所述第一介质层接触的第一遂穿氧化层；
与所述第一遂穿氧化层接触的第一多晶硅层；且，所述的第一多晶硅层具有不超过20nm的厚度、以及与所述第一掺杂层相同的极性；
所述第一电极区包括：与所述第一掺杂层接触的遂穿氧化层；
与所述遂穿氧化层接触的多晶硅层；且，所述的多晶硅层具有不超过20nm的厚度、以及与所述第一掺杂层相同的极性；
所述第一电极设置于所述第一电极区。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，位于所述第一电极区的遂穿氧化层与所述第一介质层的边缘相接。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一多晶硅层具有5~20nm的厚度；
位于所述第一电极区的多晶硅层具有5~20nm的厚度。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一遂穿氧化层具有0.5~1.5nm的厚度。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一介质层包括氧化层、氮化硅层、及非晶硅层中的一种或多种组合；
所述第一介质层具有2~90nm的厚度。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一介质层包括与所述第一掺杂层接触的氧化层；
以及，与所述氧化层接触的氮化硅层；
其中，所述氧化层具有2~10nm的厚度；
所述氮化硅层具有60~80nm的厚度。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一介质层具有1.9-2.1的折射率。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一掺杂层为P型掺杂层。
9. 根据权利要求5所述的太阳能电池的正面接触结构，其特征在于，所述第一掺杂层具有120~350 ohm/sq的方阻。
10.太阳能电池的正面接触结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对基区硅片的正面进行结构化处理；
步骤S2：对结构化处理后的表面进行硼扩散；
步骤S3：在硼扩散处理过后的表面沉积第一介质层；
步骤S4：对第一介质层进行局部去除处理；
步骤S5：步骤S4处理完成后，对基区硅片的表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
步骤S6：步骤S5处理完成后，对基区硅片的表面进行元素掺杂；
步骤S7：步骤S6处理完成后，进行退火处理；
步骤S8：步骤S7处理完成后，对基区硅片的正面进行印刷并烧结。
11.太阳能电池，所述电池为隧穿氧化层钝化接触太阳能电池，其特征在于，包括：基区硅片；
设置在所述基区硅片正面的正面接触结构，所述正面接触结构如权利要求1~9任一项所述，或者如权利要求10所述方法制备得到；
设置在所述基区硅片背面的背面接触结构，所述背面接触结构包括第二扩散区以及第二电极；
所述第二扩散区包括：设置在基区硅片背面的第二遂穿氧化层
与所述第二遂穿氧化层接触的第二多晶硅层；
与所述第二多晶硅层接触的第二介质层；
其中，所述第二多晶硅层具有不低于50nm的厚度；并且，所述第二多晶硅层的极性与所述第一多晶硅层的极性相反
所述第二电极穿过第二介质层，并与所述第二多晶硅层接触。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二多晶硅层具有50~150nm的厚度。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二介质层具有2~90nm的厚度；所述第二介质层包括氧化层、氮化硅层、及非晶硅层中的一种或多种组合。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二介质层具有1.9~2.1的折射率。
15.太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：步骤A1：对基区硅片的表面进行结构化处理；
步骤A2：对结构化处理的表面进行硼扩散；
步骤A3：对基区硅片的背面进行抛光处理；
步骤A4： 步骤A3 处理完成后，在基区硅片的背面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
步骤A5：步骤A4处理完成后，对基区硅片的背面进行元素掺杂；
步骤A6：在所述基区硅片的正、背面沉积介质层；
步骤A7：对基区硅片的正、背面的介质层进行局部去除处理；
步骤A8：步骤A7 处理完成后，在基区硅片的正面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
步骤A9：步骤A8处理完成后，对基区硅片的正面进行元素掺杂；
步骤A10：对基区硅片进行退火处理；
步骤A11：步骤A10处理完成后，对基区硅片的正、背面进行印刷并烧结。
16.一种光伏组件，所述光伏组件包括具有固定框架的太阳能电池板，其特征在于，所述光伏组件还包括用于安装太阳能电池板的支架；所述支架包括中心支撑结构和支向支撑结构：所述中心支撑结构包括中心柱以及万向旋转接头，所述中心柱通过万向旋转接头与所述太阳能电池板的框架连接；所述支向支撑结构包括支柱以及万向旋转接头，所述支柱通过万向旋转接头与所述太阳能电池板的框架连接；其中，所述支向支撑结构的数量为3~6，环绕中心柱形成分散；
所述太阳能电池板包太阳能电池，所述太阳能电池如权利要求11~14任一所述，或者如权利要求15所述方法制备得到。
17. 根据权利要求16 所述的光伏组件支架，其特征在于，所述中心柱的高度可调节；所述支柱的高度可调节。
18. 根据权利要求16 所述的光伏组件支架，其特征在于，所述支向支撑结构的数量为3个，环绕中心柱形成分散，相邻两支向支撑结构的支柱之间的夹角为100~130°。
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