CN114744055B - 一种太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏*** - Google Patents

一种太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏*** Download PDF

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Abstract

本申请适用于太阳能电池技术领域，提供了一种太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏***。太阳能电池的接触结构包括：设置在硅衬底上的掺杂区；设置在掺杂区上的表面钝化层，表面钝化层上设有第一开口区域；设置在第一开口区域上的功能层，功能层上设有第二开口区域；及设置在第二开口区域上的金属电极。如此，功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。

Description

一种太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏***
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏***。
背景技术
太阳能电池发电为一种可持续的清洁能源来源，其利用半导体p-n结的光生伏特效应可以将太阳光转化成电能。
相关技术中的太阳能电池通常在透明导电薄膜上设置金属电极，以提高传导至金属电极的电流输出量。具体地，太阳能电池内部的光生载流子可先经过透明导电薄膜再流至金属电极，从而减少光生载流子在电池内部的停留时间，可以更有效地进行电流的输出。然而如此，金属电极和透明导电薄膜之间的附着性较差，金属电极容易脱离太阳能电池。
基于此，如何设计太阳能电池的接触结构以提高金属电极的附着性，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供一种太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏***，旨在解决如何设计太阳能电池的接触结构以提高金属电极的附着性的问题。
第一方面，本申请提供一种太阳能电池的接触结构。太阳能电池的接触结构包括：
设置在硅衬底上的掺杂区；
设置在掺杂区上的表面钝化层，所述表面钝化层上设有第一开口区域；
设置在所述第一开口区域上的功能层，所述功能层上设有第二开口区域；及
设置在所述第二开口区域上的金属电极。
第二方面，本申请提供一种太阳能电池。所述太阳能电池为背接触电池，所述背接触电池包括硅衬底、第一接触区和第二接触区，所述第一接触区和所述第二接触区极性相反且交替设置在所述硅衬底背面，所述第一接触区和/或所述第二接触区采用上述任一项的接触结构。
第三方面，本申请提供一种太阳能电池。所述太阳能电池为双面接触电池，所述双面接触电池包括硅衬底、第三接触区和第四接触区，所述第三接触区和所述第四接触区极性相反且分别设置在所述硅衬底正面和背面，所述第三接触区和/或所述第四接触区采用上述任一项的接触结构。
第四方面，本申请提供的电池组件包括上述任一项所述的太阳能电池。
第五方面，本申请提供的光伏***包括上述任一项所述的电池组件。
本申请实施例的太阳能电池及其接触结构、电池组件和光伏***中，由于在表面钝化层开设的第一开口区域设置功能层并在功能层开设的第二开口区域设置金属电极，故功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。
附图说明
图1是本申请一实施例的太阳能电池的结构示意图；
图2是本申请另一实施例的太阳能电池的结构示意图；
图3-6是本申请各实施例的太阳能电池的接触结构的结构示意图。
主要元件符号说明：
背接触电池1001、双面接触电池1002、接触结构100、硅衬底101、掺杂区10、第一掺杂层11、第一钝化层12、第二掺杂层13、第二钝化层14、第三掺杂层15、表面钝化层20、第一开口区域21、功能层30、第二开口区域31、金属电极40、第一导电部41、第二导电部42。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相关技术中金属电极的附着性较差，本申请由于在表面钝化层开设的第一开口区域设置功能层并在功能层开设的第二开口区域设置金属电极，故功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。
实施例一
本申请实施例的光伏***包括实施例二的电池组件。
本申请实施例的光伏***中，由于电池组件中的太阳能电池的接触结构在表面钝化层开设的第一开口区域设置功能层并在功能层开设的第二开口区域设置金属电极，故功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。
具体地，光伏***还可包括连接电池组件的汇流箱和连接汇流箱的逆变器。可以理解，电池组件将太阳能转变成直流电流，经汇流箱汇流，经逆变器的直流和交流逆变后，确定光伏***接入电站的电压等级，由变压器升压后，介入中压或高压电网。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例二
本申请实施例的电池组件包括实施例三或实施例四的太阳能电池。
本申请实施例的电池组件中，由于太阳能电池的接触结构在表面钝化层开设的第一开口区域设置功能层并在功能层开设的第二开口区域设置金属电极，故功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。
具体地，电池组件还可包括光伏玻璃、粘合胶体、焊带、背板、硅胶和接线盒。光伏玻璃的透光率可大于92％。粘合胶体包括但不限于EVA或POE，粘合胶体的透光性能和耐老化性能较好，将光伏玻璃和太阳能电池粘合为一体。焊带可为铜质焊带，用来串联太阳能电池，疏导电流。背板位于太阳能电池的背面，对太阳能电池起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性。硅胶可以密封光伏玻璃和太阳能电池，防水防潮、粘结电池组件和边框，保护电池组件减少外力的冲击。接线盒可连接并保护电池组件，并将电池组件产生的电流传导出来供用户使用。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例三
请参阅图1，本申请实施例的太阳能电池为背接触电池1001，背接触电池1001包括硅衬底101、第一接触区110和第二接触区120，第一接触区110和第二接触区120极性相反且交替设置在硅衬底101背面，第一接触区110和/或第二接触区120采用实施例五的接触结构100。
本申请实施例的太阳能电池，由于接触结构100在表面钝化层开设的第一开口区域设置功能层并在功能层开设的第二开口区域设置金属电极，故功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。
具体地，硅衬底101的正面可设有正面表面钝化层。关于该部分的解释和说明可参照后文关于表面钝化层的描述，为避免冗余，在此不再赘述。
具体地，在图1的示例中，第一接触区110和第二接触区120均采用实施例五中的接触结构100。
具体地，第一接触区110和第二接触区120中的一个为P型接触区，另一个为N型接触区。
可以理解，在其他的示例中，可第一接触区110采用实施例五中的接触结构100，第二接触区120不采用实施例五中的接触结构100；也可第一接触区110不采用实施例五中的接触结构100，第二接触区120采用实施例五中的接触结构100。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例四
请参阅图2，本申请实施例的太阳能电池为双面接触电池1002，双面接触电池1002包括硅衬底101、第三接触区130和第四接触区140，第三接触区130和第四接触区140极性相反且分别设置在硅衬底101正面和背面，第三接触区130和/或第四接触区140采用实施例五的接触结构100。
本申请实施例的太阳能电池，由于接触结构100在表面钝化层开设的第一开口区域设置功能层并在功能层开设的第二开口区域设置金属电极，故功能层既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极的制备。而且，这样使得功能层与金属电极粘结更牢固，从而提高金属电极与太阳能电池的附着性。
具体地，硅衬底101的正面可设有正面表面钝化层。关于该部分的解释和说明可参照后文关于表面钝化层的描述，为避免冗余，在此不再赘述。
具体地，在图2的示例中，第三接触区130和第四接触区140均采用实施例五中的接触结构100。
具体地，第三接触区130和第四接触区140中的一个为P型接触区，另一个为N型接触区。
可以理解，在其他的示例中，可第三接触区130采用实施例五中的接触结构100，第四接触区140不采用实施例五中的接触结构100；也可第三接触区130不采用实施例五中的接触结构100，第四接触区140采用实施例五中的接触结构100。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例五
请参阅图3，本申请实施例的太阳能电池的接触结构100包括：设置在硅衬底101上的掺杂区10；设置在掺杂区10上的表面钝化层20，表面钝化层20上设有第一开口区域21；设置在第一开口区域21上的功能层30，功能层30上设有第二开口区域31；及设置在第二开口区域31上的金属电极40。
本申请实施例的太阳能电池的接触结构100，由于在表面钝化层20开设的第一开口区域21设置功能层30并在功能层30开设的第二开口区域31设置金属电极40，故功能层30既可以产生阻挡作用，又可以作为种子实现金属电极40的制备。而且，这样使得功能层30与金属电极40粘结更牢固，从而提高金属电极40与太阳能电池的附着性。
可以理解，功能层30为致密结构，可阻挡金属电极40的扩散，同时该功能层30因具有导电效果，在电镀时，在种子层及功能层共同作用下，电镀效果更好。
具体地，硅衬底101具有在正常工作期间面向太阳正面和背离太阳的背面。正面为太阳能电池的受光面，背面设于硅衬底101背离正面的另一侧。也即是说，正面与背面位于硅衬底101的相反两侧。在本实施例中，硅衬底101为N型的单晶硅片。可以理解，在其他的实施例中，硅衬底101也可以为多晶硅片或准单晶硅片等其他类型的硅片，硅衬底101还可为P型。如此，可根据实际使用需要对硅衬底101进行设置，在此不对硅衬底101的具体形式进行限定。
可选地，硅衬底101的正面可形成有减反射结构。例如，随机金字塔结构、倒金字塔结构、球冠结构、V型槽结构。减反射结构可通过在硅衬底101的正面制绒来形成。如此，可以减少正面对太阳光的反射，提高光电转换效率。
可选地，硅衬底101的背面可为抛光面。例如，碱抛光面、酸抛光面、机械抛光面等。
请参阅图3，可选地，第一开口区域21的宽度为30μm-2000μm。例如为30μm、32μm、50μm、100μm、800μm、1000μm、1300μm、1500μm、2000μm。如此，使得第一开口区域21的宽度处于合适范围，给功能层30和第二开口区域31提供足够的空间。
优选地，第一开口区域21的宽度为800μm-1200μm。例如为800μm、850μm、900μm、960μm、1000μm、1100μm、1150μm、1200μm。
具体地，第一开口区域21可呈长条状，掺杂区10和表面钝化层20围成凹槽；或，表面钝化层20上设有多个间隔的通孔，多个间隔的通孔形成第一开口区域21。
进一步地，凹槽的底面可呈矩形。如此，凹槽的形态较为规律，便于在表面钝化层20上制作凹槽，也便于在凹槽中设置功能层30。可以理解，在其他的实施例中，凹槽的底面也可呈椭圆形、跑道型或其他不规则形状。
具体地，多个间隔的通孔可位于同一直线上。如此，多个通孔的形态较为规律，便于在表面钝化层20上制作通孔，也便于在通孔中设置功能层30。可以理解，在其他的实施例中，多个间隔的通孔也可不位于同一直线上。
请参阅图3，可选地，功能层30包括半导电膜或导电膜。如此，功能层30能够导电，太阳能电池内部产生的光生载流子不仅可以直接流至金属电极40，还可以经过功能层30流至金属电极40，这样可以减少光生载流子在太阳能电池内部的停留时间，从而更有效地进行电流的输出。
具体地，半导电膜为掺杂半导电膜。例如为掺杂多晶硅、掺杂非晶硅、掺杂碳化硅等。
具体地，导电膜为透明导电膜，透明导电膜为ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一种或多种叠层构成。如此，透明导电膜具有高透过性且可以减反射，可以让减少太阳光的损失。这样，有利于提高光电转换效率。
例如，透明导电膜为ITO薄膜；又如，透明导电膜包括层叠的ITO薄膜和AZO薄膜；再如，透明导电膜包括层叠的GZO薄膜、FTO薄膜和IWO薄膜。在此不对导电膜的具体形式进行限定。
可选地，功能层30的厚度小于200nm。例如为0.2nm、1nm、10nm、30nm、50nm、80nm、100nm、150nm、190nm、199nm。如此，使得功能层30的厚度处于合适范围，从而保证功能层30的阻挡作用、种子作用和粘结作用。
优选地，功能层30的厚度范围为80nm-120nm。例如为80nm、85nm、90nm、96nm、100nm、107nm、110nm、120nm。
具体地，功能层30在第一开口区域21除第二开口区域31以外的区域连续分布。如此，使得功能层30与掺杂区10充分接触，有利于充分导出电流。
请参阅图3，可选地，第二开口区域31的面积与第一开口区域21的面积的比值小于0.3。例如为0.1、0.13、0.15、0.18、0.2、0.21、0.225、0.28、0.29。如此，避免第二开口区域31的面积占比过大，从而避免由此导致的功能层30效果较差。
优选地，第二开口区域31的面积与第一开口区域21的面积的比值为0.13-0.17。例如为0.13、0.14、0.15、0.16、0.17。
请参阅图3，可选地，第二开口区域31为连续的凹槽或间隔的通孔。换言之，第二开口区域31呈长条状，掺杂区10和功能层30围成凹槽；或，功能层30上设有多个间隔的通孔，多个间隔的通孔形成第二开口区域31。如此，金属电极40通过功能层30上的凹槽或通孔与掺杂区10接触，实现将电流引出。
具体地，凹槽的底面可呈矩形。如此，凹槽的形态较为规律，便于在功能层30上制作凹槽，也便于在凹槽中设置金属电极40。可以理解，在其他的实施例中，凹槽的底面也可呈椭圆形、跑道型或其他不规则形状。
具体地，多个间隔的通孔可位于同一直线上。如此，多个通孔的形态较为规律，便于在功能层30上制作通孔，也便于在通孔中设置金属电极40。可以理解，在其他的实施例中，多个间隔的通孔也可不位于同一直线上。
具体地，通孔的直径小于50μm。例如为2μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、49μm。
优选地，通孔的直径为20μm-30μm。例如为20μm、22μm、25μm、28μm、30μm。
请参阅图3，可选地，金属电极40包含种子层和金属层，种子层位于金属层与掺杂区之间。如此，种子层可在掺杂区10上形成很多的核中心，避免无种子层情况下，金属的岛状分布，可以使得金属层在第二开口区域31分布得更加均匀。
具体地，金属层为镁、铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和铂中的一种或多种叠层。例如，金属层为铝；又如，金属层为铝和银的叠层；再如，金属层为铝、银、金的叠层。
具体地，金属电极40在第二开口区域31连续分布。如此，使得金属电极40与掺杂区10充分接触，有利于充分引出电流。
具体地，种子层为铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和铂中的一种或多种叠层。例如，种子层为铜；又如，种子层为铜和锡的叠层；再如，种子层为铜、锡、铝的叠层。
具体地，也可种子层为合金材料，种子层包括主组分及强化组分，主组分为波长范围在850-1200之间且平均折射率低于2的一种或多种金属，强化组分包括钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、铬(Cr)、锰(Mn)、钯(Pd)、铋(Bi)、铌(Nb)、钽(Ta)、镤(Pa)、硅(Si)、钒(V)中的任意一种或多种，主组分包括铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、镁(Mg)中的任意一种或多种，主组分的含量为>50％。
如此，由上述的主组分和强化组分融合形成的种子层与金属层和硅衬底均具有较强的结合力，且提升了太阳能电池的陷光效果。
主组分的波长例如为850、880、900、950、1000、1100、1200。主组分的平均折射率例如为1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1。主组分的含量例如为51％、55％、60％、70％、80％、90％、100％。
进一步地，主组分为铝(Al)，含量为≥70％。例如为70％、72％、75％、80％、85％、90％、95％、100％。强化组分为钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)中的一种或多种，含量为≤30％。例如为30％、29％、25％、20％、15％、10％、5％、100％。
现有技术中，通常采用Ni(镍)作为Cu(铜)扩散的阻挡层，同时能很好的粘连硅衬底以及Cu电极，其实现方案大致流程为：准备好镀膜后的硅衬底—激光开膜—电镀Ni—电镀Cu层。但我们在研究过程中发现Ni作为Cu的阻挡层存在一个较大的缺陷，其长波段反射效果较低，降低了电池的陷光效果，进一步降低了电池的转换效率。
Ni+Cu与Ag作为电极材料的电池光学性能对比数据请见下表：
由上表可知，Ni+Cu的组合使得电池的短路电流大幅降低，其中模拟结果中预测，短路电流密度将降低0.75mA/cm2，实验结果降低了1.36mA/cm2的短路电流密度，比理论预测更大。
下面我们对常见的金属陷光效果进行分析：
目前成品电池硅片厚度大约在150um，波长大于850nm的光即可有效穿透此厚度，同时因为Si的禁带宽度为1.12eV，所以波长大于1200nm的光将难以激发电子空穴对，因此我们考虑陷光效果时主要关注850-1200nm波段。下表为不同金属的界面反射率以及2022年2月份查到的市场价格：
由上表可以看到，不同金属之间界面反射率差异较大，其中Ag/Al/Cu/Mg四种金属可以获得相对理想的短路电流结果，用于种子层中都能形成有效的陷光效果；进一步分析：Cu不能应用为种子层，因为种子层一个重要的作用就是阻挡Cu；Mg化学性质过于活泼也不是很好的一种选择；Ag价格则较高，也不是较好的选择；Al则是一个理想的种子层金属，其具有优良的背反射率效果，同时化学性质相对稳定，且其价格低廉，仅为Ag的1/223，Cu的1/3。
但单纯Al金属做为种子层，却引入另外一个问题：Al与其它金属之间的粘连较弱，使用单纯Al作为种子层的技术会使得产品可靠性不达标，产品在冷热交替或者弯曲的情况，或者组件焊接中焊点的应力都会导致Al与外层金属分离，产生脱落，引起失效。
Al与Cu之间结合力差，容易形成成片的栅线掉落。为解决此问题，我们尝试了多种改善方法，例如增加Al/硅衬底接触面积、给样品升温促进金属间互扩散、Al/Cu材料之间***新材料例如TiW等，效果均不理想；最终发现若在Al材料中添加与Cu能形成良好互联的强化组分作为种子层，在Cu电镀之后甚至不需要额外的退火处理，即已形成良好种子层/电镀层交连，大幅提升电镀层的粘附力，最终解决此问题。
其中经实验验证，Ni、Mo、Ti、W这四种强化组分起到明显的粘附力提升效果。
进一步地我们通过表了解到，Ni、Mo、Ti、W这四种材料其反射率偏低，若添加过多，则导致光学性能的降低，其中以W为例，我们简单的假定合金成分的性能为成分的加强平均值，则得到如下表所示的推算结果：
其中当W含量为30％时，其电流损失为0.36mA/cm2，这引起约0.2％的电池转换效率降低，此虽然较大但综合Cu替代Ag带来的成本降低以及对可靠性问题的解决上来看，值得接受，因此认为，强化组分≤30％为推荐值。
进一步地，我们种子层中强化组分的比值可以呈现不均匀分布，这样将获得更佳的性能效果，其原理为：与硅衬底接近的部分降低强化组分的含量，这样可以增强光的反射，而与金属层接触的部分可以相对含有更高的强化组分以提高与金属层的结合力。
下表为不同电极技术的焊接拉力对比：
由上表可以看出，单纯Al种子层其栅线拉力较低，远低于常规的Ag电极，而Al与Cu直接***TiW材料后焊接拉力有所提升，但依然存在不足，本发明中采用Al合金种子层制作的太阳电池，其焊接拉力甚至表现比常规Ag电极更高。
进一步地，种子层厚度优选≥30nm，经实验发现，30nm厚度的种子层足以阻挡Cu金属的扩散，而厚度≤300nm，主要考虑因素为控制成本，例如采用物理气相沉积的方法制作种子层，即使Al相对其它金属价格较低，但Al靶材的成本影响依然不可忽视，另外种子层厚度越高设备侧产能越低，不利于大规模生产地推广，因此，种子层厚度优选为30-300nm之间。
请参阅图3，可选地，金属电极40还设置在功能层30上。换言之，金属电极40包括第一导电部41和第二导电部42，第一导电部41自第二导电部42向掺杂区10凸出，第一导电部41、第二导电部42和掺杂区10围成缝隙，缝隙中设置有功能层30。如此，金属电极40不仅设置在掺杂区10上，还设置在功能层30上，可以增加金属电极40和功能层30之间的接触，使得导出电流的效果较好。
具体地，功能层30全部地填充缝隙。如此，使得金属电极40和功能层30紧密接触，使得导出电流的效果更好，同时可以防止灰尘水汽等在缝隙中积蓄。
可以理解，在其他的实施例中，也可功能层30部分地填充缝隙。如此，可将反射的太阳光通过金属电极40再反射回硅衬底101，从而提升光电转化效率。
具体地，第一导电部41与第二开口区域31完全重叠或位于第二开口区域31内，第二导电部42在硅衬底10的正投影的宽度大于第一导电部41在硅衬底10的正投影的宽度。如此，第二导电部42的宽度较宽，便于制作金属电极40。可以理解，第一导电部41与掺杂区10接触的区域为导电接触区。
具体地，“第一导电部41与第二开口区域31完全重叠或位于第二开口区域31内”是指，全部的第一导电部41与对应的第二开口区域31均完全重叠；或，全部的第一导电部41均位于对应的第二开口区域31内；或，部分的第一导电部41与对应的第二开口区域31均完全重叠，部分的第一导电部41均位于对应的第二开口区域31内。
具体地，在图3中，第一导电部41位于第二导电部42的中间位置。可以理解，在其他的实施例中，第一导电部41可位于第二导电部42的边缘位置。
具体地，第一导电部41的厚度为10nm-1000nm。例如为10nm、12nm、50nm、100nm、300nm、500nm、700nm、980nm、1000nm。
具体地，种子层厚度通常小于第一导电部41厚度。
具体地，第二导电部42厚度为1μm-800μm。例如为1μm、2μm、10μm、50μm、100μm、300μm、500μm、780μm、800μm。
请参阅图3，可选地，掺杂区10可为单晶掺杂层。进一步地，可通过扩散、离子注入、涂源扩散或其他工艺形成单晶掺杂层。可以理解，掺杂区10为在硅衬底101上通过掺入不同类型的扩散源所形成的扩散结构，并未在硅衬底101的基础上进行生长而形成掺杂区10，而是将硅衬底101部分扩散变成掺杂区10。如此，掺杂区10的结构简单，有利于提高生产效率。
请参阅图4，可选地，掺杂区10可为钝化接触结构。具体地，掺杂区10包括依次层叠的第一掺杂层11、第一钝化层12和第二掺杂层13。如此，实现钝化接触结构的设置，可通过第一掺杂层11和第二掺杂层13进行双重吸杂，使得吸杂效果更好。
具体地，第一掺杂层11的厚度范围为50nm-2000nm。例如为50nm、51nm、60nm、100nm、500nm、1000nm、1500nm、1900nm、2000nm。如此，可以降低接触电阻并提供场钝化效应。
具体地，第一掺杂层11为掺杂单晶硅层。进一步地，可通过扩散、离子注入、涂源扩散或其他工艺形成第一掺杂层11；也可在制备第二掺杂层13时，使得掺杂源直接穿过第一钝化层12或穿过多孔结构中的孔洞从而在硅衬底101中形成第一掺杂层11。
具体地，第一钝化层12的厚度为0.5nm-20nm。例如为0.5nm、0.6nm、1nm、1.5nm、5nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm。
具体地，第一钝化层12包括氧化层、氮化层、氮氧化层、碳化硅层、非晶硅层中的一种或多种。进一步地，氧化层包括氧化硅层、氧化铝层中的一种或多种。如此，可以提供极好的界面钝化效果。
进一步地，碳化硅层包括氢化碳化硅层。如此，氢化碳化硅层中的氢，在扩散机理及热效应的作用下进入硅衬底101中，可以中和硅衬底101背面的悬挂键，钝化硅衬底101的缺陷，从而减少禁带中的缺陷能级，提高载流子通过第一钝化层12进入第二掺杂层13的几率。
请参阅图5，可选地，第一钝化层12为多孔结构，第一钝化层12的孔洞区域中具有第一掺杂层11和/或第二掺杂层13，第一掺杂层11和第二掺杂层13之间通过掺杂的孔洞区域进行连接。进一步地，第二掺杂层13与硅衬底101之间通过掺杂的孔洞区域及第一掺杂层11进行连接。
如此，在第一钝化层12的孔洞区域中形成导电通道，从而使得第一钝化层12形成良好的电阻率，降低了第一钝化层12的厚度对电阻影响的敏感性，从而降低了对于第一钝化层12的厚度的控制要求。同时，硅衬底101及第一钝化层12之间设置的第一掺杂层11可形成增强表面电子空穴的分离电场，从而提高场钝化效果。同时，由于第一掺杂层11与硅衬底101的费米能级不同，第一掺杂层11改变了费米能级，增加了杂质(过渡族金属)的固浓度，可以形成额外的吸杂效果。同时，在多孔结构上第二掺杂层13与硅衬底101之间通过掺杂的孔洞区域及第一掺杂层11连接，进一步降低了所制备电池的总体电阻，最终提高了电池的转化效率。
在一个例子中，孔洞区域中具有第一掺杂层11，不具有第二掺杂层13；在另一个例子中，孔洞区域中具有第二掺杂层13，不具有第一掺杂层11；在又一个例子中，孔洞区域中具有第一掺杂层11和第二掺杂层13。另外，第一掺杂层11和/或第二掺杂层13可填满一个或多个孔洞，也可填充一个的部分或多个孔洞的部分，还可有部分孔洞未填入第一掺杂层11和第二掺杂层13。在此不对孔洞区域的具体掺杂形式进行限定。
可以理解，在其他的实施例中，第一钝化层12也可为完全连续的结构。换言之，第一钝化层12也可不包括孔洞。
可选地，第一钝化层12的孔洞的平均孔径小于1000nm。例如为4nm、10nm、16nm、50nm、480nm、830nm、960nm、999nm。如此，多孔结构的平均孔径为纳米级，使得第二掺杂层13与硅衬底101的总体接触面积大量减少，可以减少复合损失。更进一步地，多孔结构的平均孔径小于500nm。如此，进一步减少第二掺杂层13与硅衬底101的总体接触面积，从而进一步减少复合损失。更进一步地，可90％的通孔的平均孔径小于1000nm。如此，给出了一定的浮动空间，在保证复合损失较小的情况下，可以保证产品良率，提高生产效率，而且不需要增加激光开孔等额外的工艺，制备工艺简单。
可选地，第一钝化层12的孔洞区域的面积占第一钝化层12的整体面积的比值小于20％。如此，通过孔洞区域的面积的占比来控制孔洞区域的总面积，可以使得第二掺杂层13与硅衬底101的总体接触面积较小，在保证低接触电阻的情况下，减少复合损失。
可选地，第一钝化层12的孔洞通过热扩散冲击的方式制备形成。具体地，热扩散冲击的温度范围为500℃-1200℃。例如为500℃、510℃、550℃、600℃、700℃、800℃、820℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃。优选地，热扩散冲击温度为800℃-1100℃。例如为800℃、820℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃。如此，使得形成的多孔结构孔洞更小，实现平均孔径小于1000nm，有利于减少复合损失。而且，使得孔洞面密度更高，可达到106-108/cm2，可以减少横向运输距离，消除电流挤涌效应，减少电阻损失，使得降低电阻的效果更好。可以理解，在其他的实施例中，多孔结构也可通过化学腐蚀、干法刻蚀或其他方式制备形成。
可选地，第一钝化层12的各个孔洞在第一钝化层12上零散稀疏地分布。如此，无需严格控制孔洞的分布状态，有利于提高生产效率。
进一步地，第一掺杂层11离散式地局域分布在第一钝化层12的各个孔洞区域。如此，在第一掺杂层11离散分布地情况下，也能保证第一钝化层12的孔洞在硅衬底101的正投影被第一掺杂层11在硅衬底101的正投影覆盖，从而保证第二掺杂层13无法直接接触硅衬底101，避免了第二掺杂层13直接接触硅衬底101导致的严重复合。
进一步地，第一掺杂层11完全连续地设置在硅衬底101与第一钝化层12之间。如此，由于第一掺杂层11完全连续地设置，故第一钝化层12的孔洞在硅衬底101的正投影必然被第一掺杂层11在硅衬底101的正投影覆盖，第二掺杂层13必然无法直接接触硅衬底101，避免了第二掺杂层13直接接触硅衬底101导致的严重复合。
进一步地，第一掺杂层11分布的情况可通过掺杂的时长进行控制。掺杂的时间越长，掺杂的量越多，第一掺杂层11连续的比例将越高，直至在硅衬底101上形成完全覆盖的一层第一掺杂层11。更进一步地，第一掺杂层11的结深小于1.5μm。如此，可以降低接触电阻，提高场效应钝化。
具体地，第二掺杂层13的厚度范围为0nm-500nm。例如为0.1nm、50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm。如此，第二掺杂层13的厚度范围较广，可以适应实际生产时不同的需求。
优选地，第二掺杂层13的厚度范围为100nm-500nm。例如为100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm。如此，较厚的第二掺杂层13可以防止导电层烧穿第二掺杂层13，降低接触复合，提高开路电压，同时提高工艺宽度，可以保证产品良率。
具体地，第二掺杂层13包括掺杂多晶硅层、掺杂碳化硅层或掺杂非晶硅层。优选地，第二掺杂层13包括掺杂碳化硅层。如此，由于碳化硅材料的光学带隙宽及吸收系数低，故可以降低寄生吸收，有效提高短路电流密度。进一步地，掺杂碳化硅层由不同折射率的至少一层掺杂碳化硅膜组成，各层掺杂碳化硅膜的折射率由硅衬底101向外依次降低。如此，可形成折射率梯度，形成梯度消光的效果。更进一步地，第二掺杂层13中的掺杂碳化硅层包括掺杂氢化碳化硅层，掺杂氢化碳化硅层的电导率大于0.01S·cm，厚度大于10nm。如此，可以满足第二掺杂层13的电导性要求，且具有更低的寄生吸收，提高短路电流。
请参阅图6，可选地，掺杂区10可为钝化接触结构。具体地，掺杂区10包括依次层叠的第二钝化层14和第三掺杂层15。
如此，实现正面钝化接触结构的设置。可以理解，第二钝化层14设于衬底101和第三掺杂层15之间，当做隧穿结构使用，第二钝化层14使得一种载流子通过隧穿原理实现选择性传输，而另一种载流子则由于势垒以及第三掺杂层15场效应的存在使得难以隧穿通过第二钝化层14。这样，可使一种载流子隧穿进入第三掺杂层15并阻挡另一种载流子通过，可以显著降低界面的复合，使得太阳能电池100具有较高的开路电压、短路电流，从而提高光电转换效率。
具体地，第二钝化层14的厚度范围为0.1nm-20nm。例如为0.1nm、0.2nm、0.5nm、1nm、5nm、10nm、15nm、19nm、20nm。
具体地，第二钝化层14包括本征非晶硅、本征碳化硅中的一种或多种。优选地，第二钝化层14为本征碳化硅层。如此，由于碳化硅材料的光学带隙宽及吸收系数低，故可以降低寄生吸收，有效提高短路电流密度。
进一步地，第二钝化层14为本征碳化硅层时，可以采用热丝化学气相沉积法(HWCVD，Hot Wire CVD)进行制备，其中热丝温度优选1500-1800℃，沉积压强为0.05-2mbar，衬底温度为RT-400℃，沉积气体采用SiH3(CH3)及H2，或还可包括N2，此时N2在低于1800℃下不参与反应。
进一步地，第二钝化层14为本征碳化硅层时，可以采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)进行制备，其中沉积温度为100-400℃，沉积气体采用SiH4及CH4，且其CH4的流量与SiH4及CH4的总流量比CH4/(SiH4+CH4)为0.1-1。
具体地，第三掺杂层15的厚度范围为10nm-300nm。例如为10nm、11nm、15nm、20nm、50nm、100nm、150nm、180nm、200nm、250nm、290nm、300nm。
具体地，第三掺杂层15包括掺杂非晶硅、掺杂碳化硅的一种或多种。优选地，第三掺杂层15为掺杂碳化硅层。由于碳化硅材料的光学带隙宽及吸收系数低，故可以降低寄生吸收，有效提高短路电流密度。进一步地，掺杂碳化硅层由不同折射率的至少一层掺杂碳化硅膜组成，各层掺杂碳化硅膜的折射率由硅衬底101向外依次降低。如此，可形成折射率梯度，形成梯度消光的效果。更进一步地，第三掺杂层15中的掺杂碳化硅层包括掺杂氢化碳化硅层，掺杂氢化碳化硅层的电导率大于0.01S·cm，厚度大于10nm。如此，可以满足第三掺杂层15的电导性要求，且具有更低的寄生吸收，提高短路电流。
具体地，硅衬底101与第二钝化层14所接触的表面形成多个对应第三掺杂层15的内扩散区。可以理解，在制备第三掺杂层15的过程中，由于需要高温工艺，较薄的第二钝化层14会有部分断裂，此时高温扩散过程中会附着在第二钝化层14的断裂处及硅衬底101，从而使得硅衬底101与第二钝化层14所接触的表面形成多个对应第三掺杂层15的内扩散区。
具体地，第二钝化层14和衬底101之间还可设有隧穿氧化层。
进一步地，隧穿氧化层的厚度小于3nm。例如为0.1nm、0.5nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.5nm、2nm、2.3nm、2.8nm、3nm。
进一步地，隧穿氧化层包括氧化硅层、氧化铝层中的一种或多种。优选地，隧穿氧化层为氧化硅层。如此，氧化硅层和第二钝化层14通过化学钝化可以降低衬底101与第三掺杂层15之间的界面态密度。
进一步地，可通过热氧化及溶液氧化制备隧穿氧化层。更进一步地，在通过热氧化制备隧穿氧化层的情况下，可在500-800℃下通入氧气及氮气进行热氧化5-30min，从而在衬底101形成氧化硅层。在通过溶液氧化制备隧穿氧化层的情况下，可采用溶液比例为4:1-1:4的H2SO4与H2O2溶液的混合溶液进行氧化制备，从而在衬底101形成氧化硅层。
请参阅图3，可选地，表面钝化层20包括氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、碳化硅层、非晶硅层及氧化硅层中的一种或多种。
可选地，表面钝化层20可由不同折射率的至少一层钝化膜组成，各层钝化膜的折射率由硅衬底101向外依次降低。如此，可形成折射率梯度，形成梯度消光的效果。
可选地，表面钝化层20覆盖掺杂区10除功能层30和金属电极40之外的全部区域。如此，可以避免漏电。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种太阳能电池的接触结构，其特征在于，包括：
设置在硅衬底上的掺杂区；
设置在掺杂区上的表面钝化层，所述表面钝化层上设有第一开口区域，所述第一开口区域的宽度为30μm-2000μm；
设置在所述第一开口区域上的功能层，所述功能层上设有第二开口区域，所述功能层包括半导电膜或导电膜，所述第二开口区域为连续的凹槽或间隔的通孔；及
设置在所述第二开口区域上的金属电极，所述金属电极还设置在所述功能层上。
2.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述导电膜为透明导电膜，所述透明导电膜为ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一种或多种叠层构成。
3.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述功能层的厚度小于200nm。
4.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述第二开口区域的面积与所述第一开口区域的面积的比值小于0.3。
5.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述通孔的直径小于50μm。
6.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述掺杂区包括依次层叠的第一掺杂层、第一钝化层和第二掺杂层。
7.如权利要求6所述的接触结构，其特征在于，所述第一钝化层为多孔结构，所述第一钝化层的孔洞区域中具有所述第一掺杂层和/或所述第二掺杂层，所述第一掺杂层和所述第二掺杂层之间通过掺杂的孔洞区域进行连接。
8.如权利要求7所述的接触结构，其特征在于，所述第一钝化层的孔洞的平均孔径小于1000nm。
9.如权利要求7所述的接触结构，其特征在于，所述第一钝化层的孔洞区域的面积占所述第一钝化层的整体面积的比值小于20%。
10.如权利要求7所述的接触结构，其特征在于，所述第一钝化层的孔洞通过热扩散冲击的方式制备形成。
11.如权利要求7所述的接触结构，其特征在于，所述第一钝化层的各个孔洞在所述第一钝化层上零散稀疏地分布。
12.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述掺杂区包括依次层叠的第二钝化层和第三掺杂层。
13.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述金属电极包含种子层和金属层，所述种子层位于所述金属层与所述掺杂区之间。
14.如权利要求13所述的接触结构，其特征在于，所述种子层为铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和铂中的一种或多种叠层。
15.如权利要求13所述的接触结构，其特征在于，所述种子层为合金材料，所述种子层包括主组分及强化组分，所述主组分为波长范围在850-1200之间且平均折射率低于2的一种或多种金属，所述强化组分包括钼、镍、钛、钨、铬、锰、钯、铋、铌、钽、镤、硅、钒中的任意一种或多种，所述主组分包括铝、银、铜、镁中的任意一种或多种，所述主组分的含量为>50%。
16.如权利要求15所述的接触结构，其特征在于，所述主组分为铝，含量为≥70%；所述强化组分为钼、镍、钛、钨中的一种或多种，含量为≤30%。
17.如权利要求13所述的接触结构，其特征在于，所述金属层为镁、铜、锡、铝、银、金、铬、铁、镍、锌、钌、钯和铂中的一种或多种叠层。
18.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为背接触电池，所述背接触电池包括硅衬底、第一接触区和第二接触区，所述第一接触区和所述第二接触区极性相反且交替设置在所述硅衬底背面，所述第一接触区和/或所述第二接触区采用权利要求1-17任一项所述的接触结构。
19.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为双面接触电池，所述双面接触电池包括硅衬底、第三接触区和第四接触区，所述第三接触区和所述第四接触区极性相反且分别设置在所述硅衬底正面和背面，所述第三接触区和/或所述第四接触区采用权利要求1-17任一项所述的接触结构。
20.一种电池组件，其特征在于，包括权利要求18或19所述的太阳能电池。
21.一种光伏***，其特征在于，包括如权利要求20所述的电池组件。
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