CN208637428U - N型晶体硅太阳能电池及光伏组件 - Google Patents

N型晶体硅太阳能电池及光伏组件 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种N型晶体硅太阳能电池及光伏组件，属于太阳能电池技术领域。该N型晶体硅太阳能电池包括依次设置的正面电极、正面钝化层、发射极、N型晶体硅基体、背面钝化层以及背面电极，其中，所述正面钝化层包括与所述发射极直接接触的氧化镓层。该太阳能电池中，利用氧化镓层所带有的负电荷对N型晶体硅太阳能电池的发射极的P型硅表面进行化学钝化和场钝化，降低P型硅表面处的少数载流子复合速率，并利用氧化镓层减少对入射光线的吸收而提高电池的光生电流密度，从而提高太阳能电池的电压与电流，提升太阳能电池的光电转换效率，进而提高光伏组件的输出功率，降低度电成本，提高光伏发电的性价比。

Description

N型晶体硅太阳能电池及光伏组件
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种N型晶体硅太阳能电池及光伏组件。
背景技术
光伏发电，即直接将太阳能转化为电能，是一种清洁、可持续性和性价比相对较高的发电方式。晶体硅太阳能电池是光伏发电系统的重要组成部分，晶体硅太阳能电池的光电转换效率对光伏发电的输出功率及度电成本有重要影响。
按照晶体硅太阳能电池中中心晶体硅基体的类型划分，晶体硅太阳能电池可分为P型晶体硅太阳能电池和N型晶体硅太阳能电池。其中N型晶体硅太阳能电池主要包括依次设置的正面电极、正面钝化层、发射极、N型晶体硅基体、背面钝化层以及背面电极，正面钝化层的材料通常为氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
现有的N型晶体硅太阳能电池中少数载流子复合速率较高，限制了太阳能电池光电转换效率。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种N型晶体硅太阳能电池及制备方法、光伏组件，用于解决目前N型晶体硅太阳能电池中少数载流子复合速率较高的问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本实用新型实施例提供了一种N型晶体硅太阳能电池，包括依次设置的正面电极、正面钝化层、发射极、N型晶体硅基体、背面钝化层以及背面电极，其中，所述正面钝化层包括与所述发射极直接接触的氧化镓层。
可选地，所述氧化镓层的厚度为1纳米～120纳米。
可选地，所述氧化镓层的厚度为10纳米～60纳米。
可选地，所述氧化镓层的厚度为20纳米～40纳米。
可选地，所述正面钝化层还包括设置在所述氧化镓层上的覆盖层，所述覆盖层包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种，所述覆盖层的厚度为10纳米～120 纳米。
可选地，所述太阳能电池还包括：设置在所述N型晶体硅基体的背面的N型掺杂层；所述背面钝化层设置在所述N型掺杂层上，所述背面电极穿过所述背面钝化层与所述N型掺杂层形成欧姆接触；所述背面钝化层包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种，所述背面钝化层的厚度为30纳米～200纳米。
可选地，所述太阳能电池还包括：设置在所述N型晶体硅基体的背面的隧穿氧化层以及设置在所述隧穿氧化层上的掺杂硅层；所述掺杂硅层的掺杂源为第V族元素；
所述背面钝化层设置在所述掺杂硅层上，所述背面电极穿过所述背面钝化层与所述掺杂硅层形成欧姆接触；
所述背面钝化层包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种；
所述隧穿氧化层的厚度为0.5纳米～6纳米，所述掺杂硅层的厚度为10纳米～1000纳米，所述背面钝化层的厚度为60纳米～120纳米。
可选地，所述掺杂硅层为掺杂非晶硅层或掺杂多晶硅层；
可选地，所述掺杂硅层中，掺杂后的硅的方块电阻为10Ω/□～1000Ω/□。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，包括：
提供N型晶体硅基体；
在所述N型晶体硅基体的正面形成发射极；
在所述发射极上形成与所述发射极直接接触的氧化镓层。
可选地，所述氧化镓层通过单原子层沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、常压化学气相沉积法或者低压化学气相沉积法形成。
可选地，所述在所述N型晶体硅基体的正面形成发射极和在所述发射极上形成与所述发射极直接接触的氧化镓层之间，所述制备方法还包括：
对所述N型晶体硅基体的背面进行平整；
对所述N型晶体硅基体的背面进行掺杂形成N型掺杂层；
可选地，所述在所述发射极上形成与所述发射极直接接触的氧化镓层之后，所述制备方法还包括：
在所述氧化镓层上形成覆盖层，在所述N型掺杂层上形成背面钝化层；
印刷背面电极和正面电极，并进行烧结。
可选地，所述在所述N型晶体硅基体的正面形成发射极和在所述发射极上形成与所述发射极直接接触的氧化镓层之间，所述制备方法还包括：
对所述N型晶体硅基体的背表面进行平整；
在所述N型晶体硅基体的背面生长隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层上形成掺杂硅层；
可选地，所述在所述发射极上形成与所述发射极直接接触的氧化镓层之后，所述制备方法还包括：
在所述氧化镓层上形成覆盖层，在所述掺杂硅层上形成背面钝化层；
印刷背面电极和正面电极，并进行烧结。
第三方面，本实用新型实施例提供了一种光伏组件，包括依次设置的盖板、第一封装胶膜，电池串、第二封装胶膜和背板，所述电池串包括多个太阳能电池，其中，所述太阳能电池为上述的N型晶体硅太阳能电池。
可选地，所述第一封装胶膜和所述第二封装胶膜的材料为EVA。
可选地，所述背板为玻璃或者TPT板。
本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：
本实用新型实施例中，通过在发射极上设置与发射极直接接触的氧化镓层，一方面，N 型晶体硅太阳能电池中发射极为P型硅，氧化镓层所带有的负电荷能够对P型硅表面进行化学钝化和场钝化，降低P型硅表面硅原子的悬挂键和少数载流子数量，从而降低P型硅表面处的少数载流子复合速率，提高太阳能电池的电压与电流，另一方面，氧化镓层具有较宽的禁带宽度和合适的光学折射系数，可减少对入射光线的吸收而提高电池的光生电流密度；综合以上两方面的作用，提升N型晶体硅太阳能电池的光电转换效率，进而提高光伏组件的输出功率，降低度电成本，提高光伏发电的性价比。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本实用新型实施例提供的一种N型晶体硅太阳能电池的中氧化镓层设置方式示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种N型晶体硅双面太阳能电池的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种隧道氧化钝化接触太阳能电池的结构示意图。
图中的附图标记分别表示：
1 N型晶体硅基体；
2 正面钝化层；
21 氧化镓层；
22 覆盖层；
3 发射极；
41 N型掺杂层；
42 隧穿氧化层；
43 掺杂硅层；
5 背面钝化层；
6 正面电极；
7 背面电极；
T1 氧化镓层的厚度；
T2 覆盖层的厚度；
T3 背面钝化层的厚度；
T4 隧穿氧化层的厚度；
T5 掺杂硅层的厚度。
具体实施方式
为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本实用新型实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率是提高光伏发电输出功率、降低度电成本的有效途径。目前，限制单节晶体硅太阳能电池光电转化效率的重要因素之一是太阳能电池中少数载流子的复合湮灭。少数载流子的复合湮灭会造成太阳能电池电压和电流的流失，从而降低电池的光电转换效率。在晶体硅表面存在大量的不饱和悬挂键，是很严重的复合中心。在硅片表面设置钝化层以钝化硅片表面，能够降低硅片表面少数载流子的复合概率，有利于提高太阳能电池的光电转化效率。
基于以上所述，本实用新型实施例提供了一种N型晶体硅太阳能电池及其制备方法，以及基于该N型晶体硅太阳能电池的光伏组件。
参见图1，并结合图2和图3，该N型晶体硅太阳能电池包括依次设置的正面电极6、正面钝化层2、发射极3、N型晶体硅基体1、背面钝化层5以及背面电极7，其中，正面钝化层2包括与发射极3直接接触的氧化镓(GaOx)层21。
对于N型晶体硅太阳能电池来说，其发射极3为P型硅，氧化镓层21所带有的负电荷能够对P型硅表面进行化学钝化和场钝化，降低P型硅表面硅原子的悬挂键和少数载流子数量，从而降低P型硅表面处的少数载流子复合速率，进而提高太阳能电池的电压与电流。
同时，氧化镓层21具有较宽的禁带宽度和合适的光学折射系数，将其设置在太阳能电池的正面，可减少对入射光线的吸收而提高电池的光生电流密度。
综合氧化镓层21以上两方面的作用，N型晶体硅太阳能电池的光电转换效率得到提升，进而使光伏组件的输出功率得到提高，降低度电成本，提高光伏发电的性价比。
进一步地，本实用新型实施例中，氧化镓层21的厚度(即图1中T1所指示的尺寸)可以为1纳米～120纳米，例如1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、8 纳米、9纳米、10纳米、15纳米、20纳米、25纳米、30纳米、35纳米、40纳米、45纳米、 50纳米、55纳米、60纳米、65纳米、70纳米、75纳米、80纳米、85纳米、90纳米、95纳米、100纳米、105纳米、110纳米、115纳米、120纳米等。优选地，氧化镓层21的厚度可以为10纳米～60纳米；更优选地，氧化镓层21的厚度可以为20纳米～40纳米。
进一步地，如图1所示，本实用新型实施例中，正面钝化层2还可以包括设置在氧化镓层21上的覆盖层22。覆盖层22可以包括氮化硅(SiNx)层、氮氧化硅(SiOxNy)层、氧化硅(SiOx)层及碳化硅(SiCx)层中的至少一种，即可以为单独的氮化硅层、单独的氮氧化硅层、单独的氧化硅层或者单独的碳化硅层，也可以为氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层和碳化硅层中两种或两种以上层叠设置。覆盖层22整体的厚度(即图1中T2所指示的厚度) 可以为10纳米～120纳米，例如10纳米、15纳米、20纳米、25纳米、30纳米、35纳米、40 纳米、45纳米、50纳米、60纳米、65纳米、70纳米、75纳米、80纳米、85纳米、90纳米、 95纳米、100纳米、105纳米、110纳米、115纳米、120纳米等。可以理解的是，覆盖层22 的设置起到了减反射的作用。当覆盖层22采用叠层结构时，每一层的厚度没有严格要求，可以根据需要(例如折射率的需要)进行设置，只要整体厚度满足要求即可。
本实用新型实施例中，N型晶体硅太阳能电池的背面钝化层5以及背面电极7的结构可根据电池的具体类型进行设置。下面分别以N型晶体硅双面太阳能电池和隧道氧化钝化接触 (Topcon)太阳能电池为例进行说明。
(一)N型晶体硅双面太阳能电池
如图2所示，对于N型晶体硅双面太阳能电池来说，电池结构中还包括设置在N型晶体硅基体1的背面的N型掺杂层41。背面钝化层5设置在N型掺杂层41上，背面电极7穿过背面钝化层5与N型掺杂层41形成欧姆接触。可以理解的是，在N型晶体硅双面太阳能电池中，背面电极7与正面电极6相同，采用包括主栅线和副栅线的栅线结构。
其中，背面钝化层5包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种，即背面钝化层5可以为单独的氮化硅层、单独的氮氧化硅层、单独的氧化硅层以及单独的碳化硅层，也可以为氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层和碳化硅层中的两种或者两种以上层叠设置。在N型晶体硅双面太阳能电池中，背面钝化层整体的厚度(即图1中T3所指示的尺寸)可以为30纳米～200纳米，例如30纳米、35纳米、40纳米、45纳米、50纳米、55纳米、 60纳米、65纳米、70纳米、75纳米、80纳米、85纳米、90纳米、95纳米、100纳米、105 纳米、110纳米、115纳米、120纳米、125纳米、130纳米、135纳米。当背面钝化层5采用叠层结构时，每一层的厚度没有严格要求，可根据需要进行设置，只要整体厚度满足要求即可。
N型掺杂层41具体可以为第V族元素掺杂层(例如磷掺杂层)，掺杂后的方块电阻可以为20Ω/□～500Ω/□，例如20Ω/□、30Ω/□、40Ω/□、50Ω/□、60Ω/□、70Ω/□、80Ω/□、90Ω/□、100Ω/□、150Ω/□、200Ω/□、250Ω/□、300Ω/□、350Ω/□、400Ω/□、450Ω/□、 500Ω/□等。
(二)Topcon太阳能电池
如图3所示，对于Topcon太阳能电池来说，电池结构中还包括设置在N型晶体硅基体1 的背面的隧穿氧化层42(实质上可以是氧化硅层)，以及设置在隧穿氧化层42上的掺杂硅层 43。背面钝化层5设置在掺杂硅层43上，背面电极7穿过背面钝化层5与掺杂硅层43形成欧姆接触。
在Topcon太阳能电池中，背面电极7可以采用传统的以银作为主电极、主电极以外的区域覆盖金属银的电极形式；也可以采用与正面电极6相同的栅线结构，从而实现双面发电。
背面钝化层5可以包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种，即可以为单独的氮化硅层、单独的氮氧化硅层、单独的氧化硅层或单独的碳化硅层，也可以为氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层和碳化硅层中的两种或者两种以上层叠设置，
在Topcon太阳能电池中，背面钝化层5的厚度可以为60纳米～120纳米(例如60纳米、 65纳米、70纳米、75纳米、80纳米、85纳米、90纳米、95纳米、100纳米、105纳米、110 纳米、115纳米、120纳米等)。当背面钝化层5为叠层结构时，每一层的厚度没有严格限定，可以根据需要设置，只要整体厚度满足要求即可。
同时，隧穿氧化层42的厚度(即图3中T4所指示的尺寸)可以为0.5纳米～6纳米(例如0.5纳米、0.6纳米、0.7纳米、0.8纳米、0.9纳米、1纳米、1.5纳米、2纳米、2.5纳米、 3纳米、3.5纳米、4纳米、4.5纳米、5纳米、5.5纳米、6纳米等)，掺杂硅层43的厚度(即图3中T5所指示的尺寸)可以为10纳米～1000纳米(例如10纳米、20纳米、30纳米、40 纳米、50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、150纳米、200纳米、250 纳米、300纳米、350纳米、400纳米、450纳米、500纳米、550纳米、600纳米、750纳米、 800纳米、850纳米、900纳米、950纳米、1000纳米等)，
在Topcon太阳能电池中，掺杂硅层43具体可为掺杂多晶硅层或掺杂非晶硅层，或多晶硅和非晶硅的混合层。掺杂硅层43的掺杂源可以为第V族元素，例如氮、磷、砷、锑、铋。掺杂后的硅的方块电阻可以为10Ω/□～1000Ω/□，例如10Ω/□、20Ω/□、30Ω/□、40Ω/□、50Ω/□、60Ω/□、70Ω/□、80Ω/□、90Ω/□、100Ω/□、150Ω/□、200Ω/□、250Ω/□、300Ω/□、 350Ω/□、400Ω/□、450Ω/□、500Ω/□、550Ω/□、600Ω/□、650Ω/□、700Ω/□、750Ω/□、 800Ω/□、850Ω/□、900Ω/□、950Ω/□、1000Ω/□等。
此外，需要说明的是，本实用新型实施例中，N型晶体硅基体1可以是单晶硅，也可以是多晶硅，电阻率可以为0.1Ω·cm～10Ω·cm(例如0.1Ω·cm、0.2Ω·cm、0.3Ω·cm、0.4Ω·cm、 0.5Ω·cm、0.6Ω·cm、0.7Ω·cm、0.8Ω·cm、0.9Ω·cm、1Ω·cm、2Ω·cm、3Ω·cm、4Ω·cm、5Ω·cm、 6Ω·cm、7Ω·cm、8Ω·cm、9Ω·cm、10Ω·cm等)。N型晶体硅太阳能电池的发射极3可通过掺杂第III族元素(包括但不限于硼)形成，掺杂后形成的发射极3的方块电阻值可以在40 Ω/□～200Ω/□(例如40Ω/□、50Ω/□、60Ω/□、70Ω/□、80Ω/□、90Ω/□、100Ω/□、 110Ω/□、120Ω/□、130Ω/□、140Ω/□、150Ω/□、160Ω/□、170Ω/□、180Ω/□、190Ω/□、 200Ω/□等)，发射极3不同的区域的方块电阻值可以相同，也可以不同。
还需要说明的是，本实用新型实施例提供的N型晶体硅太阳能电池可以理解为包括：N 型晶体硅基体1，设置在N型晶体硅基体1正面(即受光面)的发射极3，设置在发射极3上的正面钝化层2，设置在正面钝化层2上的正面电极6，设置在N型晶体硅基体1背面(即背光面)的背面钝化层5以及设置在背面钝化层5上的背面电极7。即N型晶体硅太阳能电池中，N型晶体硅基体1的正面由内向外依次设置有发射极3、正面钝化层2和正面电极6， N型晶体硅基体1的背面由内向外依次设置有背面钝化层5和背面电极7。其中，正面钝化层2包括与发射极3接触的氧化镓层21，还可以包括设置在氧化镓层21上的覆盖层22。正面电极6穿过正面钝化层2与发射极3形成欧姆接触。根据电池类型的不同，本实用新型实施例提供的N型晶体硅太阳能电池中还可以包括设置在N型晶体硅基体1的背面的N型掺杂层41，背面钝化层5设置在N型掺杂层41上，背面电极7穿过背面钝化层5与N型掺杂层41形成欧姆接触；或者，还可以包括设置在N型晶体硅基体1的背面的隧穿氧化层42以及设置在隧穿氧化层42上的掺杂硅层43，背面钝化层5设置在掺杂硅层43上，背面电极7 穿过背面钝化层5与掺杂硅层43形成欧姆接触。
下面对本实用新型实施例提供的N型晶体硅太阳能电池的制备方法进行说明。
本实用新型实施例提供的一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，提供N型晶体硅基体1；
步骤S2，在N型晶体硅基体1的正面形成发射极3；
步骤S3，在发射极3上形成与发射极3直接接触的氧化镓层21。
如上文所述，采用本实用新型实施例提供的制备方法制备得到的N型晶体硅太阳能电池中，带有负电荷的氧化镓层21直接与P型硅表面接触(N型晶体硅太阳能电池中发射极为P 型硅)，一方面对P型硅表面进行化学钝化和场钝化，从而降低P型硅表面处的少数载流子复合速率，另一方面减少对入射光线的吸收而提高电池的光生电流密度，综合以上两方面作用使太阳能电池的光电转换效率得到提升，进而提高光伏组件的输出功率，降低度电成本，提高光伏发电的性价比。
本实用新型实施例中，氧化镓层21可通过单原子层沉积法(Atomic LayerDeposition， ALD)、等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)、常压化学气相沉积法(Atmospheric Chemical Vapor Deposition，APCVD)或者低压化学气相沉积法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)形成。氧化镓层21沉积完成之后，还可以进行退火步骤。
进一步地，本实用新型实施例中，步骤S1具体可以包括：
步骤S11，选择具有合适电阻率的N型单晶硅片或者N型多晶硅片作为N型晶体硅基体 1。
步骤S12，对N型晶体硅基体1进行清洗并在N型晶体硅基体1的正面制绒，以降低N型晶体硅基体1正面的反射率。制绒后，单晶硅片表面的反射率可以在10％～18％(例如10％、 11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％等)，多晶硅片表面的反射率可以在6％～20％ (例如6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、 20％等)。
进一步地，本实用新型实施例中，步骤S2中，以硼元素掺杂为例，可通过炉管硼扩散、 APCVD沉积硼硅玻璃(BSG)、或者硼离子注入等方法在N型晶体硅基体1的正面形成发射极3。
进一步地，本实用新型实施例中，对于制备N型晶体硅双面太阳能电池来说，在步骤S2 和步骤S3之间还包括以下步骤：
1)对N型晶体硅基体1的背面进行平整，可通过化学溶液整平N型晶体硅基体1背表面，以适当降低N型晶体硅基体1背表面的比表面积，之后再用氢氟酸(例如HF的水溶液) 清洗硅片。其中，对N型晶体硅基体1背表面进行平整的化学溶液可以为碱溶液，包括但不限于四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液、氢氧化钠(NaOH)溶液、氢氧化钾(KOH)等，碱溶液的浓度可根据需要进行调整；也可以为酸溶液，例如硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)和硫酸(H2SO4)的混合溶液，混合溶液中各酸液的浓度以及各酸液间的配比也可根据需要进行调整。
2)对N型晶体硅基体1的背面进行掺杂形成N型掺杂层41，以磷元素掺杂为例，可采用磷离子注入或者APCVD沉积PSG并退火的方式。
对于制备Topcon太阳能电池来说，在步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：
1)对N型晶体硅基体1的背表面进行平整，可通过化学溶液整平N型晶体硅基体1背表面，以适当降低N型晶体硅基体1背表面的比表面积，之后就再用氢氟酸(HF的水溶液) 清洗硅片。其中，对N型晶体硅基体1背表面进行平整的化学溶液可以为碱溶液，包括但不限于四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液、氢氧化钠(NaOH)溶液、氢氧化钾(KOH)等；也可以为硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)和硫酸(H2SO4)的混合酸溶液。
2)在N型晶体硅基体1的背面生长隧穿氧化层42，具体可采用热氧化法生长。
3)在隧穿氧化层42上形成掺杂硅层43，举例来说，可先采用LPCVD方法生长硅层(非晶层或多晶硅层)，再用磷对硅层进行掺杂。
进一步地，本实用新型实施例中，在步骤S3之后，还包括以下步骤：
1)在氧化镓层21上形成覆盖层22，在N型掺杂层41(或掺杂硅层43上形成背面钝化层5。如果覆盖层22和背面钝化层5的组成相同，则形成覆盖层22和背面钝化层5的步骤可同时进行。
2)背面电极印刷和正面电极印刷，之后进行快速高温烧结。其中，烧结的温度可以为 600℃～900℃(例如600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃等)，烧结的时间可以为10秒～3分钟，例如10秒、20秒、30秒、40秒、60秒、70秒、80秒、90秒、100 秒、110秒、120秒、130秒、140秒、150秒、160秒、170秒、180秒等。
基于上述N型晶体硅太阳能电池，本实用新型实施例提供了一种光伏组件，该光伏组件包括依次设置的盖板、第一封装胶膜、电池串、第二封装胶膜和背板，电池串包括多个太阳能电池，其中，太阳能电池为上述本实用新型实施例提供的N型晶体硅太阳能电池。
由于本实用新型实施例提供的N型晶体硅太阳能电池中设置了与P型的发射极直接接触的氧化镓层，利用氧化镓层所带有的负电荷对P型硅表面进行化学钝化和场钝化，并减少对入射光线的吸收而提高电池的光生电流密度，使太阳能电池的光电转换效率得到，因此，应用该N型晶体硅太阳能电池的光伏组件具有较高的输出功率，有利于降低度电成本，提高光伏发电的性价比。
本实用新型实施例中，盖板为玻璃板，第一封装胶膜和第二封装胶膜的材料为EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)，背板可以为玻璃板，也可以为TPT(PVF/PET/PVF)板。其中，当背板采用TPT板时，光伏组件还包括边框，边框内填充硅胶。
下面分别以N型晶体硅双面太阳能电池和Topcon太阳能电池为例，对本实用新型实施例提供的N型晶体硅太阳能电池及其制备方法做进一步地说明。
实施例1
本实施例提供了一种氧化镓钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，如图2所示，该太阳能电池包括由正面(即太阳能电池的受光面)到背面(即太阳能电池的背光面)依次设置的正面电极6、正面钝化层2、发射极3、N型晶体硅基体1、N型掺杂层41、背面钝化层5以及背面电极7。
其中，N型晶体硅基体1为电阻率为2.0Ω·cm、尺寸为156.75mm×156.75mm的N型单晶硅片。发射极3通过炉管硼扩散形成，掺杂后方块电阻值为80Ω/□。
正面钝化层2包括与发射极3直接接触的氧化镓层21以及设置在氧化镓层21上的氮化硅覆盖层22，其中氧化镓层21的厚度为20纳米，氮化硅覆盖层22的厚度为65纳米。
位于N型晶体硅基体1背面的N型掺杂层41通过磷离子注入法形成，掺杂后方块电阻为110Ω/□。
位于N型掺杂层41上的背面钝化层5为氮化硅层，其厚度为75纳米。
正面电极6和背面电极7均为栅线结构，其中主栅线4根，宽度为1.1毫米，副栅线102 根，宽度为40微米，相邻两根副栅线之间的距离为1.5毫米，正面电极和背面电极均由贺利氏(Heraeus)SOL9360型银浆料形成。
本实施例提供的太阳能电池的制备方法如下：
步骤101，利用NaOH和H2O2的混合水溶液(NaOH、H2O2和H2O按照质量比 0.5％:1％:98.5％的比例混合)对N型单晶硅片进行清洗(清洗时间2min)，之后利用质量浓度 3％的氢氧化钠水溶液在N型单晶硅片的正面制绒，制绒后，N型单晶硅片的正面的反射率为 12％。
步骤102，通过炉管硼扩散的方法在制绒后的N型单晶硅片的正面进行硼掺杂制备发射极，形成P-N结。其中，炉管硼扩散采用Tempress公司的TS-81255型扩散炉，扩散条件为：以BBr3作为硼源，在940℃下向扩散炉内的石英管内通入BBr3(通入时间20min)，之后停止通入BBr3并在960℃下保温20min。
步骤103，将经过扩散后的N型单晶硅片在70℃、质量浓度为20％的TMAH溶液中浸泡5min，对N型单晶硅片背表面进行平整，之后用质量浓度为10％的HF水溶液清洗硅片2min。
步骤104，利用Kingston公司(上海凯世通半导体股份有限公司)的iPV-2000型离子注入机向N型单晶硅片的背面注入磷离子，进行磷掺杂形成N型掺杂层，注入条件：离子加速电压10kV，加速后束流120mA，离子注入腔室真空度2×10-5Torr。
步骤105，采用PEALD法在发射极上沉积氧化镓薄膜，所用设备为芬兰倍耐克(Beneq) 公司的TFS 200型原子层沉积薄膜系统，沉积条件为：温度为75℃，压强为0.25Torr,三甲基镓(TMGa)的体积流量为70sccm(标准状态毫升/分)，O2的体积流量为200sccm。
步骤106，采用PECVD法在发射极上和N型掺杂层上形成氮化硅薄膜，所用设备为ROTH&RAU公司的SINA型PECVD设备，沉积条件为：温度为400℃，压强为0.25mBar,SiH4的体积流量为100sccm，NH3的体积流量为180sccm。
步骤107，丝网印刷用于形成背面电极的浆料，所用丝网印刷机为Appliedmaterials公司的Baccini speedy thinking型印刷机(下同)。
步骤108，丝网印刷用于形成正面电极的浆料。
步骤109，在820℃的温度下进行烧结，烧结时间为10秒；经烧结后正面金属银穿过氮化硅/氧化镓薄膜与发射极形成局部欧姆接触，背面银浆料腐蚀氮化硅薄膜与N型掺杂层形成欧姆接触。
采用I-V测试方法(德国Halm公司的CetisPV-XF2-PB型I-V测试仪)对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试(测试条件为25℃，光谱条件AM1.5)，结果为：开路电压0.668V，短路电流9.77A，光电转换效率21.1％。
实施例2
本实施例提供了一种氧化镓钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为1纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.661V，短路电流9.79A，光电转换效率20.92％。
实施例3
本实施例提供了一种氧化镓钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为40纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.668V，短路电流9.75A，光电转换效率21.06％。
实施例4
本实施例提供了一种氧化镓钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为80纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.668V，短路电流9.73A，光电转换效率20.69％。
实施例5
本实施例提供了一种氧化镓钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为120纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.667V，短路电流9.58A，光电转换效率19.87％。
对比例1
本对比例提供了一种未设置氧化镓层的N型晶体硅双面太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中未设置氧化镓层。在制备太阳能电池时，直接在发射极上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.656V，短路电流9.8A，光电转换效率20.78％。
对比例2
本对比例提供了一种氧化锆钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中采用氧化锆 (ZrOx)薄膜替代氧化镓薄膜。在制备太阳能电池时，先在发射极上形成氧化锆薄膜，再在氧化锆薄膜上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.658V，短路电流9.62A，光电转换效率20.47％。
对比例3
本对比例提供了一种氧化钽钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中采用氧化钽 (TaOx)薄膜替代氧化镓薄膜。在制备太阳能电池时，先在发射极上形成氧化钽薄膜，再在氧化钽薄膜上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.66V，短路电流9.68A，光电转换效率20.66％。
对比例4
本对比例提供了一种氧化铪钝化的N型晶体硅双面太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例1提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中采用氧化铪 (HfOx)薄膜替代氧化镓薄膜。在制备太阳能电池时，先在发射极上形成氧化铪薄膜，再在氧化铪薄膜上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.665V，短路电流9.73A，光电转换效率20.92％。
以下表1中，对以上实施例1～5和对比例1～4的太阳能电池的性能测试结果进行了汇总。
表1太阳性能测试结果汇总
序号 氧化物类型 氧化物薄膜厚度 开路电压 短路电流 光电转换效率
实施例1 氧化镓 20纳米 0.668V 9.77A 21.1％
实施例2 氧化镓 1纳米 0.661V 9.79A 20.92％
实施例3 氧化镓 40纳米 0.668V 9.75A 21.06％
实施例4 氧化镓 80纳米 0.668V 9.73A 20.69％
实施例5 氧化镓 120纳米 0.667V 9.58A 19.87％
对比例1 —— —— 0.656V 9.8A 20.78％
对比例2 氧化锆 20纳米 0.658V 9.62A 20.47％
对比例3 氧化钽 20纳米 0.66V 9.68A 20.66％
对比例4 氧化铪 20纳米 0.665V 9.73A 20.92％
实施例6
本实施例提供了一种氧化镓钝化的Topcon太阳能电池，如图3所示，该太阳能电池包括由正面(即太阳能电池的受光面)到背面(即太阳能电池的背光面)依次设置的正面电极6、正面钝化层2、发射极3、N型晶体硅基体1、隧穿氧化层42、掺杂多晶硅层、背面钝化层5以及背面电极7。
其中，N型晶体硅基体1为电阻率为2.0Ω·cm、尺寸为156.75mm×156.75mm的N型单晶硅片。发射极3通过炉管硼扩散形成，掺杂后方块电阻值为80Ω/□。
正面钝化层2包括与发射极3直接接触的氧化镓层21以及设置在氧化镓层21上的氮化硅覆盖层22，其中氧化镓层21的厚度为20纳米，氮化硅覆盖层22的厚度为65纳米。
隧穿氧化层42的厚度为1.8纳米；掺杂多晶硅层的厚度为100纳米，为磷掺杂，掺杂后的方块电阻为38Ω/□。
背面钝化层为氮化硅层，其厚度为70纳米。
正面电极和背面电极均为栅线结构，其中主栅线4根，宽度为1.1毫米，副栅线102根，宽度为40微米，相邻两根副栅线之间的距离为1.5毫米，正面电极由贺利氏(Heraeus)SOL9360 型银浆料形成，背面电极由贺利氏(Heraeus)SOL9621型银浆料形成。
本实施例提供的太阳能电池的制备方法如下：
步骤601，利用NaOH和H2O2的混合水溶液(NaOH、H2O2和H2O按照质量比 0.5％:1％:98.5％的比例混合)对N型单晶硅片进行清洗(清洗时间2min)，之后利用质量浓度3％的氢氧化钠水溶液在N型单晶硅片的正面制绒，制绒后，N型单晶硅片的正面的反射率为 12％。
步骤602，通过炉管硼扩散的方法在制绒后的N型单晶硅片的正面进行硼掺杂制备发射极，形成P-N结。其中，炉管硼扩散采用Tempress公司的TS-81255型扩散炉，扩散条件为：以BBr3作为硼源，在940℃下向扩散炉内的石英管内通入BBr3(通入时间20min)，之后停止通入BBr3并在960℃下保温20min。
步骤603，将经过扩散后的N型单晶硅片在40℃、质量浓度为20％的TMAH溶液中浸泡30s，对N型单晶硅片背表面进行平整，之后用质量浓度为10％的HF水溶液清洗硅片2min。
步骤604，用热氧化法在N型单晶硅片的背面生长隧穿氧化层，具体工艺参数为：在氧气气氛下，加热温度为610℃，加热时间为2min。
步骤605，用LPCVD方法在隧穿氧化层上生长多晶硅层，并用磷离子注入的方式对多晶层进行磷掺杂，形成掺杂多晶硅层。
其中，生长多晶硅层的设备为Tempress公司的997-AAK型LPCVD设备，生长条件：温度为600℃，SiH4的体积流量为600sccm，压强为0.25Torr。
磷离子注入的设备为Kingston公司的iPV-2000型离子注入机，注入条件：离子加速电压 10kV，加速后束流120mA，离子注入腔室真空度2×10-5Torr。
步骤606，采用PEALD的方式在发射极上沉积氧化镓薄膜，所用设备为芬兰倍耐克(Beneq) 公司的TFS 200型原子层沉积薄膜系统，沉积条件为：温度为75℃，压强为0.25Torr,三甲基镓(TMGa)的体积流量为70sccm(标准状态毫升/分)，O2的体积流量为200sccm。
步骤607，采用PECVD的方式在发射极上和掺杂多晶硅层上形成氮化硅薄膜，所用设备为ROTH&RAU公司的SINA型PECVD设备，沉积条件为：温度为400℃，压强为0.25mBar,SiH4的体积流量为100sccm，NH3的体积流量为180sccm。
步骤608，丝网印刷用于形成背面电极的浆料，所用丝网印刷机为Appliedmaterials公司的Baccini speedy thinking型印刷机。
步骤609，丝网印刷用于形成正面电极的浆料。
步骤610，在820℃的温度下烧结，烧结时间为10秒；经烧结后正面金属银穿过氮化硅/ 氧化镓薄膜与发射极形成局部欧姆接触，背面银浆料腐蚀氮化硅薄膜与掺杂多晶硅层形成欧姆接触。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.689V，短路电流9.98A，光电转换效率22.23％。
实施例7
本实施例提供了一种氧化镓钝化的Topcon太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为 1纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.687V，短路电流9.99A，光电转换效率22.19％。
实施例8
本实施例提供了一种氧化镓钝化的Topcon太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为 40纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.688V，短路电流9.896A，光电转换效率22.01％。
实施例9
本实施例提供了一种氧化镓钝化的Topcon太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为 80纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.688V，短路电流9.73A，光电转换效率21.64％。
实施例10
本实施例提供了一种氧化镓钝化的Topcon太阳能电池，本实施例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本实施例提供的太阳能电池中氧化镓层的厚度为 120纳米。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.688V，短路电流9.48A，光电转换效率20.77％。
对比例5
本对比例提供了一种未设置氧化镓层的Topcon太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中未设置氧化镓层。在制备太阳能电池时，直接在发射极上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.682V，短路电流9.99A，光电转换效率22.03％。
对比例6
本对比例提供了一种氧化锆钝化的Topcon太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中采用氧化锆(ZrOx)薄膜替代氧化镓薄膜。在制备太阳能电池时，先在发射极上形成氧化锆薄膜，再在氧化锆薄膜上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.680V，短路电流9.86A，光电转换效率21.68％。
对比例7
本对比例提供了一种氧化钽钝化的Topcon太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中采用氧化钽(TaOx)薄膜替代氧化镓薄膜。在制备太阳能电池时，先在发射极上形成氧化钽薄膜，再在氧化钽薄膜上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.682V，短路电流9.97A，光电转换效率21.99％。
对比例8
本对比例提供了一种氧化铪钝化的Topcon太阳能电池，本对比例提供的太阳能电池与实施例6提供的太阳能电池的区别在于，本对比例提供的太阳能电池中采用氧化铪(HfOx)薄膜替代氧化镓薄膜。在制备太阳能电池时，先在发射极上形成氧化铪薄膜，再在氧化铪薄膜上形成氮化硅薄膜。
按照实施例1的测试方法和测试条件对本实施例提供的太阳能电池的性能进行测试，结果为：开路电压0.684V，短路电流9.95A，光电转换效率22.0％。
以下表2中，对以上实施例6～10和对比例5～8的太阳能电池的性能测试结果进行了汇总。
表2太阳性能测试结果汇总
序号 氧化物类型 氧化物薄膜厚度 开路电压 短路电流 光电转换效率
实施例6 氧化镓 20纳米 0.689V 9.98A 22.23％
实施例7 氧化镓 1纳米 0.687V 9.99A 22.19％
实施例8 氧化镓 40纳米 0.688V 9.896A 22.01％
实施例9 氧化镓 80纳米 0.688V 9.73A 21.64％
实施例10 氧化镓 120纳米 0.688V 9.48A 20.77％
对比例5 —— —— 0.682V 9.99A 22.03％
对比例6 氧化锆 20纳米 0.680V 9.86A 21.68％
对比例7 氧化钽 20纳米 0.682V 9.97A 21.99％
对比例8 氧化铪 20纳米 0.684V 9.95A 22.0％
通过以上实施例和对比例的测试数据可以看出，本实用新型实施例提供的氧化镓钝化的 N型晶体硅太阳能电池与未设置氧化镓层以及以其他氧化物代替氧化镓进行钝化的N型晶体硅太阳能电池相比，具有较高的光电转换效率。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种N型晶体硅太阳能电池，包括依次设置的正面电极(6)、正面钝化层(2)、发射极(3)、N型晶体硅基体(1)、背面钝化层(5)以及背面电极(7)，其特征在于，所述正面钝化层(2)包括与所述发射极(3)直接接触的氧化镓层(21)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述氧化镓层(21)的厚度为1纳米～120纳米。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述氧化镓层(21)的厚度为10纳米～60纳米。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述正面钝化层(2)还包括设置在所述氧化镓层(21)上的覆盖层(22)，所述覆盖层(22)包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种，所述覆盖层(22)的厚度为10纳米～120纳米。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括：设置在所述N型晶体硅基体(1)的背面的N型掺杂层(41)；
所述背面钝化层(5)设置在所述N型掺杂层(41)上，所述背面电极(7)穿过所述背面钝化层(5)与所述N型掺杂层(41)形成欧姆接触；
所述背面钝化层(5)包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种，所述背面钝化层(5)的厚度为30纳米～200纳米。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括：设置在所述N型晶体硅基体(1)的背面的隧穿氧化层(42)以及设置在所述隧穿氧化层(42)上的掺杂硅层(43)；所述掺杂硅层(43)的掺杂源为第V族元素；
所述背面钝化层(5)设置在所述掺杂硅层(43)上，所述背面电极(7)穿过所述背面钝化层(5)与所述掺杂硅层(43)形成欧姆接触；
所述背面钝化层(5)包括氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层及碳化硅层中的至少一种；
所述隧穿氧化层(42)的厚度为0.5纳米～6纳米，所述掺杂硅层(43)的厚度为10纳米～1000纳米，所述背面钝化层(5)的厚度为60纳米～120纳米。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂硅层(43)为掺杂非晶硅层或掺杂多晶硅层。
8.一种光伏组件，包括依次设置的盖板、第一封装胶膜，电池串、第二封装胶膜和背板，所述电池串包括多个太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为权利要求1～7任一项所述的N型晶体硅太阳能电池。
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