CN218548445U - 一种晶体硅太阳电池用膜层结构及晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光伏技术领域，公开了一种晶体硅太阳电池用膜层结构及晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，该膜层结构，包括晶硅衬底，所述晶硅衬底的前表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构，且晶硅衬底的后表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构；所述载流子选择性层为同质结构或钝化接触结构，且载流子选择性层的导电类型为N型或P型；所述氢含量调控结构包括依次叠设于载流子选择性层表面的用于调控进入载流子选择性层的氢含量的第一氢阻挡层、提供氢的富氢层和阻挡氢逸出至空气中的第二氢阻挡层。该膜层结构通过结构设计来对氢含量进行调控，在大大提高晶体硅太阳电池的钝化性能的同时，还能有效消除氢致衰减。

Description

一种晶体硅太阳电池用膜层结构及晶体硅太阳电池、光伏组 件和光伏系统

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池用膜层结构及晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统。

背景技术

晶体硅的表面存在大量悬挂键，这些悬挂键会增大晶体硅表面的缺陷态密度，进而增大其界面复合，因此需要通过沉积如氮化硅、氧化铝的钝化膜来降低界面复合。钝化主要分为化学钝化和场钝化，钝化膜所带的固定电荷可以诱导晶体硅表面的能带发生弯曲，从而建立电场来排斥少数载流子到达界面并参与复合过程，这称之为场钝化；钝化膜中含有大量的氢(也即[H])，这些[H]可以有效的饱和晶体硅表面的悬挂键，降低其表面的缺陷态密度，这称之为化学钝化；因此，钝化膜中的[H]对于降低晶体硅的表面复合具有重要的作用。

随着太阳电池技术的发展，采用具有钝化接触结构的电池，如具有隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的TOPCon电池(也称钝化接触电池)，又如具有本征非晶硅层和掺杂非晶硅层的异质结(SHJ)电池，备受市场青睐，因此，这些具有钝化接触结构的电池有望成为继P型PERC电池后的主流晶体硅太阳电池。而钝化接触结构自身具有优异的钝化性能，其界面的缺陷态密度极低，故而其界面的复合速率一般小于1cm/s，因此不需要用[H] 来饱和其表面的悬挂键，故而，对具有钝化接触结构的晶体硅太阳电池而言，如氮化硅、氧化铝的钝化膜中存在的大量的[H]会在热过程(如金属浆料的烧结过程)中进入晶体硅的体区。新南威尔士大学(UNSW)最新研究结果显示，过量的[H]会与晶体硅中的硼或者磷结合，从而在光热条件下会形成新的缺陷态或复合中心，进而会导致晶体硅太阳电池的效率发生衰减，这称之为“光热衰减”(也即LeTID)，由于LeTID和过量的[H]有直接的关系，因此也被称之为“氢致衰减”。

产业化晶体硅太阳电池中的金属电极主要是依次通过金属浆料的丝网印刷以及快速烧结形成。研究显示，如SiN_x的钝化膜中的[H]含量一般为10²²cm^-3，在金属浆料的高温烧结过程中，如SiN_x的钝化膜中分解的[H]含量为10¹⁶cm^-3，分解中的[H]有1/10进入到晶体硅中，因此趋入到晶体硅中的[H]的总含量为10¹⁵cm^-3，而N型晶体硅中的体缺陷一般低于10¹¹cm^-3，因此，部分趋入的[H]可以钝化晶体硅中的缺陷，而部分“过量”的[H]会在晶体硅中产生新的复合中心，诱发形成LeTID，从而导致晶体硅太阳电池的效率严重下降。而且，多项LeTID研究证明，晶体硅中过量的[H]是导致LeTID的主要原因，从单层的氮化硅和氧化铝、以及氧化铝/氮化硅的叠层膜释放的[H]含量与晶体硅太阳电池的效率衰减程度之间存在正相关关系。

基于此，现有技术，如公开号CN216161746U提供的一种太阳电池的膜层结构，其通过在P型晶硅衬底上远离N型发射极的方向依次设置第四钝化层和第五钝化层，来使电池具有抗抗LeTID特性。然而，在晶体硅太阳电池中，钝化膜除钝化性能外，还具有减反射作用，其需要特定厚度的膜厚来实现最佳的减反射效果，如产业化SiN_x的最佳减反射的厚度为70～80nm；而且，钝化膜属于绝缘材料，其厚度的变化也会影响到金属电极与硅的接触性能；因此，在晶体硅太阳电池中，钝化膜的厚度通常是固定的，通过调控钝化膜的厚度来调控[H]含量不具备可行性，其调控效果较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种晶体硅太阳电池用膜层结构及晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，其通过结构设计来对氢含量进行调控，在大大提高晶体硅太阳电池的钝化性能的同时，还能有效消除氢致衰减。

基于此，本实用新型公开了一种晶体硅太阳电池用膜层结构，包括晶硅衬底，所述晶硅衬底的前表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构，且晶硅衬底的后表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构；所述载流子选择性层为同质结构或钝化接触结构，且载流子选择性层的导电类型为N型或P型；所述氢含量调控结构包括依次叠设于载流子选择性层表面的用于调控进入载流子选择性层的氢含量的第一氢阻挡层、提供氢的富氢层和阻挡氢逸出至空气中的第二氢阻挡层。

优选地，所述第一氢阻挡层和第二氢阻挡层为通过物理气相沉积法形成的本征非晶硅层或本征多晶硅层。

进一步优选地，所述载流子选择性层为同质结构时，所述第一氢阻挡层的厚度小于第二氢阻挡层的厚度。

进一步优选地，所述载流子选择性层为钝化接触结构时，所述第一氢阻挡层的厚度大于第二氢阻挡层的厚度。

进一步优选地，所述第一氢阻挡层和第二氢阻挡层的厚度均小于或等于100nm。

优选地，所述富氢层为氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化钛膜中的一种膜或多种膜形成的叠层结构；所述富氢层的总厚度为50～150nm。

优选地，所述同质结构为通过热扩散或离子注入法形成的单晶掺杂层；所述单晶掺杂层的导电类型为P型或N型，单晶掺杂层的方阻值为10～500Ω/sq、结深为0.3～3μm。

优选地，所述钝化接触结构包括隧穿氧化层和叠设于隧穿氧化层表面的重掺杂多晶硅层。

进一步优选地，所述隧穿氧化层的材质为氧化硅、氧化钛或氧化铝，隧穿氧化层的厚度为0.5～3.0nm；

所述重掺杂多晶硅层的导电类型为N型或P型，重掺杂多晶硅层的厚度为30～600nm、掺杂浓度为0.1～8.0E+20cm^-3。

优选地，所述晶硅衬底为N型晶硅衬底。

本实用新型还公开了一种晶体硅太阳电池，包括本实用新型内容上述所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，以及与载流子选择性层形成欧姆接触的金属电极。

本实用新型还公开了一种光伏组件，包括由上至下依次设置的前板、正面封装层、电池、背面封装层和背板，所述电池是本实用新型内容上述所述的一种晶体硅太阳电池。

本实用新型还公开了一种光伏系统，包括一个或一个以上的光伏组件，所述光伏组件是本实用新型内容上述所述的一种光伏组件。

与现有技术相比，本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型的晶体硅太阳电池用膜层结构具备如下优点：1)对于界面具备良好钝化性能的晶体硅，如界面缺陷态较低的钝化接触结构，其所需的[H]较少，因此将第一氢阻挡层置于钝化接触结构和富氢层之间，可以吸收并阻挡大部分的氢进入晶体硅的界面和体区，不致导致“氢致衰减”；2)对于界面钝化不足的晶体硅，如界面缺陷态较高的同质结构(例如，重掺杂发射极或者背表面场)，其所需的[H]较多，烧结的过程中有9/10 的氢会从富氢层中逸出到空气中，因此，将第二氢阻挡层置于富氢层之上，可以吸收并阻挡氢逸出到空气中，进而有效降低其缺陷态密度，提高钝化性能。因此，本实用新型的晶体硅太阳电池用膜层结构，其通过在载流子选择性层(为同质结构或钝化接触结构) 上配合设置该氢含量调控结构，来对氢含量进行调控，既能大大提高晶体硅太阳电池的钝化性能，还能达到有效消除钝化接触的晶体硅太阳电池的氢致衰减的目的，能大大提高晶体硅太阳电池的可靠性，并对晶体硅太阳电池的效率提升具有重要的意义。

附图说明

图1是本实用新型的一种晶体硅太阳电池用膜层结构的前表面的氢含量调控结构的截面结构示意图。

图2是实施例2的实验组样品1的截面结构示意图。

图3是实施例3的实验组样品2的截面结构示意图。

图4是实施例4的实验组样品3的截面结构示意图。

图5是对比例1的标准对照组样品1的截面结构示意图。

图6是对比例2的标准对照组样品2的截面结构示意图。

图7是对比例3的标准对照组样品3的截面结构示意图。

图8是对比例1和实施例2的样品的钝化性能测试数据图。

图9是对比例2和实施例3的样品的钝化性能测试数据图。

图10是对比例3和实施例4的样品的钝化性能测试数据图。

图11是对比例3和实施例4的样品的功率随LeTID循环增加而相对初始值的变化图。

附图标号说明：晶硅衬底11，第一载流子选择性层12，隧穿氧化层131，掺杂多晶硅层132，氧化铝膜14；富氢层15；第一氢阻挡层161；第二氢阻挡层162。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，参见图1-4，包括晶硅衬底1，晶硅衬底1的前表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构，且晶硅衬底1的后表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构。

其中，载流子选择性层为同质结构或钝化接触结构，且载流子选择性层的导电类型为N型或P型。

具体地，本实施例中的同质结构为采用热扩散或离子注入法制得的单晶掺杂层。该单晶掺杂层的导电类型为P型或N型，且该单晶掺杂层的方阻值为10～500Ω/sq、结深为0.3～3μm。相比钝化接触结构，该同质结构的钝化性能较差，且其表面的缺陷态密度较高。

具体地，本实施例中的钝化接触结构包括隧穿氧化层131和叠设于隧穿氧化层131表面(隧穿氧化层131表面是指隧穿氧化层131的前表面和/或后表面)的重掺杂多晶硅层132。该隧穿氧化层131的材质为氧化硅、氧化钛或氧化铝，且该隧穿氧化层131的厚度为0.5～3.0nm。该重掺杂多晶硅层132的导电类型为N型或P型，且该重掺杂多晶硅层132的厚度为30～600nm、掺杂浓度为0.1～8.0E+20cm^-3。该钝化接触结构本身具有较好的钝化性能，且其界面的缺陷态密度较低。

无论是上述的同质结构，还是钝化接触结构，均能与晶体硅太阳电池中的金属电极形成良好的欧姆接触，具有良好的导电性能。

对晶体硅太阳电池而言，通过设置合适的结构，来调控晶体硅的界面和体区的[H]含量，以在保证界面钝化的前提下，控制合适含量的[H]扩散至晶体硅，以防发生氢致衰减及电池效率降低，这对提高钝化性能、防止发生氢致衰减及电池效率降低均具有重要的意义。

基于此，本实施例中的氢含量调控结构包括依次叠设于载流子选择性层表面的第一氢阻挡层161、富氢层15和第二氢阻挡层162；第一氢阻挡层161用于调控进入载流子选择性层的氢含量，第二氢阻挡层162用于阻挡氢逸出至空气中。

具体地，富氢层15用于提供氢，该富氢层15为氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化钛膜中的一种膜或多种膜形成的叠层结构，且该富氢层15的总厚度为50～150nm。

申请人经测试发现，通过如磁控溅射、热蒸发、电子束沉积的物理气相沉积(PVD)法形成的本征硅薄层(即未进行掺杂的本征非晶硅或本征多晶硅层)中，存在大量的悬挂键，其悬挂键的密度达到10¹⁹～10²⁰cm^-3，可以吸附大量的[H]来饱和其悬挂键，也可以阻挡[H]的流动，是天然的[H]储存结构和[H]阻挡结构。此外，PVD法沉积的本征硅薄层和晶硅衬底1一样，均属于半导体，改变其厚度不会影响金属浆料的烧结特性、接触性能以及钝化膜的减反射作用。基于此，本实施例中的第一氢阻挡层161和第二氢阻挡层 162为采用物理气相沉积法制备的本征非晶硅层或本征多晶硅层。

进一步，申请人还通过调控采用PVD法形成的本征硅薄层的厚度来实现对晶体硅的界面和体区中的[H]含量的调控。具体为：该第一氢阻挡层161和第二氢阻挡层162的厚度均小于或等于100nm，通过对第一氢阻挡层161和第二氢阻挡层162的厚度限定，一方面，能防止因第一氢阻挡层161和第二氢阻挡层162的厚度过大而带来的对载流子选择性层的缺陷态密度降低效果不明显的缺陷，以确保载流子选择性层的钝化性能；另一方面，能防止因第一氢阻挡层161和第二氢阻挡层162的厚度过小而致使过量的氢进入载流子选择性层中形成新的缺陷态或复合中心进而导致出现严重的氢致衰减。

更进一步，申请人还通过调控采用PVD法形成的本征硅薄层的厚度来进一步实现对晶体硅的界面和体区中的[H]含量的精确调控，使晶体硅具有更好的钝化性能，并能有效消除氢致衰减。具体为：当载流子选择性层为同质结构时，使第一氢阻挡层161的厚度小于第二氢阻挡层162的厚度；此时，厚度较大的第二氢阻挡层162能更好地吸附并阻挡富氢层15中的氢逸出至空气中，能将更多的氢保留在该晶体硅太阳电池用膜层结构中，而且，由于该第一氢阻挡层161的厚度较小，该厚度较小的第一氢阻挡层161对氢的阻挡效果不如厚度较大的第二氢阻挡层162，所以，有更多保留下来的氢能穿过厚度较小的第一氢阻挡层161而进入表面缺陷态密度较高的同质结构中，进而能大大降低同质结构的缺陷态密度，大大提高其钝化性能。而当载流子选择性层为钝化接触结构时，第一氢阻挡层161的厚度大于第二氢阻挡层162的厚度；此时，厚度较小的第二氢阻挡层162 仅能吸附并阻挡富氢层15中的小部分的氢逸出至空气中，因此，仅较少量的氢会保留在该晶体硅太阳电池用膜层结构中，而且，由于该第一氢阻挡层161的厚度较大，该厚度较大的第一氢阻挡层161对氢的阻挡效果比厚度较小的第二氢阻挡层162更好，所以，仅有更少量的保留下来的氢会穿过厚度较大的第一氢阻挡层161而进入表面缺陷态密度较低的钝化接触结构中，进而能有效避免因过量的氢进入钝化接触结构中形成新的缺陷态或复合中心，进而能有效避免其出现氢致衰减。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构具备如下优点：1)对于界面具备良好钝化性能的晶体硅，如界面缺陷态较低的钝化接触结构，其所需的[H]较少，因此将第一氢阻挡层161置于钝化接触结构和富氢层15之间，可以吸收并阻挡大部分的氢进入晶体硅的界面和体区，不致导致“氢致衰减”；2)对于界面钝化不足的晶体硅，如界面缺陷态较高的同质结构(例如，重掺杂发射极或者背表面场)，其所需的[H]较多，烧结的过程中有9/10 的氢会从富氢层15中逸出到空气中，因此，将第二氢阻挡层162置于富氢层15之上，可以吸收并阻挡氢逸出到空气中，进而有效降低其缺陷态密度，提高钝化性能。因此，本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其通过在载流子选择性层(为同质结构或钝化接触结构)上配合设置该氢含量调控结构，来对氢含量进行调控，既能大大提高晶体硅太阳电池的钝化性能，还能达到有效消除钝化接触的晶体硅太阳电池的氢致衰减的目的，能大大提高晶体硅太阳电池的可靠性，并对晶体硅太阳电池的效率提升具有重要的意义。

此外，申请人经测试发现，相比P型晶硅衬底，该氢含量调控结构对采用N型晶体硅衬底的晶体硅太阳电池用膜层结构的氢含量调控效果更好，故而能达到更优的钝化性能，并能更好的消除氢致衰减。因此，该晶硅衬底1优选为N型晶硅衬底，此时，N型晶硅衬底的前表面的载流子选择性层的导电类型为P型，而N型晶硅衬底的后表面的载流子选择性层的导电类型为N型。

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构的制备方法，包括如下制备步骤：

步骤一、在晶硅衬底1的前表面和后表面上均制备载流子选择性层；

步骤二、在晶硅衬底1的前表面和后表面的载流子选择性层上均制备氢含量调控结构，即得该晶体硅太阳电池用膜层结构。

本实施例的一种晶体硅太阳电池，包括本实施例上述所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，以及与载流子选择性层形成欧姆接触的金属电极。如此，将该晶体硅太阳电池用膜层结构应用于晶体硅太阳电池中，以大大提高该太阳电池的钝化性能，并有效消除太阳电池的氢致衰减，进而有效提高采用该太阳电池所制得的光伏组件在长期使用过程中的可靠性和电池效率。

本实施例的一种光伏组件，包括由上至下依次设置的前板、正面封装层、电池、背面封装层和背板，所述电池是本实施例上述所述的一种晶体硅太阳电池。

本实施例还公开了一种光伏系统，包括一个或一个以上的光伏组件，所述光伏组件是本实施例上述所述的一种光伏组件。

实施例2

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构及其制备方法、晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其结构及制备方法，具体包括：

步骤一、制备载流子选择性层

在晶硅衬底1的前表面和后表面上制备第二载流子选择性层：选择电阻率为 0.3～5.0Ω·cm、厚度为160μm的N型单晶硅作为衬底，将晶硅衬底1进行去损伤层处理并抛光，接着在晶硅衬底1的前表面和后表面上均形成第二载流子选择性层。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构中，第二载流子选择性层包括依次沉积于晶硅衬底1表面的隧穿氧化层131和掺杂多晶硅层132；隧穿氧化层131为氧化硅层，且隧穿氧化层131的厚度为1.0～2.0nm；掺杂多晶硅层132为100～150nm厚度的磷掺杂多晶硅层，且磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度为2.0～3.0E+20cm^-3。

步骤二、制备晶体硅太阳电池用膜层结构

在晶硅衬底1的前表面和后表面的第二载流子选择性层上均先后沉积第一氢阻挡层 161、富氢层15和第二氢阻挡层162。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构中，第一氢阻挡层161为采用物理气相沉积 (PVD)法所得的厚度为20nm的本征硅薄层，富氢层15为60～85nm厚度的氮化硅膜，第二氢阻挡层162则为PVD法沉积的5nm厚度的本征硅薄层。即得如图2所示的本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构，简称实验组样品1。

实施例3

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构及其制备方法、晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其结构及制备方法，具体包括：

步骤一、制备载流子选择性层

在单晶硅衬底1的前表面和后表面上制备第一载流子选择性层12：选择电阻率为0.3～5.0Ω·cm、厚度为160μm的N型单晶硅作为衬底，将晶硅衬底1进行去损伤层处理并制绒，接着将晶硅衬底1置于硼扩散炉中进行硼掺杂，以在晶硅衬底1的前表面和后表面上均形成第一载流子选择性层12。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构中，该第一载流子选择性层12为P型单晶掺杂层，且P型单晶掺杂层的方阻为100～150Ω/sq。

步骤二、制备晶体硅太阳电池用膜层结构

在晶硅衬底1的前表面和后表面的第一载流子选择性层12上，先采用ALD法沉积0.5～5.0nm厚度的氧化铝膜14，然后依次沉积第一氢阻挡层161、富氢层15和第二氢阻挡层162。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构中，第一氢阻挡层161为PVD法沉积的5nm厚度的本征硅薄层，富氢层15为60～85nm厚度的氮化硅膜，第二氢阻挡层162162则为 PVD法沉积的30nm厚度的本征硅薄层。即得如图3所示的本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构，简称实验组样品2。

实施例4

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构及其制备方法、晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：

本实施例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其结构及制备方法，具体包括：

步骤一、制备载流子选择性层

在单晶硅衬底1的前表面和后表面上分别制备第一载流子选择性层12和第二载流子选择性层：选择电阻率为0.3～5.0Ω·cm、厚度为160μm的N型单晶硅作为衬底，将晶硅衬底1进行去损伤层处理并制绒，接着将晶硅衬底1置于硼扩散炉中进行硼掺杂，以在晶硅衬底1的前表面和后表面上均形成第一载流子选择性层12。本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构中，该第一载流子选择性层12为P型单晶掺杂层，且P型单晶掺杂层的方阻为100～150Ω/sq。

然后通过刻蚀去除晶硅衬底1后表面的第一载流子选择性层12，再在晶硅衬底1的后表面上制备第二载流子选择性层。本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构中，该第二载流子选择性层包括依次沉积于晶硅衬底1后表面的隧穿氧化层131和掺杂多晶硅层132；隧穿氧化层131为氧化硅层，且隧穿氧化层131的厚度为1.0～2.0nm；掺杂多晶硅层132 为100～150nm厚度的磷掺杂多晶硅层，且磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度为2.0～3.0E+20cm^-3。

步骤二、制备晶体硅太阳电池用膜层结构

在晶硅衬底1的前表面的第一载流子选择性层12上，先采用ALD法沉积0.5～5.0nm厚度的氧化铝膜14，然后依次沉积第一氢阻挡层161、富氢层15和第二氢阻挡层162，即得位于第一载流子选择性层12前表面的氢含量调控结构。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构，该位于第一载流子选择性层12前表面的氢含量调控结构中，第一氢阻挡层161为PVD法沉积的5nm厚度的本征硅薄层，富氢层 15为60～85nm厚度的氮化硅膜，第二氢阻挡层162则为PVD法沉积的30nm厚度的本征硅薄层。

然后，在晶硅衬底1的后表面的第二载流子选择性层上先后沉积第一氢阻挡层161、富氢层15和第二氢阻挡层162，即得位于第二载流子选择性层后表面的氢含量调控结构。

本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构，该位于第二载流子选择性层后表面的氢含量调控结构中，第一氢阻挡层161为PVD法制备的厚度为20nm的本征硅薄层，富氢层 15为60～85nm厚度的氮化硅膜，第二氢阻挡层162则为PVD法沉积的5nm厚度的本征硅薄层。即得如图4所示的本实施例的晶体硅太阳电池用膜层结构，简称实验组样品3。

对比例1

本对比例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构及其制备方法、晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，均参照实施例2，其与实施例2的区别在于：

在制备载流子选择性层之后，采用等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)在晶硅衬底1的前表面和后表面的第二载流子选择性层上均沉积能作为富氢层15的钝化膜；该钝化膜为氮化硅膜，该氮化硅膜的总厚度为60～85nm。即得图5所示的本对比例的晶体硅太阳电池用膜层结构，简称标准对照组样品1。

对比例2

本对比例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构及其制备方法、晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，均参照实施例3，其与实施例3的区别在于：

在制备载流子选择性层之后，在晶硅衬底1的前表面和后表面的第一载流子选择性层12上均沉积钝化膜；该钝化膜为依次沉积于第一载流子选择性层12表面的氧化铝膜14和氮化硅膜，其具体沉积过程为：先采用原子层沉积法(ALD)沉积0.5～5.0nm厚度的氧化铝膜14，然后采用PECVD法沉积60～85nm厚度的氮化硅膜，该氮化硅膜作为富氢层15。即得如图6所示的本对比例的晶体硅太阳电池用膜层结构，简称标准对照组样品2。

对比例3

本对比例的一种晶体硅太阳电池用膜层结构及其制备方法、晶体硅太阳电池、光伏组件和光伏系统，均参照实施例4，其与实施例4的区别在于：

在制备载流子选择性层之后，先在晶硅衬底1的前表面的第一载流子选择性层12上沉积钝化膜；该钝化膜为依次沉积于第一载流子选择性层12前表面的氧化铝膜14和氮化硅膜，其具体沉积过程为：先采用ALD法沉积0.5～5.0nm厚度的氧化铝膜14，然后采用PECVD法沉积60～85nm厚度的氮化硅膜，该氮化硅膜作为富氢层15。

然后，在晶硅衬底1的后表面的第二载流子选择性层上沉积钝化膜；该钝化膜为采用PECVD法沉积的厚度为60～85nm的氮化硅膜，该氮化硅膜作为富氢层15。即得如图7所示的本对比例的晶体硅太阳电池用膜层结构，简称标准对照组样品3。

性能测试

1、实施例2和对比例1的晶体硅太阳电池用膜层结构的钝化性能测试：

样品制备完成后，为了进一步说明实施例2所得的晶体硅太阳电池用膜层结构(即实验组样品1)对晶体硅中氢含量的调控作用，采用Sinton WCT-120少子寿命测试仪设备，分别测试标准对照组样品1和实验组样品1在高温烧结前后的钝化性能，钝化性能一般采用隐开路电压(i-V_oc)表示，其数据结果如图8所示。

可见，两组样品在烧结前的隐开路电压i-V_oc相同，均为735mV。但无氢含量调控结构的标准对照组样品1(即对比例1的晶体硅太阳电池用膜层结构)在烧结后的i-V_oc降低了5mV；可知，在烧结过程中，钝化膜中过量的氢进入了其晶体硅-钝化接触结构(即第二载流子选择性层)的表面和体区，导致在钝化接触结构体区形成了新的缺陷态或复合中心，故而标准对照组样品1的钝化性能出现了光热衰减。

而有氢含量调控结构的实验组样品2(即实施例2的晶体硅太阳电池用膜层结构)，在烧结后的i-V_oc升高了7mV；这证明实施例2的晶体硅太阳电池用膜层结构中，该氢含量调控结构能有效控制从富氢层15进入晶体硅钝化接触结构(即第二载流子选择性层) 的界面和体区的[H]含量，从而有效提升了N型钝化接触结构的钝化效果，并有效避免了光热衰减，进而能有效提升晶体硅太阳电池的可靠性和电池效率。

2、实施例3和对比例2的晶体硅太阳电池用膜层结构的钝化性能测试：

样品制备完成后，为了进一步说明实施例3所得的晶体硅太阳电池用膜层结构(即实验组样品2)对晶体硅中氢含量的调控作用，采用Sinton WCT-120少子寿命测试仪设备，分别测试标准对照组样品2和实验组样品2在高温烧结前后的钝化性能，钝化性能一般采用隐开路电压(i-V_oc)表示，其数据结果如图9所示。

可见，两组样品在烧结前的隐开路电压i-V_oc相同，均为701mV。但无氢含量调控结构的标准对照组样品2(即对比例2的晶体硅太阳电池用膜层结构)在烧结后的i-V_oc仅升高了3mV；而有氢含量调控结构的实验组样品2(即实施例3的晶体硅太阳电池用膜层结构)，在烧结后的i-V_oc升高了9mV。

可知，硼扩散的发射极-P型单晶掺杂层(即第一载流子选择性层12)不属于钝化接触结构，故而其表面存在大量的缺陷态密度，需要大量的氢进行钝化，没有氢含量调控结构的标准对照组样品2，在烧结过程中，其钝化膜中的氢90％逸至空气中，因此，其缺陷态密度降低效果有限，故而该标准对照组样品2的钝化性能较差。

而本实施例3的有氢含量调控结构的实验组样品2中，该氢含量调控结构有效阻挡富氧层的氢逸出至空气中，可以大量钝化P型单晶掺杂层表面的缺陷态，进而有效降低其缺陷态密度，提高钝化性能；这证明了实施例3的晶体硅太阳电池用膜层结构中，该氢含量调控结构能有效控制从富氢层15到晶体硅的界面和体区的[H]含量，从而有效提升了P型单晶掺杂层的钝化效果。

3、实施例4和对比例3的晶体硅太阳电池用膜层结构的钝化性能测试：

样品制备完成后，为了进一步说明实施例4所得的晶体硅太阳电池用膜层结构(即实验组样品3)对晶体硅中氢含量的调控作用，采用Sinton WCT-120少子寿命测试仪设备，分别测试标准对照组样品2和实验组样品2在高温烧结前后的的钝化性能，钝化性能一般采用隐开路电压(i-V_oc)表示，其数据结果如图10所示。

可见，两组样品在烧结前的隐开路电压i-V_oc相同，均为712mV。但无氢含量调控结构的标准对照组样品3(即对比例3的晶体硅太阳电池用膜层结构)在烧结后的i-V_oc仅升高至714mV(升高了2mV)；而有氢含量调控结构的实验组样品3(即实施例4的晶体硅太阳电池用膜层结构)，在烧结后的i-V_oc升高至721mV(升高了7mV)。证明实施例4的晶体硅太阳电池用膜层结构中，该氢含量调控结构能有效控制从富氢层15到晶体硅的界面和体区的[H]含量，从而有效提升了TOPCon电池的钝化效果。

4、实施例4和对比例3的晶体硅太阳电池用膜层结构的光热衰减测试：

为了进一步说明实施例4所得的晶体硅太阳电池用膜层结构(即实验组样品3)中的氢含量调控结构对晶体硅中氢含量的调控作用，分别将金属化后的标准对照组样品3和实验组样品3的电池片封装成光伏组件，对光伏组件进行4轮光热衰减LeTID循环测试，测定光伏组件的功率相对初始值的变化；其中，每轮LeTID的测试时间为162小时，温度为75±3℃，通入电流值为短路电流与最大功率点电流的差值；其测试数据结果如图11 所示。

可见，无氢含量调控结构的标准对照组样品3在2～3轮LeTID后的功率较初始值降低了0.19％；而有氢含量调控结构的实验组样品3在4轮LeTID后的功率较初始值稳定增加了0.52％。证明本实用新型的晶体硅太阳电池用膜层结构中的氢含量调控结构能达到消除钝化接触太阳电池氢致衰减的目的，提高了电池和光伏组件的可靠性，并能提高光伏组件的发电效率。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (13)

1.一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，包括晶硅衬底，所述晶硅衬底的前表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构，且晶硅衬底的后表面依次设有载流子选择性层和氢含量调控结构；所述载流子选择性层为同质结构或钝化接触结构，且载流子选择性层的导电类型为N型或P型；所述氢含量调控结构包括依次叠设于载流子选择性层表面的用于调控进入载流子选择性层的氢含量的第一氢阻挡层、提供氢的富氢层和阻挡氢逸出至空气中的第二氢阻挡层。

2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述第一氢阻挡层和第二氢阻挡层为通过物理气相沉积法形成的本征非晶硅层或本征多晶硅层。

3.根据权利要求2所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述载流子选择性层为同质结构时，所述第一氢阻挡层的厚度小于第二氢阻挡层的厚度。

4.根据权利要求2所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述载流子选择性层为钝化接触结构时，所述第一氢阻挡层的厚度大于第二氢阻挡层的厚度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述第一氢阻挡层和第二氢阻挡层的厚度均小于或等于100nm。

6.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述富氢层为氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化钛膜中的一种膜或多种膜形成的叠层结构；所述富氢层的总厚度为50～150nm。

7.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述同质结构为通过热扩散或离子注入法形成的单晶掺杂层；所述单晶掺杂层的导电类型为P型或N型，单晶掺杂层的方阻值为10～500Ω/sq、结深为0.3～3μm。

8.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述钝化接触结构包括隧穿氧化层和叠设于隧穿氧化层表面的重掺杂多晶硅层。

9.根据权利要求8所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述隧穿氧化层的材质为氧化硅、氧化钛或氧化铝，隧穿氧化层的厚度为0.5～3.0nm；

所述重掺杂多晶硅层的导电类型为N型或P型，重掺杂多晶硅层的厚度为30～600nm。

10.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，其特征在于，所述晶硅衬底为N型晶硅衬底。

11.一种晶体硅太阳电池，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的一种晶体硅太阳电池用膜层结构，以及与载流子选择性层形成欧姆接触的金属电极。

12.一种光伏组件，包括由上至下依次设置的前板、正面封装层、电池、背面封装层和背板，其特征在于：所述电池是权利要求11所述的一种晶体硅太阳电池。

13.一种光伏系统，包括一个或一个以上的光伏组件，其特征在于：所述光伏组件是权利要求12所述的一种光伏组件。

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