CN118156336A - 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents
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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：P型半导体衬底，P型半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；设置在P型半导体衬底的第二表面的隧穿氧化层和P+掺杂导电层，P+掺杂导电层含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，第一掺杂元素和P型半导体衬底的导电类型相同，第一掺杂元素在P+掺杂导电层中的掺杂浓度大于所述第二掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度；设置在P型半导体衬底的第一表面的第一钝化层，穿过第一钝化层与P型半导体衬底形成接触的第一电极；及设置在P+掺杂导电层表面的第二钝化层，穿过第二钝化层与P+掺杂导电层形成接触的第二电极。
Description
【技术领域】
本申请涉及太阳能光伏组件技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件。
【背景技术】
太阳能电池可以利用太阳能发电，是解决能源危机的一个重要发展方向。通常使用半导体工艺技术在半导体晶片上制造太阳能电池，通过照射到太阳能电池上的太阳辐射迁移到太阳能电池的掺杂区的电子和空穴，使得电子和空穴移动形成电流，进而发电。
太阳能电池根据衬底类型分为P型电池和N型电池。相比于N型电池，P型电池的制备工艺简单，成本低，但是其光电转换效率不如N型电池，为了提升P型电池在太阳能电池领域的竞争力，对P型电池进行改进以提升光电转换效率成为目前光伏产业急需解决的问题。
【发明内容】
为了克服上述缺陷，本申请提供一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，能够改善P+掺杂导电层的薄膜质量，提升P型电池的钝化效果，从而提高P型电池的光电转化效率。
第一方面，本申请实施例提供了太阳能电池，包括：
P型半导体衬底，所述P型半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
设置在所述P型半导体衬底的第二表面的隧穿氧化层和P+掺杂导电层，所述P+掺杂导电层含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，所述第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，所述第一掺杂元素和所述P型半导体衬底的导电类型相同，所述第一掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度大于所述第二掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度；
设置在所述P型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P型半导体衬底形成接触的第一电极；及
设置在所述P+掺杂导电层表面的第二钝化层，穿过所述第二钝化层与所述P+掺杂导电层形成接触的第二电极。
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P型半导体衬底，所述P型半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
在所述P型半导体衬底第二表面形成隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层表面形成P+掺杂导电层，所述P+掺杂导电层含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，所述第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，所述第一掺杂元素和所述P型半导体衬底的导电类型相同，所述第一掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度大于所述第二掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度；
在所述P型半导体衬底第一表面形成第一钝化层和在所述P+掺杂导电层的第二表面形成第二钝化层；及
在所述第一钝化层的表面形成第一电极和在所述第二钝化层的表面形成第二电极。
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、太阳能电池串，所述太阳能电池串包括多个第一方面所述的太阳能电池。
与现有技术相比，本申请具备如下进步：
本申请通过在P型半导体衬底的第二表面设置层叠的隧穿氧化层和P+掺杂导电层，P+掺杂导电层中存在掺杂导电类型相反的第一掺杂元素和第二掺杂元素，且第一掺杂元素和P型半导体衬底的导电类型相同，第一掺杂元素在掺杂导电层中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在掺杂导电层中的掺杂浓度，较高掺杂浓度的第一掺杂元素可使得掺杂导电层呈P型，同时，较低掺杂浓度的第二掺杂元素能够对第一掺杂元素进行价键结合，起到补偿第一掺杂元素缺陷的作用，降低P+掺杂导电层的缺陷密度，改善P+掺杂导电层的薄膜质量，进而提升隧穿氧化层和P+掺杂导电层共同作为钝化接触结构的钝化效果，提升太阳能电池的少子寿命和开路电压，从而提升光电转化效率。
本申请实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点在说明书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请太阳能电池的结构示意图一；
图2为本申请太阳能电池的P+掺杂导电层的高分辨扫描电子显微镜表征图
图3为本申请太阳能电池的结构示意图二；
图4为本申请太阳能电池的制备流程图；
图5为本申请提供的P型半导体衬底的结构示意图；
图6为本申请在P型半导体衬底的背面形成隧穿氧化层后得到的结构示意图；
图7为本申请在隧穿氧化层的背面形成非导电层后得到的结构示意图；
图8为本申请对非导电层进行第一掺杂处理得到的结构示意图；
图9为本申请对N+掺杂导电层进行第二掺杂处理得到的结构示意图；
图10为本申请N+掺杂导电层中第二掺杂元素的掺杂浓度分布图；
图11为本申请P+掺杂导电层中第一掺杂元素被激活的浓度分布图；
图12为本申请在P型半导体衬底的第一表面形成第一钝化层及在P型掺杂导电层的表面形成第二钝化层后得到的结构示意图；
图13为本申请光伏组件的结构示意图。
附图标记：
1-P型半导体衬底；
2-隧穿氧化层；
3-P+掺杂导电层；
301-非导电层；
302-N+掺杂导电层；
31-第一掺杂区；
32-第二掺杂区；
4-第一钝化层；
5-第二钝化层；
6-第一电极；
7-第二电极；
1000-光伏组件；
100-太阳能电池串；
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】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明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。
需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是各实施例步骤的顺序并不限定于按照本说明书中排列的顺序依次进行，在某些情况下，也可以根据具体需要对实施步骤进行调整，以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
TOPCon电池的效率通常与位于基底背面的钝化接触结构相关联，钝化接触结构通常包括位于基底背面上的隧穿氧化层和位于隧穿氧化层远离基底的表面上的半导体导电层，半导体导电层的材料可以是与基底具有相同掺杂类型的多晶硅等半导体材料。目前P型TOPCon电池包括一层隧穿氧化层和一层P型多晶硅掺杂层，多晶硅掺杂层的质量对于TOPCon电池的钝化接触性能具有重要的作用，在制备P型多晶硅掺杂层的过程中，一般通过掺杂Ⅲ族原子(例如硼或镓)实现多晶硅掺杂层的P型导电，然而，Ⅲ族元素在薄膜在高温结晶时易产生缺陷，导致制备的P型多晶硅掺杂层的结晶度相对较差，从而限制了P型TOPCon电池钝化接触性能的提升。
为了解决上述技术问题，本申请提供一种太阳能电池，具体可以是P型TOPCon电池，通过减少P型掺杂导电层中的缺陷密度，提高P型掺杂导电层的结晶度，提升P型掺杂导电层的薄膜质量，进而提升隧穿氧化层和P型掺杂导电层共同作为钝化接触结构的钝化效果，从而提升电池的光电转换效率。
图1为本申请实施例提供的太阳能电池的结构示意图，本申请的太阳能电池包括：
P型半导体衬底1，P型半导体衬底1包括相对设置的第一表面和第二表面；
设置在P型半导体衬底1的第二表面的隧穿氧化层2和P+掺杂导电层3，P+掺杂导电层3含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，第一掺杂元素和P型半导体衬底1的导电类型相同，第一掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度；
设置在P型半导体衬底1的第一表面的第一钝化层4，穿过第一钝化层4与P型半导体衬底1形成接触的第一电极6；及
设置在P+掺杂导电层3表面的第二钝化层5，穿过第二钝化层5与P+掺杂导电层3形成接触的第二电极7。
在上述方案中，本申请通过在P型半导体衬底1的第二表面设置层叠的隧穿氧化层2和P+掺杂导电层3，P+掺杂导电层3中存在掺杂导电类型相反的第一掺杂元素和第二掺杂元素，且第一掺杂元素和P型半导体衬底1的导电类型相同，第一掺杂元素在掺杂导电层中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在掺杂导电层中的掺杂浓度，较高掺杂浓度的第一掺杂元素可使得掺杂导电层呈P型，同时，较低掺杂浓度的第二掺杂元素能够对第一掺杂元素进行价键结合，起到补偿第一掺杂元素缺陷的作用，降低P+掺杂导电层3的缺陷密度，改善P+掺杂导电层3的薄膜质量，进而提升隧穿氧化层2和P+掺杂导电层3共同作为钝化接触结构的钝化效果，提升太阳能电池的少子寿命和开路电压，从而提升光电转化效率。
在本申请中，P+掺杂导电层3指的是高度掺杂的P型半导体材料形成的层结构。
在本申请中，半导体衬底的第一表面可以是半导体衬底的正面，还可以是半导体衬底的背面，响应的，半导体衬底的第一表面可以是半导体衬底的背面，还可以是半导体衬底的正面，在太阳能电池为单面受光的情况下，半导体衬底的正面指的是为面向太阳的表面(即受光面)，半导体衬底的背面指的是背对太阳的表面(即背光面)。下面均以半导体衬底的第一表面指的是半导体衬底的正面为例进行阐述。
在一些实施方式中，本申请的太阳能电池可以是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅电池或多元化合物太阳能电池等。
在一些实施方式中，本申请的P型半导体衬底1，即半导体衬底中的掺杂元素包括III族元素，如硼、铝和镓等。P型半导体衬底1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。
在一些实施方式中，P型半导体衬底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，可以根据需求在P型半导体衬底1第一表面形成发射极(发射极在附图中未示出)。发射极为N型发射极，N型发射极为掺磷扩散层或掺砷扩散层，掺磷扩散层、掺磷扩散层均是利用相应的掺杂源通过扩散工艺使掺杂源原子扩散到前表面一定深度而形成的发射极。示例性地，当制备掺砷扩散层时，掺杂源可以是POCl3或PH3。
在一些实施方式中，隧穿氧化层2的主要作用是提高半导体衬底中产生的载流子传输到P+掺杂导电层3中的能力。隧穿氧化层2的材质包括硅的氧化物、铝的氧化物、钼的氧化物和铪的氧化物中的至少一种。示例性地，隧穿氧化层2可以是氧化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层、氧化钼层和氧化铪层中的一种或多种层叠结构。在其他实施例中，隧穿氧化层2也可以是含氧氮化硅层、含氧碳化硅层等。该隧穿氧化层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，隧穿氧化层2的厚度为0.5nm～5nm，具体可以是0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm等，在上述限定范围内，隧穿氧化层2能够使多子电子隧穿进入P+掺杂导电层3的同时阻挡少子空穴复合，进而电子在P+掺杂导电层3横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。
在一些实施方式中，P+掺杂导电层3中掺杂有第一掺杂元素和第二掺杂元素，第一掺杂元素的导电类型和P型半导体衬底1的导电类型相同，即第一掺杂元素包括III族元素，示例性的，第一掺杂元素包括硼B、铝Al和镓Ga中的至少一种。第二掺杂元素的导电类型和第一掺杂元素的导电类型相反，即第二掺杂元素包括V族元素，示例性的，第二掺杂元素包括如磷P、砷As和锑Sb中的至少一种，本申请通过在P+掺杂导电层3中掺杂有第一掺杂元素和第二掺杂元素，以使得P+掺杂导电层3具有导电性，其与隧穿氧化层2共同组成钝化接触结构，可以提供优异的选择性载流子传输。
在一些实施方式中，本申请第一掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度，第一掺杂元素包括III族元素，第二掺杂元素包括V族元素，即本申请的P+掺杂导电层3中III族元素较多，V族元素较少，Ⅲ族元素的最外层电子具有三个价电子，表现出缺电子性，V族元素除了可提供共价键配位以外，还具有一个多余的电子，本申请通过在P+掺杂导电层3中分布较少的V族元素和较多的Ⅲ族元素，使得较少V元素中多余的电子进入Ⅲ族元素的轨道中，对Ⅲ族元素进行价键补偿，使得三族元素掺杂形成饱和的价键，降低材料的缺陷密度，提升材料的结晶度，进而改善材料质量；同时，同时较多的Ⅲ族元素的存在使得掺杂有第一掺杂元素和第二掺杂元素的掺杂导电层表现为P型，即为本申请的P+掺杂导电层3。本申请P+掺杂导电层3相比于仅掺杂Ⅲ族元素的P型多晶硅掺杂层，其膜层材料结晶度更高，质量更好，具有更好的钝化效果，其应用在太阳能电池中能够提升电池的少子寿命和开路电压，从而提升太阳能电池的转换效率。
在一些实施方式中，第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度C2满足：1×1016cm-3≤C2＜1×1018cm-3，具体可以是1×1016cm-3、3×1016cm-3、5×1016cm-3、8×1016cm-3、1×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3或8×1017cm-3等。在上述范围内，既能够使得掺杂导电层表现为P型掺杂，即为P+掺杂导电层3，还能够提升P+掺杂导电层3的薄膜质量，提升P+掺杂导电层3的钝化效果。若第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度C2小于1×1016cm-3，则无法对第一掺杂元素起到有效的价键补偿作用，P+掺杂导电层3的缺陷密度较高，薄膜质量较差，电池的钝化效果较差。若第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度C2大于等于1×1018cm-3，则第二掺杂元素添加过量，无法得到重掺杂的P+掺杂导电层3，可以理解，第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度指的是P+掺杂导电层3中与半导体材料发生了键合的第二掺杂元素的浓度，以P+掺杂导电层3为多晶硅层，掺杂元素为磷为例，掺杂浓度指的是多晶硅层中与硅原子发生了键合的磷原子的浓度。
在一些实施方式中，第一掺杂元素在P+掺杂导电层中的激活浓度C1满足：1×1018cm-3≤C1≤1×1021cm-3，具体可以是1×1016cm-3、3×1016cm-3、5×1016cm-3、8×1016cm-3、1×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3等。在上述范围内，能够提升P+掺杂导电层3中的载流子掺杂迁移率，提升电池的短路电路密度，从而提升电池的转换效率。可以理解，第一掺杂元素在P+掺杂导电层中的激活浓度C1也就是P+掺杂导电层中的空穴浓度。在掺杂导电层中，仅掺杂第二掺杂元素(V族元素)时被激活的浓度为电子浓度，仅掺杂第一掺杂元素(Ⅲ族元素)时被激活的浓度为空穴浓度，对于同时掺杂第一掺杂元素和第二掺杂元素的P+掺杂导电层而言，由于三族元素较多，而五族元素较少，即P+掺杂导电层中电子浓度小于空穴浓度，较低的电子浓度被较高的空穴浓度所补偿，因此，第一掺杂元素在P+掺杂导电层中的激活浓度为补偿后的浓度，即在本申请中，第一掺杂元素在P+掺杂导电层中的掺杂浓度大于第一掺杂元素在P+掺杂导电层中激活浓度。
在一些实施方式中，本申请的P+掺杂导电层3通过在半导体材料中通过热扩散或离子注入的方式掺杂第一掺杂元素和第二掺杂元素得到，在掺杂的过程中，先掺杂第二掺杂元素，第二掺杂元素包括Ⅴ族元素，Ⅴ族元素和半导体材料发生键合后，Ⅴ族元素依然具有多余的电子，再掺杂第一掺杂元素，在第一掺杂元素的掺杂过程中，Ⅲ族元素和半导体材料发生键合，同时Ⅴ族元素多余的电子进入Ⅲ族元素的空穴中实现价键结合，可以理解，本申请的P+掺杂导电层3为单层结构，能够使得第一掺杂元素和第二掺杂元素进行价键结合，进而减少P+掺杂导电层3中的缺陷密度，提高结晶度，提升P+掺杂导电层3的薄膜质量，进而提升P+掺杂导电层3的钝化效果。
在一些实施方式中，P+掺杂导电层3的厚度为10nm～300nm，具体可以是10nm、50nm、100nm、130nm、180nm、200nm、250nm、280nm或300nm。
在一些实施方式中，P+掺杂导电层3的平均晶粒晶粒尺寸大于等于100nm，具体可以是100nm、110nm、130nm、150nm、180nm、230nm、250nm、300nm或350nm等，在上述限定范围内，表明P+掺杂导电层3的平均晶粒尺寸较大，晶界较少，使得P+掺杂导电层3的晶界缺陷密度较小，能够降低载流子的传输阻力，同时，能够改善电池的经由陷阱的复合(SRH复合)。
在一些实施方式中，如图2所示，为本申请提供的P+掺杂导电层3的高分辨扫描电子显微镜表征图，P+掺杂导电层3的结晶度为85％～90％，具体可以是85％、86％、87％、88％、89％或90％等，本申请P+掺杂导电层3的结晶度较高，高于现有技术中仅掺杂Ⅲ族元素制备的掺杂导电层的结晶度(一般为75％～85％)，即本申请的P+掺杂导电层3具有更优的膜层质量。
在一些实施方式中，如图3所示，为本申请实施例提供的另一种太阳能电池的结构示意图，P+掺杂导电层3具有靠近隧穿氧化层2的第一掺杂区31和背离隧穿氧化层2的第二掺杂区32，即P+掺杂导电层3具有沿太阳能电池厚度方向分布的第一掺杂区31和第二掺杂区32，相比于第二掺杂区32，第一掺杂区31更靠近隧穿氧化层2，第一掺杂区31的第二掺杂元素的掺杂浓度小于第二掺杂区32中第二掺杂元素的掺杂浓度，如此设置，使得第二掺杂元素能够较多分布在P+掺杂导电层3中提升P+掺杂导电层3的结晶度，减少第二掺杂元素对于隧穿氧化层内的扩散，提升P+掺杂导电层3和隧穿氧化层2共同构成的钝化接触结构的钝化效果。
在一些实施方式中，第一钝化层4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4能够对P型半导体衬底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4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4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，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P型半导体衬底1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。
本申请还提供上述太阳能电池的制备方法，请参阅图4，为本申请太阳能电池的制备方法的流程图，包括如下步骤：
提供P型半导体衬底1，P型半导体衬底1包括相对设置的第一表面和第二表面；
在P型半导体衬底1第二表面形成隧穿氧化层2；
在隧穿氧化层2表面形成P+掺杂导电层3，P+掺杂导电层3含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，第一掺杂元素和P型半导体衬底1的导电类型相同，第一掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度；
在P型半导体衬底1第一表面形成第一钝化层4和在P+掺杂导电层3的第二表面形成第二钝化层5；及
在第一钝化层4的表面形成第一电极6和在第二钝化层5的表面形成第二电极7。
在上述方案中，本申请通过在隧穿氧化层2的表面制备P+掺杂导电层3，P+掺杂导电层3中存在掺杂导电类型相反的第一掺杂元素和第二掺杂元素，且第一掺杂元素和P型半导体衬底1的导电类型相同，第一掺杂元素在掺杂导电层中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在掺杂导电层中的掺杂浓度，较高掺杂浓度的第一掺杂元素可使得掺杂导电层呈P型，同时，较低掺杂浓度的第二掺杂元素能够对第一掺杂元素进行价键结合，起到补偿第一掺杂元素缺陷的作用，降低P+掺杂导电层3的缺陷密度，提升P+掺杂导电层3的薄膜质量，进而提升隧穿氧化层2和P+掺杂导电层3共同作为钝化接触结构的钝化效果，提升少子寿命和开路电压，从而提升太阳能电池的光电转化效率。
本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法，可以用于制作P型太阳能电池，进一步可以用于制作P型TOPCon电池，下面，将结合本发明实施例中的附图，对本申请P型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。
S100、如图5所示，提供制绒后的P型半导体衬底1。
在一些实施方式中，P型半导体衬底1的第一表面为P型半导体衬底1的正面，P型半导体衬底1的正面为面向太阳的表面(即受光面)，P型半导体衬底1的第二表面为P型半导体衬底1的背面，P型半导体衬底1的背面为背对太阳的表面(即背光面)。
在一些实施方式中，P型半导体衬底1为P型晶体硅衬底(或硅片)。
在一些实施方式中，可以对P型半导体衬底1的前表面和后表面进行制绒处理，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P型半导体衬底1的前表面和后表面进行制绒处理，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P型半导体衬底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P型半导体衬底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P型半导体衬底1的正面形成发射极。在一些实施例中，发射极可以设计为选择性发射极结构。示例性的，通过磷源来扩散磷原子形成发射极，磷源例如可以采用POCl3进行扩散处理形成发射极。由于P型半导体衬底1表面具有较高浓度的磷，通常会形成磷硅玻璃层(PSG)，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。
S200、在P型半导体衬底1的背面形成隧穿氧化层2，得到的结构如图6所示。
在一些实施方式中，本申请实施例对于形成隧穿氧化层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P型半导体衬底1的后表面进行氧化。以高温氧化法为例，步骤包括：将两片P型半导体衬底1正面相对设置并插入管式加热设备中进行热氧化处理，得到隧穿氧化层2。
在一些实施方式中，热氧化处理的通氧气流量为20000sccm～40000sccm，具体例如可以是20000sccm、25000sccm、30000sccm、35000sccm或40000sccm等。
在一些实施方式中，热氧化处理的温度为580℃～620℃，具体可以是580℃、590℃、600℃、610℃或620℃等。
在一些实施方式中，热氧化处理的时间为200s～1000s，具体可以是200s、300s、400s、500s、600s、700s、800s、900s或1000s等。
S300、在隧穿氧化层2的背面形成P+掺杂导电层3，P+掺杂导电层3含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，第一掺杂元素和P型半导体衬底1的导电类型相同，第一掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度大于第二掺杂元素在P+掺杂导电层3中的掺杂浓度。具体的：
S301、在隧穿氧化层2的背面形成非导电层301，得到的结构如图7所示；
在一些实施方式中，本申请实施例对于形成非导电层301的具体操作方式的不作限定。示例性地，可以采用低压化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法和常压化学气相淀积中的任意一种方法在隧穿氧化层2的表面沉积非导电层301，用于对隧穿氧化层2起保护作用。
在一些实施方式中，沉积处理的气体包括硅烷。
在一些实施方式中，硅烷的流量为200sccm～2000sccm，具体可以是200sccm、400sccm、500sccm、800sccm、1000sccm、1300sccm、1500sccm、1800sccm或2000sccm等。
在一些实施方式中，沉积处理的温度为590℃～630℃，具体可以是590℃、600℃、610℃、620℃或630℃等。
在一些实施方式中，沉积处理的时间为100s～1000s，具体可以是100s、200s、300s、400s、500s、600s、700s、800s、900s或1000s等。
在一些实施方式中，非导电层301的材料包括碳化硅和多晶硅中的至少一种，即非导电层301可以是多晶硅层，还可以是碳化硅层，还可以是多晶硅层和碳化硅层的复合层。
可以理解地，在隧穿氧化层2表面沉积非导电层301(例如多晶硅)的过程中，非导电层301的半导体材料也会沿P型半导体衬底1的第二表面(背面)绕镀至第一表面(正面)，因此，在后续的工艺中需要对绕镀至P型半导体衬底1第一表面的半导体材料进行去绕镀。
S302、对非导电层301进行第一掺杂处理，形成N+掺杂导电层302，得到的结构如图8所示，其中，第一掺杂处理的掺杂源包括第二掺杂元素，第二掺杂元素包括Ⅴ族元素。
在一些实施方式中，第一掺杂处理的掺杂源可以通过高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种方法制备。
在一些实施方式中，第一掺杂处理的掺杂源包括磷源、砷源和锑源中的至少一种。示例性的，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。锑源例如可以是三甲基锑(TMSb)和三乙基锑(TESb)。以非导电层301为多晶硅层为例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，沉积在多晶硅层的表面，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。
S303、对N+掺杂导电层302进行第二掺杂处理，使得N+掺杂导电层302转变为P+掺杂导电层3，得到的结构如图9所示，其中，第二掺杂处理的掺杂源包括Ⅲ族元素。
在一些实施方式中，第二掺杂处理的掺杂源可以通过高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种方法制备。
在一些实施方式中，第二掺杂处理的掺杂源包括硼源、铝源和镓源中的至少一种。示例性的，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。
在S302和S303的制备步骤中，为了使得最终形成的掺杂导电层为P型，第一掺杂处理的掺杂源为少量添加，第二掺杂处理的掺杂源为过量添加，在第一掺杂处理过程中，Ⅴ族元素进入非导电层301中与非导电层301中的半导体材料(例如多晶硅)进行键合，再进行第二掺杂处理，第二掺杂处理的掺杂源Ⅲ族元素与半导体材料进行键合，同时Ⅴ族元素多余的电子进入部分Ⅲ族元素的空穴中进行价键结合，使得部分三族元素掺杂形成饱和的价键，减少制备的膜层的缺陷密度，第二掺杂处理后，由于第一掺杂处理的Ⅴ族元素为少量添加，即大部分的Ⅲ族元素仍具有空穴，使得经过S302和S303制备的掺杂导电层呈P型。
如图10所示，为第二掺杂元素在N+掺杂导电层302中的掺杂浓度分布，即为N+掺杂导电层302中激活的第二掺杂元素的浓度分布，图10中横坐标为测量距离，纵坐标为浓度，当横坐标为0时，表示测量位置为N+掺杂导电层302背离隧穿氧化层2一侧的表面，横坐标越大，表示测量距离越大，测量位置越靠近隧穿氧化层2。由图10可知，第二掺杂元素在N+掺杂导电层302中的分布浓度随着测量距离的增加浓度越小，表明第二掺杂元素主要分布在N+掺杂导电层302中的表层区域，如此设置，有利于提升P+掺杂导电层3的表面钝化效果。
如图11所示，P+掺杂导电层3中激活的第一掺杂元素的浓度分布，图11中横坐标为测量距离，纵坐标为浓度，当横坐标为0时，表示测量位置为P+掺杂导电层3背离隧穿氧化层2一侧的表面，横坐标越大，表示测量距离越大，测量位置越靠近隧穿氧化层2。由图11可知：P+掺杂导电层3中激活的第一掺杂元素的浓度较高且分布较为均匀，有利于提升P+掺杂导电层3的导电性和膜层质量，提升P+掺杂导电层3的钝化效果。可以理解，P+掺杂导电层3中激活的第一掺杂元素的浓度指的是：本申请先掺少量第二掺杂元素后掺过量第一掺杂元素后，使得第二掺杂元素较低的电子浓度被第一掺杂元素较高的空穴浓度补偿，如此，表现出图11所示的P+掺杂导电层3中激活的第一掺杂元素的浓度分布，即图11为的浓度曲线为空穴浓度曲线。
在一些实施方式中，第一掺杂处理和第二掺杂处理中掺杂源的添加量可通过控制第一掺杂处理和第二掺杂处理的掺杂量、掺杂时间以及掺杂源的通入流量来控制。具体的，在S302和S303的制备步骤中，第一掺杂处理的掺杂源的掺杂量小于第二掺杂处理的掺杂源的掺杂量；和/或第一掺杂处理的时间小于第二掺杂处理的时间；和/或第一掺杂处理的掺杂源的通入流量小于第二掺杂处理的掺杂源的通入流量，使得步骤S302中制备的N+掺杂导电层302中第二掺杂元素的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1018cm-3，步骤S303中制备的P+掺杂导电层3中第一掺杂元素补偿第二掺杂元素后表现为P型掺杂导电层，P+掺杂导电层3中第一掺杂元素的激活浓度为1×1018cm-3～1×1021cm-3。
在一些实施方式中，本申请通过先掺杂第二掺杂元素再掺杂第一掺杂元素，先掺杂第二掺杂元素，第一掺杂元素在N+掺杂导电层302中掺杂时易与硅的4个键全部结合，膜层经过高温结晶后结晶度较高，缺陷较少，多余的一个电子则游离在原子间的间隙中，使得N+掺杂导电层302表现出较高的薄膜结晶度，进一步，再对N+掺杂导电层302掺杂第一掺杂元素，可以在不改变薄膜结晶度的前提下可以得到导电类型相反的薄膜P+掺杂导电层3，进而制备得到结晶度较高的P+掺杂导电层3，P+掺杂导电层3的结晶度为85％～90％，有利于提升P+掺杂导电层的薄膜质量，提升钝化效果，进而提升P+掺杂导电层应用于太阳能电池的少子寿命和开路电压，从而提升太阳能电池的转换效率。
S400、在P型半导体衬底1的第一表面形成第一钝化层4及在P型掺杂导电层的表面形成第二钝化层5，得到的结构如图12所示。
本步骤中，通过在P型掺杂导电层的表面形成第二钝化层5，进一步提高太阳能电池的光吸收，并且降低载流子在P型远离P型半导体衬底1表面上的复合，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施方式中，第一钝化层4可以包括但不限于氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化硅等至少一种或者其任意组合。第一钝化层4能够对P型半导体衬底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4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4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，第二钝化层5可以包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等至少一种或者其任意组合。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。
在一些实施方式中，当第二钝化层5为层叠设置的氮化硅层与氧化硅层或层叠设置的氮化硅层与氮氧化硅层时，氮化硅层位于P+掺杂导电层3的表面，氧化硅层或氮氧化硅层位于氮化硅层的表面。
在一些实施方式中，第二钝化层5的厚度范围为70nm～120nm，具体可以是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。
S500、穿透第一钝化层4表面与P型半导体衬底1形成接触的第一电极6及穿透第二钝化层5与P+掺杂多晶硅层形成接触的第二电极7，得到的结构如图1所示。
在一些实施方式中，在P型半导体衬底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6，在P型半导体衬底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7，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6和第二电极7的具体材质。例如，第一电极6为银电极或银/铝电极，第二电极7为银电极。
不难发现，本实施例是与太阳能电池结构实施例相对应的太阳能电池制备方法实施例，本实施例中的细节在太阳能电池结构实施例中同样适用，同时太阳能电池结构实施例中的细节也适用于本实施例，相关细节在此就不再一一赘述。
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13，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100、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100包括通过导电带连接的多个如前所述的太阳能电池，太阳能电池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。
实施例
(1)提供P型硅衬底。
(2)将P型硅衬底置入低压化学气相沉积设备中进行氧化处理，工艺参数为：氧化处理时间为200s～1000s，温度为590℃～630℃，氧气流量为20000sccm～40000sccm。
(3)将步骤(2)所得料进行沉积处理，工艺参数为：沉积处理的时间为100s
～1000s，温度为590℃～630℃，硅烷流量为200sccm～2000sccm。
(4)将步骤(3)所得料进行第一扩散处理，工艺参数为：以POCl3为扩散源，时间为600s～1800s，温度为750℃～1200℃，氮气流量400sccm～2000sccm，氧气流量500～1000sccm。
(5)将步骤(4)所得料进行第二扩散处理，工艺参数为：以BCl3为扩散源，时间为100s～500s，温度为500℃～800℃，氮气流量200sccm～1500sccm，氧气流量250sccm
～900sccm。
(6)将步骤(5)所得料的正面和背面进行钝化处理形成正面钝化层和背面钝化层。
(7)将步骤(5)所得料的正面和背面分别印刷浆料形成正面电极和背面电极。
对比例
与实施例不同的是，不进行步骤(4)。
根据本申请实施例给出的制备工艺选择具体的工艺参数制备200个不同的太阳能电池片，并按照对比例的要求对应制备200个不同的太阳能电池片，将实施例和对比例制备的太阳能电池进行性能测定，实施例200个太阳能电池片的性能测定结果的平均值和对比例200个太阳能电池片的性能测定结果的平均值如表1所示：
表1.实施例和对比例制备的太阳能电池的性能测定
由表1内容可知：本申请实施例制备的太阳能电池相比于常规的TOPCon电池(对比例仅进行硼掺杂)，太阳能电池的复合电流密度和填充因子相当，开路电压和少子寿命得到了显著的提升。表明本申请具有P+掺杂导电层3的太阳能电池，可有效提升太阳能电池的转换效率。
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 (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
P型半导体衬底，所述P型半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
设置在所述P型半导体衬底的第二表面的隧穿氧化层和P+掺杂导电层，所述P+掺杂导电层含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，所述第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，所述第一掺杂元素和所述P型半导体衬底的导电类型相同，所述第一掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度大于所述第二掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度；
设置在所述P型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P型半导体衬底形成接触的第一电极；及
设置在所述P+掺杂导电层表面的第二钝化层，穿过所述第二钝化层与所述P+掺杂导电层形成接触的第二电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂元素包括B、Al和Ga中的至少一种；和/或所述第二掺杂元素包括P、As和Sb中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的激活浓度C1满足：1×1018cm-3≤C1≤1×1021cm-3；和/或所述第二掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度C2满足：1×1016cm-3≤C2＜1×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述P+掺杂导电层中的平均晶粒尺寸大于等于100nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述P+掺杂导电层为单层结构。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述P+掺杂导电层具有靠近所述隧穿氧化层的第一掺杂区和背离所述隧穿氧化层的第二掺杂区，所述第一掺杂区的第二掺杂元素的掺杂浓度小于所述第二掺杂区中第二掺杂元素的掺杂浓度。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿氧化层的厚度为0.5nm～5nm；和/或所述P+掺杂导电层的厚度为10nm～300nm。
8.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供P型半导体衬底，所述P型半导体衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
在所述P型半导体衬底第二表面形成隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层表面形成P+掺杂导电层，所述P+掺杂导电层含有第一掺杂元素和第二掺杂元素，所述第一掺杂元素和第二掺杂元素的导电类型相反，所述第一掺杂元素和所述P型半导体衬底的导电类型相同，所述第一掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度大于所述第二掺杂元素在所述P+掺杂导电层中的掺杂浓度；
在所述P型半导体衬底第一表面形成第一钝化层和在所述P+掺杂导电层的第二表面形成第二钝化层；及
在所述第一钝化层的表面形成第一电极和在所述第二钝化层的表面形成第二电极。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述隧穿氧化层表面形成P+掺杂导电层包括：
在所述隧穿氧化层的表面形成非导电层；
对所述非导电层进行第一掺杂处理形成N+掺杂导电层，其中，所述第一掺杂处理的掺杂源包括磷源、砷源和锑源中的至少一种；
对所述N+掺杂导电层进行第二掺杂处理，使得所述N+掺杂导电层转变为P+掺杂导电层，其中，所述第二掺杂处理的掺杂源包括B、Al和Ga中的至少一种，所述第一掺杂处理的掺杂源的掺杂量小于所述第二掺杂处理的掺杂源的掺杂量；和/或
所述第一掺杂处理的时间小于所述第二掺杂处理的时间；和/或
所述第一掺杂处理的掺杂源的通入流量小于所述第二掺杂处理的掺杂源的通入流量。
10.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括盖板、封装材料层、太阳能电池串，所述太阳能电池串包括多个根据或权利要求1～7任一项所述的太阳能电池或权利要求8～9任一项所述的制备方法制备的太阳能电池。
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