CN117790622A - 一种太阳电池的制备方法、太阳电池及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种太阳电池的制备方法、太阳电池及光伏组件。该太阳电池的制备方法，包括：在硅片的受光面或背光面上沉积隧穿层；在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层；其中，掺杂多晶硅层的厚度为50nm～100nm；在掺杂多晶硅层背离隧穿层的一面上沉积第一功能层；在第一功能层背离掺杂多晶硅层的一面上印刷浆料；其中，浆料包含IrO2‑PbO‑BeO体系玻璃的玻璃材料；烧结浆料形成第一金属电极；其中，第一金属电极穿透第一功能层后与掺杂多晶硅层形成欧姆接触；使用激光增强优化接触技术处理第一金属电极所在区域。上述浆料搭配激光增强优化接触技术，能够减少掺杂多晶硅层的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种太阳电池的制备方法、太阳电池及光伏组件。
背景技术
钝化接触太阳电池是指在电池的背面制备一层隧穿氧化层，然后在隧穿氧化层上沉积一层掺杂硅薄膜，隧穿氧化层和掺杂硅薄膜构成钝化接触结构。
由于掺杂多晶硅层会增强电池片对光的寄生吸收，造成光损失增大，并且光损失的程度与掺杂多晶硅层的厚度呈正比，因此对掺杂多晶硅层减薄有利于降低光损失。但掺杂多晶硅层厚度的降低易导致电池片钝化效果降低，开压受到一定程度的影响。另外，掺杂多晶硅层的厚度降低后，在烧结过程中易发生银浆烧穿现象，该现象会影响材料的接触性能并进一步降低材料的钝化效果，电池的电性能受损。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种太阳电池的制备方法、太阳电池及光伏组件，该制备方法在烧结过程中采用的浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料，上述浆料搭配激光增强优化接触技术，形成特定的接触结构，即金属-硅混合结构，该接触结构能够抑制浆料生成的金属微晶在抵达隧穿层后横向生长，减少掺杂多晶硅层的破坏。
第一个方面，本申请实施例提供一种太阳电池的制备方法，包括：
在硅片的受光面或背光面上沉积隧穿层；
在所述隧穿层背离所述硅片的一面上制备掺杂多晶硅层；其中，所述掺杂多晶硅层的厚度为50nm～100nm；
在所述掺杂多晶硅层背离所述隧穿层的一面上沉积第一功能层；
在所述第一功能层背离所述掺杂多晶硅层的一面上印刷浆料；其中，所述浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料；
烧结所述浆料形成第一金属电极；其中，所述第一金属电极穿透所述第一功能层后与所述掺杂多晶硅层形成欧姆接触；
使用激光增强优化接触技术处理所述第一金属电极所在区域。
可选地，所述玻璃材料包括按质量百分比计的以下原料：
20％～35％的IrO2；
60％～70％的PbO；
5％～15％的BeO。
可选地，所述浆料包括按质量百分比计的以下原料：
81.5％～89.0％的银粉；
1.0％～5.0％的玻璃材料，所述玻璃材料为D50粒径≤3.5μm的玻璃粉；
7.5％～12.5％的有机载体；
1.0％～2.5％的添加剂。
可选地，所述在所述隧穿层背离所述硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离所述硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，且在其中两个所述掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高；
在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层。
可选地，所述制备背离所述硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，且在其中两个所述掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层的步骤，包括：
通入SiH4以及流量为Q1的PH3，反应时间为t1，制得第一层所述掺杂非晶硅层；
通入SiH4以及流量为Q2的PH3，反应时间为t2，制得第二层所述掺杂非晶硅层；
通入氧源，制得氧化硅材质的所述阻挡及钝化层；
通入SiH4以及流量为Q3的PH3，反应时间为t3，制得第三层所述掺杂非晶硅层；其中，t3＞t2＞t1，Q3＞Q2＞Q1。
可选地，所述在所述隧穿层背离所述硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离所述硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高；
或，制备背离所述硅片依次层叠的本征非晶硅层以及多个掺杂非晶硅层，在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高；
或，制备背离所述硅片依次层叠的本征非晶硅层以及多个掺杂非晶硅层，且在其中两个所述掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层，在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高。
可选地，所述使用激光增强优化接触技术处理所述第一金属电极所在区域的步骤中，激光波长为590nm～880nm，激光的频率为30Mhz～60Mhz，激光扫描速度为60mm/s～190mm/s，激光扫描电池片速率为0.6秒/片～3.7秒/片。
可选地，所述隧穿层为氧化硅层；
和/或，所述隧穿层的厚度为1.25nm～1.45nm；
和/或，所述掺杂多晶硅层的方阻为15Ω/sq～25Ω/sq；
和/或，所述掺杂多晶硅层的表面掺杂浓度为5×1019个.cm-3～7×1020个.cm-3；
和/或，所述第一功能层为氮化硅层；
和/或，所述第一功能层的厚度为70nm～80nm。
第二个方面，本申请实施例提供一种太阳电池，通过如第一个方面所述的太阳电池的制备方法制备得到；所述太阳电池包括：
硅片，所述硅片具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面，所述第一表面和所述第二表面中的其中一个为受光面而另一个为背光面；
隧穿层，所述隧穿层设置在所述第一表面；
掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层设置在所述隧穿层背离所述硅片的一面；所述掺杂多晶硅层的厚度为50nm～100nm；
第一功能层，所述第一功能层设置在所述掺杂多晶硅层背离所述隧穿层的一面；以及
第一金属电极，所述第一金属电极穿透所述第一功能层后与所述掺杂多晶硅层形成欧姆接触；所述第一金属电极与所述掺杂多晶硅层的接触处形成有分叉状的金属-硅混合结构。
可选地，该太阳电池还包括：
掺杂层，所述掺杂层设置在所述第二表面；所述掺杂层具有第一导电类型，所述硅片和所述掺杂多晶硅层具有第二导电类型，所述第一导电类型中的其中一种为N型而另一种为P型；
第二功能层，所述第二功能层设置在所述掺杂层背离所述硅片的一面上；以及
第二金属电极，所述第二金属电极穿透所述第二功能层后与所述掺杂层形成欧姆接触。
可选地，所述掺杂多晶硅层之中具有阻挡及钝化层。
可选地，所述金属-硅混合结构为银-硅混合结构；
和/或，所述隧穿层为氧化硅层；
和/或，所述隧穿层的厚度为1.25nm～1.45nm；
和/或，所述掺杂多晶硅层的方阻为15Ω/sq～25Ω/sq；
和/或，所述掺杂多晶硅层的表面掺杂浓度为5×1019个.cm-3～7×1020个.cm-3；
和/或，所述第一功能层为氮化硅层；
和/或，所述第一功能层的厚度为70nm～80nm；
和/或，所述阻挡及钝化层为氧化硅层。
第三个方面，本申请实施例提供一种光伏组件，包括如第二个方面所述的太阳电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本申请实施例提供一种太阳电池的制备方法，通过制备50nm～100nm这种具有更薄厚度水平的掺杂多晶硅层，以减少太阳电池对光的寄生吸收，进而减少光损失；与此同时通过采用具有特定玻璃材料的印刷浆料和激光增强优化技术的结合来制作第一金属电极，从而在掺杂多晶硅层厚度变薄的情况下，仍保持良好的钝化效果。
具体地，该制备方法在烧结过程中采用的浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料，IrO2具有较低的热膨胀系数，可有效提升该玻璃体系结构的稳定性，一定程度上缓解PbO对第一功能层的腐蚀以及玻璃的横向流动，减小第一功能层烧结后的腐蚀面积；而BeO具有降低玻璃化转变温度的作用，使其在较低的烧结温度下仍具有良好的润湿性，能有效刻蚀第一功能层。
进一步地，该制备方法采用激光增强优化接触技术并搭配低腐蚀浆料以及降低的烧结温度，减少烧结过程对厚度较薄的掺杂多晶硅层和隧穿层的破坏，保护掺杂多晶硅层和隧穿层的优良钝化效果；并在此基础上激光增强优化接触技术形成特定的接触结构，即金属-硅混合结构，该接触结构能够抑制浆料生成的金属微晶在抵达隧穿层后横向生长，减少掺杂多晶硅层的破坏，有利于维持掺杂多晶硅层的钝化效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要的使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请实施例的太阳电池的结构示意图；
图2是实施例1一种太阳电池的制备方法的方法流程图；
图3是实施例1的太阳电池的局部SEM图。
附图标号说明：
100、太阳电池；110、硅片；120、隧穿层；130、掺杂多晶硅层；131、阻挡及钝化层；140、第一功能层；150、第一金属电极；151、金属-硅混合结构；160、掺杂层；170、第二功能层；180、第二金属电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
相关技术中的钝化接触太阳电池的掺杂多晶硅层的厚度较厚，为160nm～200nm。但是上述厚度的掺杂多晶硅层会导致电池片对光的寄生吸收较强，光损失大。此外，掺杂多晶硅层的厚度每增加10nm即可造成10mA短路电流的损失。沉积上述厚度的掺杂多晶硅层显然需要通入更多的反应气体，反应时间也更长，导致太阳电池的制造成本高。因此，为了实现电池的降本增效，有必要降低掺杂多晶硅层的厚度。
但是，降低掺杂多晶硅层的厚度会导致一系列问题，具体如下：太阳电池通过浆料烧结后形成第一金属电极，浆料烧结过程中先烧穿覆盖在掺杂多晶硅层上的第一功能层，然后到达掺杂多晶硅层后继续烧穿一定深度，以使第一金属电极与掺杂多晶硅层形成欧姆接触。若掺杂多晶硅层的厚度过薄，则烧结过程会出现烧穿掺杂多晶硅层的现象，该现象会影响接触性能并进一步降低钝化效果，太阳电池的电性能受损。
相关技术中通过降低烧结温度减少发生烧穿现象，但仅通过降低烧结温度易导致背面银浆不能充分刻蚀穿氮化硅层，使其与掺杂多晶硅层接触性能降低，电池串联电阻增大，电性能下降。
另一方面，由于掺杂多晶硅层存在自由电子，受自由电子的牵引，烧结过程形成的金属微晶抵达隧穿层后趋向于横向生长，即沿掺杂多晶硅层所在平面上的平面方向生长，进而破坏掺杂多晶硅层，导致暗饱和电流密度(J0,metal)和接触电阻升高。相关技术中并未研究如何抑制金属结晶横向生长。
基于上述分析，本申请提供一种太阳电池的制备方法，该制备方法在烧结过程中采用的浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料，该浆料具有低玻璃化转变温度、良好的润湿性以及低腐蚀面积等特点，能够在较低的烧结温度下进行烧结，并有效刻蚀第一功能层，且对第一功能层的腐蚀面积更小。进一步地，上述浆料搭配激光增强优化接触技术，形成特定的接触结构，即金属-硅混合结构，该接触结构能够抑制浆料生成的金属微晶在抵达隧穿层后横向生长，减少掺杂多晶硅层的破坏，有利于维持掺杂多晶硅层的钝化效果。
下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案进行说明。
第一个方面，本申请实施例提供一种太阳电池的制备方法，包括：
在硅片的受光面或背光面上沉积隧穿层；
在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层；其中，掺杂多晶硅层的厚度为50nm～100nm；
在掺杂多晶硅层背离隧穿层的一面上沉积第一功能层；
在第一功能层背离掺杂多晶硅层的一面上印刷浆料；其中，浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料；
烧结浆料形成第一金属电极；其中，第一金属电极穿透第一功能层后与掺杂多晶硅层形成欧姆接触；
使用激光增强优化接触技术处理第一金属电极所在区域。
该太阳电池的制备方法制得的掺杂多晶硅层130的厚度仅为50nm～100nm，掺杂多晶硅层130和隧穿层120构成钝化接触结构。发明人研究发现，掺杂多晶硅层130的厚度大于50nm时，太阳电池100即可拥有较优的钝化效果，表明本申请中较薄的掺杂多晶硅层130并没有明显的钝化效果损失。通过制备厚度较薄的掺杂多晶硅层130，以减少太阳电池100对光的寄生吸收，进而减少光损失。
第一功能层140一般是钝化层、减反射层或钝化及减反射层。具体而言，烧结浆料过程中，随着温度的升高，浆料中的玻璃材料开始软化流动，与第一功能层接触而腐蚀第一功能层，金属以金属离子的形式存在于玻璃材料中，上述金属特指浆料中用作导电的金属材料，例如是银。在降温阶段，上述金属在掺杂多晶硅层130中沉积而形成金属微晶，进而构成第一金属电极150。通过激光处理第一金属电极150所在区域，激光照射处温度升高，金属微晶会继续长大，激光诱导金属微晶和硅相互扩散，并在冷却后形成分叉状的金属-硅混合结构，分叉状的金属-硅混合结构能够增大第一金属电极150和掺杂多晶硅层130的接触面积，而欧姆接触的电阻随着接触面积的增大而减小，因此金属-硅混合结构能够改善欧姆接触。
为了避免厚度较薄的掺杂多晶硅层130在烧结浆料过程中存在的一系列问题，首先，该制备方法在烧结过程中采用的浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料。IrO2具有较低的热膨胀系数，Ir4+的最外层电子结构中具有较多孤对电子及空轨道从而使其具有较大的极化，且引入的Ir4+与Pb2+具有相似的核外电子层结构，均易发生极化，由于同种电荷相互排斥，Ir4+与Pb2+极化后能够有效屏蔽正电荷，此处的正电荷是指的浆料烧结形成的银离子，促进银离子在该接触区域均匀分布，改善该区域的接触性能。此外，加入IrO2一定程度上缓解PbO对第一功能层的腐蚀以及玻璃的横向流动，减小第一功能层140烧结后的腐蚀面积，可有效提升该玻璃体系的结构稳定性。
而BeO产生的Be2+半径较小且足够稳定，进入IrO2-PbO体系中与体系中的物质发生反应的几率极小，即BeO主要起到填充的作用。而BeO具有降低玻璃化转变温度的作用，使得该浆料的玻璃化转变温度降至360℃～370℃,使其在较低的烧结温度下仍具有良好的润湿性，能有效刻蚀第一功能层。
总的来说，使用该浆料进行第一金属电极150的制作，可以在较低的烧结温度下进行烧结，示例性的，烧结温度为650℃～720℃。由于浆料的烧穿现象发生的几率与烧结温度呈正相关，即该浆料发生烧穿的几率更低，减少掺杂多晶硅层烧穿现象的发生。即使采取低温烧结，该浆料还能够充分刻蚀穿第一功能层，且腐蚀面积小，对第一功能层140和掺杂多晶硅层130的破坏更小。此外，即使采取低温烧结无法在烧结过程形成良好的接触，本申请仍能够通过激光增强优化接触技术处理第一金属电极150所在区域，进而形成能够改善接触的金属-硅混合结构。
最后，该制备方法采用激光增强优化接触技术并搭配上述浆料以及降低的烧结温度，减少烧结过程对厚度较薄的掺杂多晶硅层130和隧穿层120的破坏，保护掺杂多晶硅层130和隧穿层120的优良钝化效果。不同于目前的浆料烧结方法形成的金属晶粒到达隧穿层后与隧穿层形成较大的接触面积，上述分叉状的金属-硅混合结构到达隧穿层后与隧穿层的接触面积极小，这是由于分叉状的金属-硅混合结构是亚微米尺寸级别，术语“亚微米尺寸级别”是指0.1μm～1μm，进而该金属-硅混合结构能够抑制浆料生成的金属微晶在抵达隧穿层120后横向生长，减少对掺杂多晶硅层130的破坏，有利于维持掺杂多晶硅层130的钝化效果。
进一步地，该玻璃材料包括按质量百分比计的以下原料：
20％～35％的IrO2；
60％～70％的PbO；
5％～15％的BeO。
玻璃材料中的PbO用以赋予玻璃粉腐蚀第一功能层的能力，PbO的质量百分比小于60％，易造成腐蚀能力过小，从而使得玻璃材料的腐蚀能力较弱，第一功能层无法被穿透，进而无法形成有效的欧姆接触。PbO的质量百分比大于70％，则腐蚀能力过强，会在腐蚀第一功能层后继续对硅片造成损伤。另外，PbO的质量百分比过大会导致另外两种成分IrO2和BeO质量百分比过少，难以有效降低玻璃化转变温度以及减少烧结后的腐蚀面积。IrO2的质量百分比小于20％，会导致银离子在接触区域的不均匀分布，导致电池片接触性能变差。IrO2的质量百分比大于35％，则导致PbO或BeO的质量百分比过少，进而引发例如是腐蚀能力不足、玻璃化转变温度过高等现象。BeO的质量百分比小于5％，则浆料的玻璃化转变温度无法有效降低，且对第一功能层的腐蚀效果不理想，若BeO的质量百分比大于15％，则会导致PbO或IrO2的质量百分比过少，进而引发例如是腐蚀能力不足、横向流动改善效果差，腐蚀面积较大等现象。
进一步地，该浆料包括按质量百分比计的以下原料：
81.5％～89.0％的银粉；
1.0％～5.0％的玻璃材料，玻璃材料为D50粒径≤3.5μm的玻璃粉；
7.5％～12.5％的有机载体；
1.0％～2.5％的添加剂。
有机载体包括树脂、有机溶剂和助剂。树脂可以是松油醇或十二醇脂中的一种或两种，有机溶剂可以是环氧树脂或纤维素树脂中的一种或两种，助剂可以是聚醚、聚酰胺或二甘醇中的一种或两种。添加剂可以是增稠剂、表面活性剂、偶联剂等功能添加剂。
相关技术中制作第一金属电极一般采用银铝浆料，其金属成分包含银粉和铝粉。该含铝浆料可形成银铝尖刺改善欧姆接触，但同时也会导致第一金属电极与掺杂层的接触界面处载流子复合速率增大，导致太阳电池的开压降低，接触电阻增大。为了使第一金属电极与硅片形成良好的欧姆接触，常采用高温烧结推进的方式，以使第一金属电极嵌入硅片表面的掺杂层，另外沉积在硅片表面的银铝合金随着温度升高向下生长生成银铝尖刺。然而较高的烧结温度易对硅片表面造成一定程度的损伤，加剧界面处载流子的复合速率，材料开压及效率降低。
相比之下，本申请通过形成银-硅混合结构改善欧姆接触的同时无需形成银铝尖刺，进而不再需要高温烧结生长生成银铝尖刺，通过低温烧结的方式烧穿第一功能层，对硅片的损伤更少，进而降低复合速率，开压及效率均有一定程度的上升，具体如下：
本申请通过激光增强优化接触技术使得第一金属电极与掺杂多晶硅层的接触界面处产生加热区域而形成分叉状的银-硅混合结构。分叉状的银-硅混合结构能够增大金属和半导体的接触面积，而欧姆接触的电阻随着接触面积的增大而减小，因此银-硅混合结构能够改善欧姆接触，进而代替用于改善欧姆接触的银铝尖刺。该银-硅混合结构在降低接触电阻的同时不会加速材料表面载流子复合速率，太阳电池开压及效率均有一定程度的上升。
进一步地，本申请不再需要高温烧结生长生成银铝尖刺同时不需要在浆料中加入铝粉成分以形成银铝尖刺，使得在浆料中能够加入用于降低玻璃化转变温度的BeO，以降低烧结温度，加入BeO赋予了浆料能够有效烧穿第一功能层的效果。
可选地，在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，且在其中两个掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层；其中，多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离硅片的方向升高；
在850℃～900℃下退火晶化得到掺杂多晶硅层。
由上可知，该制备方法制得的掺杂多晶硅层包括背离硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层。多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离硅片的方向升高，即越靠近硅片的掺杂非晶硅层的掺杂浓度越低，可有效降低到达硅片表面的掺杂元素浓度，而硅片表面的掺杂元素浓度越低，俄歇复合现象的发生的几率越低，进而改善钝化性能。此外，掺杂浓度的提升可提升掺杂多晶硅层的晶化率，晶化率的提升有助于降低掺杂多晶硅层的电阻率。
进一步地，在其中两个掺杂非晶硅层之间设置有阻挡及钝化层。示例性的，该掺杂多晶硅层包括背离硅片依次层叠的第一层掺杂非晶硅层、第二层掺杂非晶硅层、阻挡及钝化层以及第三层掺杂非晶硅层。阻挡及钝化层起到阻挡掺杂浓度更高的第三层掺杂非晶硅层中的掺杂元素向硅片方向扩散，进而进一步有效降低到达硅片表面的掺杂元素浓度，缓解俄歇复合现象的发生，改善钝化性能。此外，阻挡及钝化层还起到增强钝化效果的作用。示例性的，阻挡及钝化层可以是氧化硅层。
进一步地，制备背离硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，且在其中两个掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层的步骤，包括：
通入SiH4以及流量为Q1的PH3，反应时间为t1，制得第一层掺杂非晶硅层；
通入SiH4以及流量为Q2的PH3，反应时间为t2，制得第二层掺杂非晶硅层；
通入氧源，制得氧化硅材质的阻挡及钝化层；
通入SiH4以及流量为Q3的PH3，反应时间为t3，制得第三层掺杂非晶硅层；其中，t3＞t2＞t1，Q3＞Q2＞Q1。
本申请的掺杂多晶硅层制备过程中，在不引入新工序前提下，仅通过调节反应时间、PH3流量以及退火温度，即可制得掺杂浓度沿背离硅片方向升高且厚度较薄的掺杂多晶硅层。
可选地，在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，在850℃～900℃下退火晶化得到掺杂多晶硅层；其中，多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离硅片的方向升高。
或者，在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离硅片依次层叠的本征非晶硅层以及多个掺杂非晶硅层，在850℃～900℃下退火晶化得到掺杂多晶硅层；其中，多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离硅片的方向升高。
可理解，本征非晶硅层位于隧穿层和多个掺杂非晶硅层之间，起到阻挡掺杂元素向硅片方向扩散的作用。
或者，在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离硅片依次层叠的本征非晶硅层以及多个掺杂非晶硅层，且在其中两个掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层，在850℃～900℃下退火晶化得到掺杂多晶硅层；其中，多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离硅片的方向升高。
可理解，阻挡及钝化层和本征非晶硅层相互配合，进一步阻挡掺杂非晶硅层中的掺杂元素到达硅片表面，并赋予掺杂多晶硅层更佳的钝化效果。
可选地，使用激光增强优化接触技术处理第一金属电极所在区域的步骤中，激光波长为590nm～880nm包括该波长范围内的任一点值，例如是590nm、700nm或880nm。激光的频率为30Mhz～60Mhz包括该频率范围内的任一点值，例如是30Mhz、50Mhz或60Mhz。激光扫描速度为60mm/s～190mm/s包括该扫描速度范围内的任一点值，例如是60mm/s、120mm/s或190mm/s，激光扫描电池片速率为0.6秒/片～3.7秒/片包括该速率范围内的任一点值，例如是0.6秒/片、2.0秒/片或3.7秒/片。
可选地，隧穿层为氧化硅层；
和/或，隧穿层的厚度为1.25nm～1.45nm包括该厚度范围内任一点值，例如是1.25nm、1.30nm或1.45nm；
和/或，掺杂多晶硅层的方阻为15Ω/sq～25Ω/sq包括该方阻范围内任一点值，例如是15Ω/sq、20Ω/sq或25Ω/sq；
和/或，掺杂多晶硅层的表面掺杂浓度为5×1019个.cm-3～7×1020个.cm-3包括该表面掺杂浓度范围内的任一点值，例如是5×1019个.cm-3、1×1020个.cm-3或7×1020个.cm-3；
和/或，第一功能层为氮化硅层；
和/或，第一功能层的厚度为70nm～80nm包括该厚度范围内的任一点值，例如是70nm、75nm或80nm。
第二个方面，本申请实施例提供一种太阳电池，通过如第一个方面所述的太阳电池的制备方法制备得到。如图1所示，该太阳电池100包括硅片110、隧穿层120、掺杂多晶硅层130、第一功能层140以及第一金属电极150。硅片110具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面，第一表面和第二表面中的其中一个为受光面而另一个为背光面。隧穿层120设置在第一表面。掺杂多晶硅层130设置在隧穿层120背离硅片110的一面；掺杂多晶硅层130的厚度为50nm～100nm。第一功能层140设置在掺杂多晶硅层130背离隧穿层120的一面。第一金属电极150穿透第一功能层140后与掺杂多晶硅层130形成欧姆接触；第一金属电极150与掺杂多晶硅层130的接触处形成有分叉状的金属-硅混合结构151。
该太阳电池100的掺杂多晶硅层130的厚度仅为50nm～100nm，掺杂多晶硅层130的厚度大于50nm时，太阳电池100即可拥有较优的钝化效果，本申请中较薄的掺杂多晶硅层130并没有明显的钝化效果损失。通过制备厚度较薄的掺杂多晶硅层130，以减少太阳电池100对光的寄生吸收，进而减少光损失。
分叉状的金属-硅混合结构151能够增大第一金属电极150和掺杂多晶硅层130的接触面积，而欧姆接触的电阻随着接触面积的增大而减小，因此金属-硅混合结构能够改善欧姆接触，并且相对于银铝尖刺还具有复合少的优点。
可选地，该太阳电池100还包括掺杂层160、第二功能层170以及第二金属电极180，掺杂层160设置在第二表面。第二功能层170设置在掺杂层160背离硅片110的一面上，第二功能层170包括钝化层、减反射层或钝化及减反射层中的至少一种，第二功能层170可以是一层结构或者多层结构。第二金属电极180穿透第二功能层170后与掺杂层160形成欧姆接触。该掺杂层160具有第一导电类型，硅片110和掺杂多晶硅层130具有第二导电类型，第一导电类型中的其中一种为N型而另一种为P型。具体地，该掺杂层160可以是扩散后形成的掺杂层160，进而与硅片110形成PN结。
可选地，掺杂多晶硅层130之中具有阻挡及钝化层131。阻挡及钝化层131起到阻挡掺杂浓度更高的第三层掺杂非晶硅层中的掺杂元素向硅片110方向扩散，进而进一步有效降低到达硅片110表面的掺杂元素浓度，缓解俄歇复合现象的发生，改善钝化性能。
可选地，金属-硅混合结构151为银-硅混合结构；
和/或，隧穿层120为氧化硅层；
和/或，隧穿层120的厚度为1.25nm～1.45nm；
和/或，掺杂多晶硅层130的方阻为15Ω/sq～25Ω/sq；
和/或，掺杂多晶硅层130的表面掺杂浓度为5×1019个.cm-3～7×1020个.cm-3；
和/或，第一功能层140为氮化硅层；
和/或，第一功能层140的厚度为70nm～80nm；
和/或，阻挡及钝化层131为氧化硅层。
第三个方面，本申请实施例提供一种光伏组件，包括如第二个方面所述的太阳电池。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1
如图2所示，本实施例提供的太阳电池的制备方法，步骤如下：
S1、在硅片的背光面上沉积隧穿层：受光面经过制绒、硼扩后的N型的硅片，通入笑气，反应时间为105s，在硅片的背光面制得厚度为1.2nm的隧穿层。
S2、在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层：通入PH3和SiH4，PH3流量为380sccm，SiH4流量为2800sccm，反应时间为115s，制得第一层掺杂非晶硅层；通入PH3和SiH4，PH3流量为500sccm，SiH4流量为2800sccm，反应时间为245s，制得第二层掺杂非晶硅层；通入流量为7500sccm的笑气，反应时间为20s，制得氧化硅材质的阻挡及钝化层；通入PH3和SiH4，PH3流量为700sccm，SiH4流量为2800sccm，反应时间为250s，制得第三层掺杂非晶硅层；在900℃下对进行退火晶化，制得掺杂多晶硅层。
S3、在掺杂多晶硅层背离隧穿层的一面上沉积第一功能层：通入硅烷和氨气，制得氮化硅层，即第一功能层。
S4、在第一功能层背离掺杂多晶硅层的一面上印刷浆料：通过丝网印刷的方式在第一功能层背离掺杂多晶硅层的一面上印刷浆料，该浆料包括按质量百分比计的以下原料：83％的银粉、3.5％的玻璃粉、11.5％的有机载体以及2％的添加剂，其中，所用的玻璃粉即玻璃材料为IrO2-PbO-BeO体系玻璃，以玻璃粉的总质量为100％计，该玻璃粉中IrO2的含量为28％，PbO含量为64％，BeO含量为8％，玻璃粉的D50粒径≤3.5μm。
S5、烧结浆料形成第一金属电极：在690℃下烧结15秒，制得第一金属电极。
S6、使用激光增强优化接触技术处理第一金属电极所在区域：使用激光处理背光面上的第一金属电极，激光波长为550nm，功率为50Mhz，激光扫描速度为100mm/s，电池片扫描速率为2.9秒/片。
参见图3，在太阳电池的SEM图中可以观察到经过步骤S6后掺杂多晶硅层130的接触区域形成了金属-硅混合结构151，即银-硅混合结构。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：步骤S2中不进行阻挡及钝化层的制作，具体如下：
S2、在隧穿层背离硅片的一面上制备掺杂多晶硅层：通入PH3和SiH4，PH3流量为380sccm，SiH4流量为2800sccm，反应时间为115s，制得第一层掺杂非晶硅层；通入PH3和SiH4，PH3流量为500sccm，SiH4流量为2800sccm，反应时间为245s，制得第二层掺杂非晶硅层；通入PH3和SiH4，PH3流量为700sccm，SiH4流量为2800sccm，反应时间为250s，制得第三层掺杂非晶硅层；在900℃下对进行退火晶化，制得掺杂多晶硅层。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：在步骤S2中增加本征非晶硅层的制作，具体如下：
在制作第一层掺杂非晶硅层之前，通入2800sccm的SiH4，反应时间为70s，制得本征非晶硅层。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤S4中的浆料，以玻璃粉的总质量为100％计，所用玻璃粉中的IrO2的含量为10％，PbO含量为82％，BeO含量为8％。
步骤S5中在760℃下烧结20秒，制得第一金属电极。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤S4中的浆料，以玻璃粉的总质量为100％计，所用玻璃粉中的IrO2的含量为28％，PbO含量为71％，BeO含量为1％。
步骤S5中在775℃下烧结20秒，制得第一金属电极。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤S4中的浆料，以玻璃粉的总质量为100％计，所用玻璃粉中的IrO2的含量为40％，PbO含量为52％，BeO含量为8％。
步骤S5中，在750℃下烧结20秒，制得第一金属电极。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤S4中的浆料，以玻璃粉的总质量为100％计，所用玻璃粉中的IrO2的含量为28％，PbO含量为52％，BeO含量为20％。
步骤S5中在650℃下烧结15秒，制得第一金属电极。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：步骤S2中，通入PH3和SiH4，PH3流量为760sccm，SiH4的流量为2850sccm，反应时间为1050s，在隧穿层背离硅片的一面上制备厚度为200nm的掺杂多晶硅层。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：步骤S4中的浆料的玻璃粉仅有PbO，步骤S5中的烧结温度为790℃。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：步骤S4中的浆料的玻璃粉仅有PbO和IrO2，以玻璃粉的总质量为100％计，玻璃粉中PbO的含量为65％，IrO2的含量为35％，步骤S5中的烧结温度为775℃。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：步骤S4中的浆料的玻璃粉仅有BeO和PbO，以玻璃粉的总质量为100％计，玻璃粉中PbO的含量为92％，BeO的含量为8％，步骤S5中的烧结温度为782℃。
对比例5
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：不进行步骤S6，即不使用激光增强优化接触技术处理第一金属电极所在区域。
对实施例1-7和对比例1-5制得太阳电池的电性能进行测试，测试结果见表1。
表1：实施例1-7和对比例1-5制得的太阳电池的电性能测试结果
对实施例1、4、5、6、7和对比例2-4的浆料的性能进行测试，测试结果见表2。
表2：实施例1、4、5、6、7和对比例2-4的浆料的性能测试结果
| 分组 | 玻璃化转变温度(℃) |
| 实施例1 | 365 |
| 实施例4 | 387 |
| 实施例5 | 372 |
| 实施例6 | 379 |
| 实施例7 | 359 |
| 对比例2 | 405 |
| 对比例3 | 391 |
| 对比例4 | 375 |
由表1可知，对比例1的掺杂多晶硅层的厚度大于实施例1的掺杂多晶硅层的厚度。实施例1的掺杂多晶硅层厚度的降低，使得太阳电池对光的寄生吸收减少，光损失减少，电流增加，进一步使得实施例1的转换效率高于对比例1。另一方面，实施例1的开路电压、填充因子和少子寿命均高于对比例1，实施例1采用较薄的掺杂多晶硅层厚度并未影响其他性能。
结合表1和表2可知，对比例2的玻璃粉仅有PbO，导致其玻璃化转变温度较高，高达405℃。且在烧结过程中，PbO对第一功能层的腐蚀以及玻璃的横向流动较为严重，钝化性能下降。而实施例1采用的浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料，加入IrO2一定程度上缓解PbO对第一功能层的腐蚀以及玻璃的横向流动，而BeO具有降低玻璃化转变温度的作用，使其在较低的烧结温度下仍具有良好的润湿性，能有效刻蚀第一功能层。使用该浆料的实施例1，能够以比对比例2更低的烧结温度进行烧结，烧结后能够减少对硅片和第一功能层的损伤，烧结后的腐蚀面积更小，使得实施例1转换效率、开路电压、填充因子和少子寿命均高于对比例2。
对比例3的浆料中虽然加入了IrO2，即玻璃粉是IrO2-PbO体系玻璃的玻璃材料，但是未加入BeO的情况下，导致其玻璃化转变温度仍高达391℃。而实施例1加入了BeO，BeO具有降低玻璃化转变温度的作用，使其在较低的烧结温度下仍具有良好的润湿性，能有效刻蚀第一功能层，使得实施例1的烧结温度690℃相对于对比例3的烧结温度775℃更低，更低的烧结温度使得烧结时对硅片的损伤更低，使得实施例1的转换效率、短路电流和填充因子高于对比例3。
对比例4的浆料中加入BeO，起到了降低了玻璃化转变温度的效果，但是由于缺少IrO2，PbO对第一功能层的腐蚀以及玻璃的横向流动仍较为严重，银离子在接触区域的不均匀分布，导致电池片接触性能变差。而实施例1中加入IrO2，IrO2具有较低的热膨胀系数，Ir4 +的最外层电子结构中具有较多孤对电子及空轨道从而使其具有较大的极化，且引入的Ir4+与Pb2+具有相似的核外电子层结构，均易发生极化，由于同种电荷相互排斥，Ir4+与Pb2+极化后能够有效屏蔽正电荷，此处的正电荷是指的浆料烧结形成的银离子，促进银离子在该接触区域均匀分布，改善该区域的接触性能。实施例1的暗饱和电流密度低于对比例4，推测是加入IrO2使得烧结过程形成的金属微晶抵达隧穿层后横向生长受到抑制，掺杂多晶硅层的破坏更小，暗饱和电流密度得到改善，暗饱和电流密度越小，复合越少，钝化效果越好，开路电压越高。
对比例5未使用激光增强优化接触技术处理第一金属电极所在区域，导致接触性能差。而实施例1通过激光增强优化接触技术使得第一金属电极与掺杂多晶硅层的接触界面处产生加热区域而形成分叉状的银-硅混合结构，银-硅混合结构能够改善欧姆接触，在降低接触电阻的同时不会加速材料表面载流子复合速率，使得实施例1的开路电压和转换效率明显好于对比例5。
实施例2没有设置阻挡及钝化层的制作，而实施例1在步骤S2还制备了阻挡及钝化层，阻挡及钝化层起到阻挡掺杂浓度更高的第三层掺杂非晶硅层中的掺杂元素向硅片方向扩散，进而进一步有效降低到达硅片表面的掺杂元素浓度，缓解俄歇复合现象的发生，改善钝化性能，实施例1的转换效率、开路电压、短路电流、填充因子和少子寿命均高于实施例2。
与实施例1相比，实施例3增加了本征非晶硅层，本征非晶硅层进一步起到阻挡掺杂元素向硅片方向扩散的作用，进而进一步有效降低到达硅片表面的掺杂元素浓度，缓解俄歇复合现象的发生，可见实施例3的开路电压、少子寿命都高于实施例1。
实施例4的IrO2的含量低于实施例1，IrO2的含量低导致实施例4中银离子在接触区域的不均匀分布，导致太阳电池接触性能变差，则实施例1的转换效率、开路电压等均优于实施例4。
实施例5的BeO的含量低于实施例1，BeO的含量低导致浆料的玻璃化转变温度无法有效降低，且对第一功能层的腐蚀效果不理想。由表2可见，实施例5的玻璃化转变温度高于实施例1。而实施例1烧结过程对于第一功能层腐蚀效果更好，使得实施例1的接触性能更好，实施例1的转换效率、开路电压和填充因子均高于实施例5。
实施例6的浆料的IrO2的含量高于实施例1，使得实施例6的浆料中的PbO低于实施例1，PbO含量降低导致浆料的腐蚀能力不足，不利于形成良好的接触，进而导致实施例6的转换效率、开路电压、短路电流、填充因子和少子寿命均低于实施例1。
实施例7的浆料的BeO的含量高于实施例1，使得实施例7的浆料中的PbO低于实施例1，PbO含量降低导致浆料的腐蚀能力不足，不利于形成良好的接触，进而导致实施例7的转换效率、开路电压、短路电流、填充因子和少子寿命均低于实施例1。
以上对本发明实施例公开的一种太阳电池的制备方法、太阳电池及光伏组件进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的一种太阳电池的制备方法、太阳电池及光伏组件及其核心思想：同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (13)
1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，包括：
在硅片的受光面或背光面上沉积隧穿层；
在所述隧穿层背离所述硅片的一面上制备掺杂多晶硅层；其中，所述掺杂多晶硅层的厚度为50nm～100nm；
在所述掺杂多晶硅层背离所述隧穿层的一面上沉积第一功能层；
在所述第一功能层背离所述掺杂多晶硅层的一面上印刷浆料；其中，所述浆料包含IrO2-PbO-BeO体系玻璃的玻璃材料；
烧结所述浆料形成第一金属电极；其中，所述第一金属电极穿透所述第一功能层后与所述掺杂多晶硅层形成欧姆接触；
使用激光增强优化接触技术处理所述第一金属电极所在区域。
2.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述玻璃材料包括按质量百分比计的以下原料：
20％～35％的IrO2；
60％～70％的PbO；
5％～15％的BeO。
3.根据权利要求2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述浆料包括按质量百分比计的以下原料：
81.5％～89.0％的银粉；
1.0％～5.0％的玻璃材料，所述玻璃材料为D50粒径≤3.5μm的玻璃粉；
7.5％～12.5％的有机载体；
1.0％～2.5％的添加剂。
4.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述在所述隧穿层背离所述硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离所述硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，且在其中两个所述掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高；
在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层。
5.根据权利要求4所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备背离所述硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，且在其中两个所述掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层的步骤，包括：
通入SiH4以及流量为Q1的PH3，反应时间为t1，制得第一层所述掺杂非晶硅层；
通入SiH4以及流量为Q2的PH3，反应时间为t2，制得第二层所述掺杂非晶硅层；
通入氧源，制得氧化硅材质的所述阻挡及钝化层；
通入SiH4以及流量为Q3的PH3，反应时间为t3，制得第三层所述掺杂非晶硅层；其中，t3＞t2＞t1，Q3＞Q2＞Q1。
6.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述在所述隧穿层背离所述硅片的一面上制备掺杂多晶硅层的步骤，包括：
制备背离所述硅片依次层叠的多个掺杂非晶硅层，在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高；
或，制备背离所述硅片依次层叠的本征非晶硅层以及多个掺杂非晶硅层，在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高；
或，制备背离所述硅片依次层叠的本征非晶硅层以及多个掺杂非晶硅层，且在其中两个所述掺杂非晶硅层之间制备阻挡及钝化层，在850℃～900℃下退火晶化得到所述掺杂多晶硅层；其中，所述多个掺杂非晶硅层的掺杂浓度沿背离所述硅片的方向升高。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述使用激光增强优化接触技术处理所述第一金属电极所在区域的步骤中，激光波长为590nm～880nm，激光的频率为30Mhz～60Mhz，激光扫描速度为60mm/s～190mm/s，激光扫描电池片速率为0.6秒/片～3.7秒/片。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述隧穿层为氧化硅层；
和/或，所述隧穿层的厚度为1.25nm～1.45nm；
和/或，所述掺杂多晶硅层的方阻为15Ω/sq～25Ω/sq；
和/或，所述掺杂多晶硅层的表面掺杂浓度为5×1019个.cm-3～7×1020个.cm-3；
和/或，所述第一功能层为氮化硅层；
和/或，所述第一功能层的厚度为70nm～80nm。
9.一种太阳电池，其特征在于，通过如权利要求1至8中任一项所述的太阳电池的制备方法制备得到；所述太阳电池包括：
硅片，所述硅片具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面，所述第一表面和所述第二表面中的其中一个为受光面而另一个为背光面；
隧穿层，所述隧穿层设置在所述第一表面；
掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层设置在所述隧穿层背离所述硅片的一面；所述掺杂多晶硅层的厚度为50nm～100nm；
第一功能层，所述第一功能层设置在所述掺杂多晶硅层背离所述隧穿层的一面；以及
第一金属电极，所述第一金属电极穿透所述第一功能层后与所述掺杂多晶硅层形成欧姆接触；所述第一金属电极与所述掺杂多晶硅层的接触处形成有分叉状的金属-硅混合结构。
10.根据权利要求9所述的太阳电池，其特征在于，还包括：
掺杂层，所述掺杂层设置在所述第二表面；所述掺杂层具有第一导电类型，所述硅片和所述掺杂多晶硅层具有第二导电类型，所述第一导电类型中的其中一种为N型而另一种为P型；
第二功能层，所述第二功能层设置在所述掺杂层背离所述硅片的一面上；以及
第二金属电极，所述第二金属电极穿透所述第二功能层后与所述掺杂层形成欧姆接触。
11.根据权利要求9所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层之中具有阻挡及钝化层。
12.根据权利要求11所述的太阳电池，其特征在于，所述金属-硅混合结构为银-硅混合结构；
和/或，所述隧穿层为氧化硅层；
和/或，所述隧穿层的厚度为1.25nm～1.45nm；
和/或，所述掺杂多晶硅层的方阻为15Ω/sq～25Ω/sq；
和/或，所述掺杂多晶硅层的表面掺杂浓度为5×1019个.cm-3～7×1020个.cm-3；
和/或，所述第一功能层为氮化硅层；
和/或，所述第一功能层的厚度为70nm～80nm；
和/或，所述阻挡及钝化层为氧化硅层。
13.一种光伏组件，其特征在于，包括如权利要求9至12任一项所述的太阳电池。
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