CN218414591U - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光伏技术领域，提供一种太阳能电池，包括：在硅片基底上依次层叠设置的隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，掺杂多晶硅层包括重掺杂区域和重掺杂区域以外的轻掺杂区域，重掺杂区域用于设置金属栅线。本实用新型用以解决现有技术中对硅片基底造成损伤，不利于提高电池效率的缺陷，通过设置具有重掺杂区域的掺杂多晶硅层，避免在硅片基底内设置重掺杂区域，减少对硅片基底的损伤，同时提升钝化效果，有利于提高电池效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种太阳能电池。
背景技术
随着光伏技术的快速发展，人们对高效太阳能电池的需求越来越迫切。通过选择性掺杂制备太阳能电池是提高电池效率的有效方法。通过选择性掺杂制备太阳能电池是指在硅片表面的金属接触区域进行重掺杂，降低电池的接触电阻，同时在硅片表面的非金属接触区域进行轻掺杂，提高电池的光谱响应和降低电池中光生载流子的复合。
目前，通过选择性掺杂制备的太阳能电池主要是在硅片基底内形成重掺杂区域，将硅片基底作为选择性掺杂结构，对硅片基底造成损伤，不利于提高电池效率。
实用新型内容
本实用新型提供一种太阳能电池，用以解决现有技术中对硅片基底造成损伤，不利于提高电池效率的缺陷，实现避免对硅片基底造成损伤的同时，提升钝化效果，有利于提高电池效率。
本实用新型提供一种太阳能电池，包括：在硅片基底上依次层叠设置的隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层包括重掺杂区域和所述重掺杂区域以外的轻掺杂区域，所述重掺杂区域用于设置金属栅线。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述纳米晶硅层为掺杂纳米晶硅层。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述硅片基底的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述掺杂多晶硅层的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述隧穿氧化层的材质包括氧化硅，所述隧穿氧化层的厚度为1～3纳米。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的正面或背面中的至少一面。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的正面，所述掺杂多晶硅层的表面依次层叠设置有钝化层、正面减反射层和正面电极，所述硅片基底的背面依次层叠设置有背面钝化接触结构、背面减反射层和背面电极。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的背面，所述掺杂多晶硅层的表面依次层叠设置有背面减反射层和背面电极，所述硅片基底的正面依次层叠设置有掺杂层、钝化层、正面减反射层和正面电极。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述钝化层包括层叠设置的氧化硅层和氧化铝层。
根据本实用新型提供的一种太阳能电池，所述正面减反射层和所述背面减反射层均为氮化硅层。
本实用新型提供的太阳能电池，包括在硅片基底上依次层叠设置的隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，其中，隧穿氧化层能够提高硅片基底表面的钝化效果，纳米晶硅层具有更低的消光系数，显著降低对光的吸收，降低光学吸收损耗；掺杂多晶硅层包括重掺杂区域和轻掺杂区域，具有选择性掺杂效果，在掺杂多晶硅层上设置重掺杂区域，避免了对硅片基底的损伤，此外，重掺杂区域用于设置金属栅线，对应于硅片基底的金属接触区域，能够有效降低接触电阻，提升填充因子，重掺杂区域以外的轻掺杂区域对应于硅片基底的非金属接触区域，具有良好的钝化接触效果，有利于提高电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图2是本实用新型提供的退火处理的工艺曲线；
图3是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的正面形成的膜层的结构示意图之一；
图4是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的正面形成的膜层的结构示意图之二；
图5是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的背面形成的膜层的结构示意图之一；
图6是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的背面形成的膜层的结构示意图之二；
图7是本实用新型提供的太阳能电池的结构示意图之一；
图8为本实用新型提供的太阳能电池的结构示意图之二。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合图1和图6描述本实用新型的太阳能电池的制备方法。
图1是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图。
如图1所示，本实施例提供的太阳能电池的制备方法，至少包括以下步骤：
S100，在硅片基底上形成隧穿氧化层。
其中，所述硅片基底的掺杂类型可以为N型掺杂或P型掺杂，在形成所述隧穿氧化层之前，可以先对所述硅片基底进行制绒、抛光和/或刻蚀等预处理。示例地，所述隧穿氧化层可以采用氧化硅，厚度在1～3纳米(nm)之间，可以通过热氧化、热硝酸氧化或者CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)方法沉积形成所述隧穿氧化层。
S200，在所述隧穿氧化层上形成纳米非晶硅层。
其中，纳米非晶硅层具有更低的消光系数，能够显著降低对光的吸收，降低光学吸收损耗。同时，纳米非晶硅层具有缓冲作用，在后续对第一掺杂非晶硅层进行选择性掺杂的过程中，减小掺杂元素的原子穿透隧穿氧化层。
S300，在所述纳米非晶硅层上形成第一掺杂非晶硅层。
其中，所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型可以为N型掺杂或P型掺杂，所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型为N型掺杂时，可以采用磷掺杂非晶硅层，所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型为P型掺杂时，可以采用硼掺杂非晶硅层。所述第一掺杂非晶硅层可以采用CVD、PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)或离子注入等工艺制备形成，上述工艺温度低且工艺时间短，可以提高制备效率。其中，CVD工艺包括PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)、LPCVD(Low PressureChemical Vapor Deposition，低压化学气相沉积)等。
S400，在所述第一掺杂非晶硅层上形成掺杂源层。
其中，所述掺杂源层的掺杂类型与所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型一致。所述掺杂源层的掺杂类型可以为N型掺杂或P型掺杂，所述掺杂源层的掺杂类型为N型掺杂时，所述掺杂源层的掺杂元素可以为磷元素，所述掺杂源层的掺杂类型为P型掺杂时，所述掺杂源层的掺杂元素可以为硼元素。所述掺杂源层可以采用CVD、PVD或离子注入等工艺制备形成，工艺温度低且工艺时间短，可以提高制备效率。所述掺杂源的掺杂浓度可以根据实际需要调整。
S500，通过选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域，并通过退火处理使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层，以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层。
其中，所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域指的是硅片基底上用于设置金属栅线的金属接触区域。因此，形成的重掺杂区域对应于金属接触区域，用于设置金属栅线。
S600，去除所述掺杂源层。
所述掺杂源层为所述太阳能电池的制备方法中为进行选择性掺杂形成的中间结构，而不是太阳能电池本身的结构，因此，得到掺杂多晶硅层后，需要将掺杂多晶硅层表面的掺杂源层去除。根据掺杂源层的材质，可以选用刻蚀和/或清洗等方式进行去除。
综上，本实用新型提供的太阳能电池的制备方法，首先，在硅片基底上形成隧穿氧化层，提高硅片基底表面的钝化效果；其次，在隧穿氧化层上增加一层纳米晶硅层，纳米晶硅层具有更低的消光系数，能够显著降低对光的吸收，降低光学吸收损耗，同时具有缓冲作用，减小掺杂元素的原子穿透隧穿氧化层；然后，在纳米晶硅层上依次形成第一掺杂非晶硅层和掺杂源层，通过选择性掺杂，将掺杂源层的掺杂元素注入第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，在第一掺杂非晶硅层上形成重掺杂区域，而无需对硅片基底本身进行选择性掺杂，避免了对硅片基底的损伤，有利于提升电池效率；此外，在第一掺杂非晶硅层上形成掺杂源层，作为选择性掺杂的掺杂源，可以根据需要灵活调整掺杂源层的掺杂浓度，进而可以调整重掺杂区域的浓度，制备方法简单高效，有利于提高制备效率。
示例地，所述掺杂源层的掺杂浓度大于所述第一掺杂非晶硅层的掺杂浓度。
为确保所述重掺杂区域具有较高的掺杂浓度，需要在低掺杂浓度的第一掺杂非晶硅层的表面形成高掺杂浓度的掺杂源层，因此，所述掺杂源层的掺杂浓度可以大于所述第一掺杂非晶硅层的掺杂浓度。例如，所述第一掺杂非晶硅层为低掺杂浓度的硼掺杂非晶硅层，掺杂浓度为1～2×1019atoms/cm3，所述掺杂源层的掺杂元素为硼元素，掺杂浓度为3～5×1019atoms/cm3；或者，所述第一掺杂非晶硅层为低掺杂浓度的磷掺杂非晶硅层，掺杂浓度为3～6×1020atoms/cm3，所述掺杂源层的掺杂元素为磷元素，掺杂浓度为1～3×1021atoms/cm3。
所述掺杂源用于为选择性掺杂过程提供掺杂源，可以根据实际需要设置多种结构。
示例地，所述在所述第一掺杂非晶硅层上形成掺杂源层，包括：
在所述第一掺杂非晶硅层的表面形成第一氧化层；示例地，所述第一氧化层可以为氧化硅，可以通过热氧化、热硝酸氧化或者CVD工艺制备得到；
在所述第一氧化层的表面形成至少一层第二掺杂非晶硅层；示例地，可以采用PECVD、LPCVD、PVD或离子注入等工艺制备所述第二掺杂非晶硅层；
所述第一氧化层和所述至少一层第二掺杂非晶硅层构成所述掺杂源层。
其中，所述第二掺杂非晶硅层可以根据实际需要决定制备的层数，便于调整中重掺杂区域的掺杂浓度，所述第二掺杂非晶硅层的掺杂浓度可以高于所述第一掺杂非晶硅层的掺杂浓度。
进一步地，所述步骤S500中，可以通过退火处理使得所述第二掺杂非晶硅层也晶化为掺杂多晶硅层。
进一步地，所述步骤S600中，去除掺杂源层，包括：
通过刻蚀去除所述第二掺杂非晶硅层晶化形成的掺杂多晶硅层，示例地，可以采用槽式刻蚀方式去除所述第二掺杂非晶硅层晶化形成的掺杂多晶硅层；
通过清洗去除所述第一氧化层，示例地，可以采用氢氟酸(HF)清洗去除所述第一氧化层。
其中，所述第一氧化层的作用在于：刻蚀去除所述第二掺杂非晶硅层晶化形成的掺杂多晶硅层时，对所述第一掺杂非晶硅层晶化形成的掺杂多晶硅层形成隔离保护作用，避免对所述第一掺杂非晶硅层晶化形成的掺杂多晶硅层的刻蚀损伤，保护其完整性。可见，通过形成第一氧化层和第二掺杂非晶硅层构成的掺杂源层，可以在制备过程中确保电池结构的完整性，制备过程更加安全可靠。
示例地，所述在所述第一掺杂非晶硅层上形成掺杂源层，包括：
在所述第一掺杂非晶硅层的表面形成至少一层掺杂氧化层，所述至少一层掺杂氧化层构成所述掺杂源层。
其中，所述掺杂氧化层可以为硼掺杂氧化层，例如掺硼氧化硅，也可以为磷掺杂氧化层，例如掺磷氧化硅。示例地，可以通过CVD、PVD等方法制备所述掺杂氧化层。
进一步地，所述步骤S600中，去除所述掺杂源层，包括：
可以采用HF清洗去除所述掺杂氧化层。
可见，通过形成由掺杂氧化层构成的掺杂源层，制备工艺更加简单，有利于提高太阳能电池的制备效率。
示例地，所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型是根据所述硅片基底的掺杂类型以及在所述硅片基底上的形成位置确定的，所述掺杂源层的掺杂类型与所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型一致。
例如，所述硅片基底的掺杂类型为N型掺杂，所述第一掺杂非晶硅层形成在所述硅片基底的正面，则所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型可以为P型掺杂，这样，最后制备得到的掺杂多晶硅层的掺杂类型也为P型掺杂，与所述N型掺杂的硅片基底构成PN结，则具有重掺杂区域的掺杂多晶硅层可以作为太阳能电池的选择性发射极。
再例如，所述硅片基底的掺杂类型为N型掺杂，所述第一掺杂非晶硅层形成在所述硅片基底的背面，则所述第一掺杂非晶硅层的掺杂类型可以为N型掺杂，这样，最后制备得到的掺杂多晶硅层的掺杂类型也为N型掺杂，那么，隧穿氧化层和掺杂多晶硅层可以构成太阳能电池的钝化接触结构，有利于提高电池的光电转化效率。
在实际应用中，可以根据实际需要确定所述硅片基底的掺杂类型以及所述第一掺杂非晶硅层在所述硅片基底上的形成位置，然后确定所述第一掺杂非晶硅层和掺杂源层的掺杂类型。
示例地，所述通过退火处理使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层，以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层，包括：
先进行第一温度下的无氧退火处理，然后进行第二温度下的氧化退火处理，使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层，其中，所述第一温度低于所述第二温度。
具体地，如图2所示，可以先升温至800～860℃，进行低温恒温5～15min，继续升温到880～950℃，并通入氧气进行高温恒温10～30min，然后降温，使所述第一掺杂非晶硅层晶化形成掺杂多晶硅层以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层。
本实用新型采用的退火处理工艺，首先进行低温无氧退火处理，然后进行高温氧化退火，降低了对硅片基底的损伤，提升了钝化效果。
示例地，所述第一掺杂非晶硅层和所述掺杂源层采用化学气相沉积、物理气相沉积或离子注入工艺制备形成。
其中，化学气相沉积、物理气相沉积或离子注入工艺均具有工艺时间短、工艺温度低的特点，有利于提高电池制备质量和效率。示例地，所述隧穿氧化层、所述第一掺杂非晶硅层和所述掺杂源层可以采用同一化学气相沉积工艺形成。具体地，可以采用PECVD或LPCVD等低温同步掺杂工艺进行各个膜层的沉积制备，不用更换沉积设备，只需要调整适合的工艺参数即可。通过PECVD或LPCVD工艺制备各个膜层，只需要增加一步退火处理，由于PECVD或LPCVD工艺时间短，整个制备方法的总体工艺时间明显短于传统的扩散工艺，能够有效提高制备效率。并且，PECVD或LPCVD工艺温度低，能够降低对硅片基底表面的损伤，使得硅片基底表面缺陷及复合减小，有利于开路电压的增加和电池效率的提升。
示例地，所述通过选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域，包括：
通过激光选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域。示例地，所述激光选择掺杂可以采用激光波长355nm的皮秒激光器，功率5～35W，能量密度0.01～0.18J/cm2。通过激光选择性掺杂可以快速形成重掺杂区域，提高选择性掺杂效率。
示例地，所述在硅片基底上形成隧穿氧化层，包括：
在所述硅片基底的正面或背面中的至少一面形成所述隧穿氧化层。
例如，在所述硅片基底的正面形成隧穿氧化层，之后在隧穿氧化层的表面形成的纳米晶硅层和纳米晶硅层的表面形成的具有重掺杂区域的掺杂多晶硅层也是位于所述硅片基底的正面，所述掺杂多晶硅层可以作为选择性发射极。
再例如，在所述硅片基底的背面形成隧穿氧化层，之后在隧穿氧化层的表面形成的具有重掺杂区域的掺杂多晶硅层也是位于所述硅片基底的背面，所述隧穿氧化层和所述掺杂多晶硅层可以构成钝化接触结构。
此外，也可以在所述硅片基底的正面和背面同时形成所述隧穿氧化层，那么在所述硅片基底的正面和背面同时也形成了具有重掺杂区域的掺杂多晶硅层，可以根据实际需要，确定硅片基底和掺杂多晶硅层的掺杂类型，从而确定最终形成的结构作为选择性发射极或者钝化接触结构。
下面以硅片基底的掺杂类型为N型掺杂，在硅片基底的正面制备所述隧穿氧化层为例，对所述太阳能电池的制备方法进行详细介绍。其中，所述硅片基底为N型硅片。
第一，图3是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的正面形成的膜层的结构示意图之一。如图3所示，所述掺杂源层由层叠设置的第一氧化层17和第二掺杂非晶硅层18构成，所述第一掺杂非晶硅层16和所述第二掺杂非晶硅层18均为硼掺杂非晶硅层。在太阳能电池的制备过程中，所述隧穿氧化层14、纳米非晶硅层15、第一掺杂非晶层16、第一氧化层17以及第二掺杂非晶硅层18在所述硅片基底1的正面构成依次层叠的膜层结构。本实施例中，所述太阳能电池的制备方法至少包括以下步骤：
(1)将N型硅片送入PECVD沉积***，温度设置在400～600℃，同时对PECVD沉积腔体进行抽真空和检漏。
(2)在硅片基底的正面形成隧穿氧化层：向PECVD沉积腔体通入流量为2000～10000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率8000～20000W，开关比20～100，工艺时间1～5min，在N型硅片的正面形成1～3nm的SiOx(氧化硅)薄膜，作为所述隧穿氧化层。
(3)在所述隧穿氧化层上形成纳米非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气，然后抽真空吹扫。向腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间1～5min，形成纳米非晶硅层薄膜，膜厚2～8nm。
(4)在所述纳米非晶硅层上形成第一掺杂非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气后抽真空吹扫，然后向沉积腔体通入300～5000sccm的硅烷气体，100～4000sccm的硼烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间5～15min，在纳米非晶硅层的表面形成低掺杂浓度的硼掺杂非晶硅层，作为所述第一掺杂非晶硅层。
(5)在所述第一掺杂非晶硅层的表面形成所述第一氧化层：完成上述步骤后，关闭气体并进行抽真空吹扫。向沉积腔体内通入流量为2000～10000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率8000～20000W，开关比20～100，工艺时间1～5min，在第一掺杂非晶硅层的表面形成1～3nm的SiOx薄膜，作为所述第一氧化层。
(6)在所述第一氧化层的表面形成所述第二掺杂非晶硅层：完成上述步骤后，关闭气体后进行抽真空吹扫。向沉积腔体通入300～5000sccm的硅烷气体，200～4000sccm的硼烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比15～50，工艺时间10～25min，在第一氧化层的表面形成高掺杂浓度的硼掺杂非晶硅层，作为所述第二掺杂非晶硅层。
(7)通过选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域：对第二掺杂非晶硅层和第一掺杂非晶硅层进行激光选择性掺杂，具体地，对第二掺杂非晶硅层上与金属栅线对应的区域进行激光加工，利用激光能量将第二掺杂非晶硅层的掺杂元素推进所述第一掺杂非晶硅层中，在所述第一掺杂非晶硅层与对应金属栅线的区域形成重掺杂区域。其中，可以选用激光波长355nm的皮秒激光器进行激光选择性掺杂，功率5～35W，能量密度0.01～0.18J/cm2，在本实施例中，所述掺杂元素为硼元素。
(8)通过退火处理使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层，以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层：将完成上述工艺后的N型硅片送入退火炉进行退火处理，退火时，先升温至800～860℃，进行低温恒温5～15min，继续升温到880～950℃，并通入氧气进行高温恒温10～30min，然后降温，所述第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层均晶化形成掺杂多晶硅层，所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层。
(9)去除所述掺杂源层：对完成退火处理后的N型硅片进行槽式刻蚀，去除正面顶层的高掺杂浓度的硼掺杂多晶硅层，即去除所述第二掺杂非晶硅层形成的掺杂多晶硅层，背面刻蚀形成抛光面，最后通过HF清洗去除第一氧化层以及N型硅片表面的氧化层。
第二，图4是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的正面形成的膜层的结构示意图之二。如图4所示，所述掺杂源层可以由掺杂氧化层19构成，所述掺杂氧化层19可以为硼掺杂氧化层，例如掺硼氧化硅，所述第一掺杂非晶硅层16可以为硼掺杂非晶硅层。在太阳能电池的制备过程中，所述隧穿氧化层14、纳米非晶硅层15、第一掺杂非晶层16以及掺杂氧化层19在所述硅片基底1的正面构成依次层叠的膜层结构。本实施例中，所述太阳能电池的制备方法至少包括以下步骤：
(1)将N型硅片送入PECVD沉积***，温度设置在400～600℃，同时对PECVD沉积腔体进行抽真空和检漏。
(2)在硅片基底上形成隧穿氧化层：向PECVD沉积腔体通入流量为2000～10000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率8000～20000W，开关比20～100，工艺时间1～5min，在N型硅片的正面形成1～3nm的SiOx薄膜，作为所述隧穿氧化层。
(3)在所述隧穿氧化层上形成纳米非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气，然后抽真空吹扫。向腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间1～5min，形成纳米非晶硅层薄膜，膜厚2～8nm。
(4)在所述纳米非晶硅层上形成第一掺杂非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气后抽真空吹扫，然后向沉积腔体通入300～5000sccm的硅烷气体，100～4000sccm的硼烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间5～15min，在纳米非晶硅层的表面形成低掺杂浓度的硼掺杂非晶硅层，作为所述第一掺杂非晶硅层。
(5)在所述第一掺杂非晶硅层的表面形成所述掺杂氧化层：完成上述步骤后，关闭气体，抽真空吹扫。向腔体通入300～5000sccm的硅烷气体，200～4000sccm的硼烷气体，100～3000sccm的氢气，2000～15000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比15～50，工艺时间10～25min，在第一掺杂非晶硅层的表面形成高掺杂浓度的掺硼氧化硅，作为所述掺杂氧化层。
(6)通过选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域：对掺杂氧化层和第一掺杂非晶硅层进行激光选择性掺杂，具体地，对掺杂氧化层与金属栅线对应的区域进行激光加工，利用激光能量将掺杂氧化层的掺杂元素推进所述第一掺杂非晶硅层，并在所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域形成重掺杂区域。其中，可以选用激光波长355nm的皮秒激光器进行激光选择性掺杂，功率5～35W，能量密度0.01～0.18J/cm2。在本实施例中，所述掺杂元素为硼元素。
(7)通过退火处理使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层，以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层：将上述工艺完成后的硅片基底送入退火炉进行退火处理，退火时，先升温至800～860℃，进行低温恒温5～15min，继续升温到880～950℃，并通入氧气进行高温恒温10～30min，然后降温，所述第一掺杂非晶硅层晶化形成掺杂多晶硅层，所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层。
(8)去除所述掺杂源层：对完成上述工艺后的N型硅片进行链式HF清洗，去除顶层高掺杂浓度的掺硼氧化硅，即去除所述掺杂氧化层，然后刻蚀N型硅片的背面形成抛光面。
在上述两个实施例中，所述太阳能电池的制备方法还包括：
在硅片基底上形成隧穿氧化层之前，对硅片基底的表面制绒预处理，形成金字塔状的绒面结构。
所述太阳能电池的制备方法还包括：
在硅片基底的背面制备背面钝化接触结构；
对硅片基底的正面去绕镀清洗；
在所述硅片基底的正面镀氧化硅层和氧化铝层组成的钝化层，在所述硅片基底的双面镀氮化硅层；
丝网印刷形成所述硅片基底的正面电极和背面电极。
下面以硅片基底的掺杂类型为N型掺杂，在硅片基底的背面制备所述隧穿氧化层为例，对所述太阳能电池的制备方法进行详细介绍。其中，所述硅片基底为N型硅片。
第一，图5是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的背面形成的膜层的结构示意图之一。如图5所示，所述掺杂源层由层叠设置的第一氧化层17和第二掺杂非晶硅层18，所述第一掺杂非晶硅层16和所述第二掺杂非晶硅层18均为磷掺杂非晶硅层，所述隧穿氧化层14、纳米非晶硅层15、第一掺杂非晶层16、第一氧化层17以及第二掺杂非晶硅层18在所述硅片基底1的背面构成依次层叠的膜层结构。本实施例中，所述太阳能电池的制备方法至少包括以下步骤：
(1)将N型硅片送入PECVD沉积***，温度设置在400～600℃，同时对PECVD沉积腔体进行抽真空和检漏。
(2)在硅片基底的背面形成隧穿氧化层：向PECVD沉积腔体通入流量为2000～10000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率8000～20000W，开关比20～100，工艺时间1～5min，在N型硅片的背面形成1～3nm的SiOx薄膜，作为隧穿氧化层。
(3)在所述隧穿氧化层上形成纳米非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气，然后抽真空吹扫。向腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间1～5min，形成纳米非晶硅层薄膜，膜厚2～8nm。
(4)在所述纳米非晶硅层上形成第一掺杂非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气后抽真空吹扫，然后向沉积腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，100～3000sccm的磷烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间5～15min，在纳米非晶硅层的表面形成低掺杂浓度的磷掺杂非晶硅层，作为第一掺杂非晶硅层。
(5)在所述第一掺杂非晶硅层的表面形成所述第一氧化层：完成上述步骤后，关闭气体并进行抽真空吹扫。向沉积腔体内通入2000～12000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率8000～20000W，开关比20～100，工艺时间1～5min，在第一掺杂非晶硅层的表面形成1～3nm的SiOx薄膜，作为第一氧化层。
(6)在所述第一氧化层的表面形成所述第二掺杂非晶硅层，使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层：完成上述步骤后，关闭气体后进行抽真空吹扫。向沉积腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，300～3000sccm的磷烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间10～25min，在第一氧化层的表面形成高掺杂浓度的磷掺杂非晶硅层，作为第二掺杂非晶硅层。
(7)通过选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域：对第二掺杂非晶硅层和第一掺杂非晶硅层进行激光选择性掺杂，具体地，对第二掺杂非晶硅层上与金属栅线对应的区域进行激光加工，利用激光能量将第二掺杂非晶硅层的掺杂元素推进所述第一掺杂非晶硅层，并在所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域形成重掺杂区域。其中，可以选用激光波长355nm的皮秒激光器进行激光选择性掺杂，功率5～35W，能量密度0.01～0.18J/cm2。本实施例中，所述掺杂元素为磷元素。
(8)通过退火处理使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层，以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层：将完成上述工艺后的N型硅片送入退火炉进行退火处理，退火时，先升温至800～860℃，进行低温恒温5～15min，继续升温到880～950℃，并通入氧气进行高温恒温10～30min，然后降温，所述第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层均晶化形成掺杂多晶硅层，所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层；
(9)去除所述掺杂源层：对完成退火处理后的N型硅片进行槽式刻蚀，去除背面的高掺杂浓度的磷掺杂多晶硅层，即去除所述第二掺杂非晶硅层形成的掺杂多晶硅层。
第二，图6是本实用新型提供的太阳能电池的制备方法中硅片基底的背面制备的膜层的结构示意图之二。如图6所示，所述掺杂源层由掺杂氧化层19构成，所述掺杂氧化层19可以为磷掺杂氧化层，例如掺磷氧化硅，所述第一掺杂非晶硅层16可以为磷掺杂非晶硅层，所述隧穿氧化层14、纳米非晶硅层15、第一掺杂非晶层16以及掺杂氧化层19在所述硅片基底1的背面构成依次层叠的膜层结构。本实施例中，所述太阳能电池的制备方法至少包括以下步骤：
(1)将N型硅片送入PECVD沉积***，温度设置在400～600℃，同时对PECVD沉积腔体进行抽真空和检漏。
(2)在硅片基底上形成隧穿氧化层：向PECVD沉积腔体通入通入流量为2000～12000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率8000～20000W，开关比20～100，工艺时间1～5min，在N型硅片的背面形成1～3nm的SiOx薄膜，作为隧穿氧化层。
(3)在所述隧穿氧化层上形成纳米非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气，然后抽真空吹扫。向腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间1～5min，形成纳米非晶硅层薄膜，膜厚2～8nm。
(4)在所述纳米非晶硅层上形成第一掺杂非晶硅层：完成上述步骤后，关闭笑气后抽真空吹扫，然后向沉积腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，100～3000sccm的磷烷气体，100～3000sccm的氢气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比10～50，工艺时间5～15min，在纳米非晶硅层的表面形成低掺杂浓度的磷掺杂非晶硅层，作为第一掺杂非晶硅层。
(5)在所述第一掺杂非晶硅层上形成掺杂氧化层：完成上述步骤后，关闭气体，抽真空吹扫。向腔体通入500～5000sccm的硅烷气体，300～3000sccm的磷烷气体，100～3000sccm的氢气，2000～15000sccm的笑气，工艺压力为1000～3500mtorr，功率15000～30000W，开关比15～50，工艺时间10～25min，在第一掺杂非晶硅层的表面形成高掺杂浓度的掺磷氧化硅，作为掺杂氧化层。
(6)通过选择性掺杂，将所述掺杂源层的掺杂元素注入所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域，形成重掺杂区域：对掺杂氧化层和第一掺杂非晶硅层进行激光掺杂处理，具体地，对掺杂氧化层与金属栅线对应的区域进行激光加工，利用激光能量将掺杂氧化层的掺杂元素推进所述第一掺杂非晶硅层，并在所述第一掺杂非晶硅层与金属栅线对应的区域形成重掺杂区域。其中，可以选用激光波长355nm的皮秒激光器进行激光选择性掺杂，功率5～35W，能量密度0.01～0.18J/cm2。本实施例中，所述掺杂元素为磷元素。
(7)通过退火处理使所述第一掺杂非晶硅层形成掺杂多晶硅层，以及使所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层：将上述工艺完成后的硅片基底送入退火炉进行退火处理，退火时，先升温至800～860℃，进行低温恒温5～15min，继续升温到880～950℃，并通入氧气进行高温恒温10～30min，然后降温，所述第一掺杂非晶硅层晶化形成掺杂多晶硅层，所述纳米非晶硅层形成纳米晶硅层。
(8)去除所述掺杂源层：对完成上述工艺后的N型硅片进行链式HF清洗，去除背面高掺杂浓度的掺磷氧化硅，即去除所述掺杂氧化层，同时通过HF清洗去除N型硅片表面的氧化层。
在上述两个实施例中，所述太阳能电池的制备方法还包括：
在硅片基底上形成隧穿氧化层之前，对硅片基底的背面进行碱抛光；对硅片基底的正面制绒预处理，形成金字塔状的绒面结构。
所述太阳能电池的制备方法还包括：
在硅片基底的正面可通过硼扩散、PECVD、LPCVD或离子注入等方式形成掺杂层作为PN结，即发射极；
在所述硅片基底的正面镀氧化硅层和氧化铝层组成的钝化层，在所述硅片基底的双面镀氮化硅层；
丝网印刷形成所述硅片基底的正面电极和背面电极。
本实用新型提供的太阳能电池的制备方法，除了上述实施例外，也可以应用于硅片基底为P型硅片的情况，例如，可以在P型硅片的正面形成具有选择性磷掺杂的掺杂多晶硅层，或者可以在P型硅片的背面形成具有选择性磷或硼掺杂的掺杂多晶硅层。
本实用新型还提供一种太阳能电池，包括：在硅片基底上依次层叠设置的隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层包括重掺杂区域和所述重掺杂区域以外的轻掺杂区域，所述重掺杂区域用于设置金属栅线。其中，所述硅片基底的表面设置所述隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的表面设置所述纳米晶硅层，所述纳米晶硅层的表面设置所述掺杂多晶硅层。通过在所述隧穿氧化层和所述掺杂多晶硅层之间增加纳米晶硅层，所述掺杂多晶硅的厚度可以适当降低，可进一步降低太阳能电池表面的无效吸收损耗。
所述太阳能电池可以采用上述任一种所述的太阳能电池的制备方法制备形成。
由于隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层可以构成钝化接触结构，因此，所述太阳能电池可以为TOPCon电池，表面具有优异的传输接触特性。
示例地，所述纳米晶硅层可以为掺杂纳米晶硅层。所述纳米晶硅层的厚度可以为2～8nm。所述纳米晶硅层具有更低的消光系数，显著降低对光的吸收，降低光学吸收损耗。
示例地，所述硅片基底的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。
示例地，所述掺杂多晶硅层的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。所述掺杂多晶硅层的掺杂类型为N型掺杂时，可以采用磷掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层的掺杂类型为P型掺杂时，可以采用硼掺杂多晶硅层。所述掺杂多晶硅层的掺杂类型可以根据所述硅片基底的掺杂类型以及在所述硅片基底上的设置位置确定。所述掺杂多晶硅层包括重掺杂区域和轻掺杂区域，具有选择性掺杂效果，在掺杂多晶硅层上设置重掺杂区域，避免了对硅片基底的损伤，此外，重掺杂区域用于设置金属栅线，对应于硅片基底的金属接触区域，能够有效降低接触电阻，提升填充因子，重掺杂区域以外的轻掺杂区域对应于硅片基底的非金属接触区域，具有良好的钝化接触效果，有利于提高电池效率。
示例地，所述隧穿氧化层的材质包括氧化硅，所述隧穿氧化层可以为氧化硅层，厚度为1～3nm。所述隧穿氧化层能够提高硅片基底表面的钝化效果。
示例地，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的正面或背面中的至少一面。
图7是本实用新型提供的太阳能电池的结构示意图之一。
在如图7所示的太阳能电池的实施例中，示例地，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的正面，所述掺杂多晶硅层的表面依次层叠设置有钝化层、正面减反射层和正面电极，所述硅片基底的背面依次层叠设置有背面钝化接触结构、背面减反射层和背面电极。其中，所述掺杂多晶硅层的表面设置所述钝化层，所述钝化层的表面设置所述正面减反射层，所述正面减反射层的表面设置所述正面电极，所述正面电极贯穿所述正面减反射层和所述钝化层，与所述掺杂多晶硅层的重掺杂区域接触。所述硅片基底的背面设置所述背面钝化接触结构，所述背面钝化接触结构的表面设置所述背面减反射层，所述背面减反射层的表面设置所述背面电极，所述背面电极贯穿所述背面减反射层与所述背面钝化接触结构接触。
示例地，所述钝化层包括层叠设置的氧化硅层和氧化铝层。其中，所述氧化硅层设置在所述掺杂多晶硅层的表面，所述氧化铝层设置在所述氧化硅层的表面。
示例地，所述正面减反射层和背面减反射层均为氮化硅层。
本实施例中，如图7所示，所述太阳能电池包括硅片基底1的正面依次设置的正面隧穿氧化层2、纳米晶硅层3、正面掺杂多晶硅层4、氧化硅层7、氧化铝层8、正面氮化硅层9和正面电极11以及硅片基底1的背面依次设置的背面隧穿氧化层5、背面掺杂多晶硅层6、背面氮化硅层10和背面电极12。
其中，所述正面掺杂多晶硅层4包括重掺杂区域13和所述重掺杂区域13以外的轻掺杂区域，所述重掺杂区域13用于设置金属栅线，所述重掺杂区域13与所述正面电极11接触。所述正面隧穿氧化层2、所述纳米晶硅层3和所述正面掺杂多晶硅层4构成正面的选择性发射极，所述背面隧穿氧化层5和所述背面掺杂多晶硅层6构成所述背面钝化接触结构。所述背面掺杂多晶硅层6与所述背面电极12接触。
示例地，所述硅片基底1可以选择N型硅片，对应地，所述正面掺杂多晶硅层4可以为硼掺杂多晶硅层，所述背面掺杂多晶硅层6可以为磷掺杂多晶硅层。
图8为本实用新型提供的太阳能电池的结构示意图之二。
在如图8所示的太阳能电池的实施例中，示例地，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的背面，所述掺杂多晶硅层的表面依次层叠设置有背面减反射层和背面电极，所述硅片基底的正面依次层叠设置有掺杂层、钝化层、正面减反射层和正面电极。其中，所述掺杂多晶硅层的表面设置所述背面减反射层，所述背面减反射层的表面设置所述背面电极，所述背面电极贯穿所述背面减反射层，与所述掺杂多晶硅层的重掺杂区域接触。所述硅片基底的正面设置所述掺杂层，所述掺杂层的表面设置所述钝化层，所述钝化层的表面设置所述正面减反射层，所述正面减反射层的表面设置所述正面电极，所述正面电极贯穿所述正面减反射层和所述钝化层，与所述掺杂层接触。
示例地，所述钝化层包括层叠设置的氧化硅层和氧化铝层。其中，所述氧化硅层设置在所述掺杂多晶硅层的表面，所述氧化铝层设置在所述氧化硅层的表面。
示例地，所述正面减反射层和背面减反射层均为氮化硅层。
本实施例中，如图8所示，所述太阳能电池包括硅片基底1a的正面依次设置的掺杂层2a、氧化硅层6a、氧化铝层7a、正面氮化硅层8a和正面电极10a以及硅片基底1a的背面依次设置的隧穿氧化层3a、纳米晶硅层4a、掺杂多晶硅层5a、背面氮化硅层9a和背面电极11a。
其中，所述掺杂多晶硅层5a包括重掺杂区域12a和所述重掺杂区域12a以外的轻掺杂区域，所述重掺杂区域12a用于设置金属栅线，所述重掺杂区域12a与所述背面电极11a接触。所述隧穿氧化层3a、纳米晶硅层4a和掺杂多晶硅层5a构成背面的钝化接触结构。所述掺杂多晶硅层5a与所述背面电极11a接触。
示例地，所述硅片基底1可以选择N型硅片，对应地，所述掺杂层2a可以为硼掺杂层，所述掺杂多晶硅层5a可以为磷掺杂多晶硅层。
综上，本实用新型提供的太阳能电池，第一，可以在硅片基底的正面设置隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，可以作为正面的发射极，硅片基底的金属接触区域对应的重掺杂区域可以降低接触电阻，提升填充因子，并且硅片基底的非金属接触区域对应的隧穿氧化层、纳米晶硅层和较低浓度的掺杂多晶硅层可以构成钝化接触结构，增加硅片基底正面的钝化效果，提升开路电压，同时，还可以在硅片基底的背面设置钝化接触结构，进一步提升了电池的光电转化效率；第二，可以在硅片基底的背面设置隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，构成选择性掺杂钝化接触结构，同时在硅片基底的正面设置掺杂层作为发射极，通过结构上的组合设计，有利于提升电池的光电转化效率。此外，本实用新型提供的太阳能电池为一种晶硅、氧化硅和多晶硅构成的异质结结构，具有选择性掺杂的钝化接触特性，大大提高了电池性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：在硅片基底上依次层叠设置的隧穿氧化层、纳米晶硅层和掺杂多晶硅层，所述掺杂多晶硅层包括重掺杂区域和所述重掺杂区域以外的轻掺杂区域，所述重掺杂区域用于设置金属栅线。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米晶硅层为掺杂纳米晶硅层。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅片基底的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿氧化层的材质包括氧化硅，所述隧穿氧化层的厚度为1～3纳米。
6.根据权利要求1至5任一所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的正面或背面中的至少一面。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的正面，所述掺杂多晶硅层的表面依次层叠设置有钝化层、正面减反射层和正面电极，所述硅片基底的背面依次层叠设置有背面钝化接触结构、背面减反射层和背面电极。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿氧化层、所述纳米晶硅层和所述掺杂多晶硅层设置在所述硅片基底的背面，所述掺杂多晶硅层的表面依次层叠设置有背面减反射层和背面电极，所述硅片基底的正面依次层叠设置有掺杂层、钝化层、正面减反射层和正面电极。
9.根据权利要求7或8所述的太阳能电池，其特征在于，所述钝化层包括层叠设置的氧化硅层和氧化铝层。
10.根据权利要求7或8所述的太阳能电池，其特征在于，所述正面减反射层和所述背面减反射层均为氮化硅层。
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