CN115425096A - 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式涉及太阳能电池技术领域，公开了一种太阳能电池包括：基底；位于基底的后表面依次设置的第二钝化层、极化现象弱化层、至少一层氮化硅层；第二钝化层包括至少一层氧化铝AlxOy，其中氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，至少一层氧化铝的总体折射率在1.4至1.6之间且氧化铝层的厚度在4nm至20nm之间；极化现象弱化层包括至少一层氮氧化硅SirOsNt，其中r＞s＞t，至少一层氮氧化硅的折射率在1.5至1.8之间且氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间；氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，氮化硅层的折射率在1.9至2.5之间且氮化硅层的厚度在50nm至100nm之间。本发明中太阳能电池及其制备方法、光伏组件，能够提高太阳能电池的抗PID性能，提高太阳能电池的发电效率。
Description
技术领域
本发明实施方式涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件。
背景技术
现有的PERC(Passivated Emitter and Rear Cell，钝化发射极背面接触电池)电池采用氧化铝/氮化硅叠层作为背面钝化层，氧化铝薄膜含有较高的固定负电荷密度，大量的固定负电荷可以屏蔽硅表面的电子，从而使得能用于复合的电子减少，达到抑制载流子在表面复合的目的。目前PERC已成为主流太阳电池技术。然而，对于PERC相关的光伏组件，电位诱发衰减效应(PID，Potential Induced Degradation)会对电池的性能会产生严重负面影响，导致转换效率降低。引起PID效应的重要原因包括：在太阳能电池发电的过程中，电池片与光伏组件的其它结构间(比如封装材料)形成的电势差扰乱了电池片中正常的电流通路，表现出功率衰减、发电量降低的不良情况。因此，如何改善PERC电池的抗PID效应且保持高效率具有重要的意义。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，能够提高太阳能电池的抗PID性能，提高太阳能电池的发电效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种太阳能电池，包括：基底；位于所述基底的前表面且在远离所述基底的方向上依次设置的发射极、第一钝化层、第一减反射层；位于所述基底的后表面且在远离所述基底的方向上依次设置的第二钝化层、极化现象弱化层、至少一层氮化硅层；所述第二钝化层包括至少一层氧化铝AlxOy，其中氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，所述至少一层氧化铝的总体折射率在1.4至1.6之间且所述氧化铝层的厚度在4nm至20nm之间；所述极化现象弱化层包括至少一层氮氧化硅SirOsNt，其中r＞s＞t，所述至少一层氮氧化硅的折射率在1.5至1.8之间且所述氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间；所述氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，所述氮化硅层的折射率在1.9至2.5之间且所述氮化硅层的厚度在50nm至100nm之间。
另外，所述至少一层氮化硅层包括层叠设置的多层氮化硅单元层，在远离所述基底的方向上，所述多层氮化硅单元层包括层叠设置的第一氮化硅单元层、第二氮化硅单元层和第三氮化硅单元层，其中所述第一氮化硅单元层的厚度在5nm至20nm之间、所述第二氮化硅单元层的厚度在20nm至40nm之间以及所述第三氮化硅单元层的厚度在40nm-75nm之间。
另外，在远离所述基底的方向上，所述多层氮化硅单元层的折射率逐层减小，所述第一氮化硅单元层的折射率在2.1至2.5之间，所述第二氮化硅单元层的折射率在2至2.3之间，所述第三氮化硅单元层的折射率在1.9至2.1之间。
另外，所述氮氧化硅层为富硅层，其中硅原子浓度在5×1021/cm3至2.5×1022/cm3之间。
另外，所述第二钝化层还包括氧化硅层，所述氧化硅层介于所述基底和所述氧化铝层之间。
另外，所述氧化硅层的厚度在0.1nm至5nm之间。
本发明的实施方式还提供了一种光伏组件，包括至少一个太阳能电池串，所述太阳能电池串由上述太阳能电池电连接组成。
本发明的实施方式还提供了一种太阳能电池的制备方法，包括：基底；在所述基底的前表面、且远离所述基底的方向上依次形成发射极、第一钝化层、第一减反射层；在所述基底的后表面且远离所述基底的方向上依次形成第二钝化层、极化现象弱化层、至少一层氮化硅层，形成的所述第二钝化层包括至少一层氧化铝AlxOy，其中，氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，所述至少一层氧化铝的总体折射率在1.4至1.6之间且所述氧化铝层的厚度在4nm至20nm之间；形成的所述极化现象弱化层包括至少一层氮氧化硅SirOsNt，其中，r＞s＞t，所述至少一层氮氧化硅的折射率在1.5至1.8之间且所述氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间；形成的所述氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，所述氮化硅层的折射率在1.9至2.5之间且所述氮化硅层的厚度在50nm至100nm之间。
另外，所述形成第二钝化层包括：在所述基底的后表面沉积所述至少一层氧化铝，其反应物为氩气、三甲基铝和笑气，其中，所述氩气、所述三甲基铝和所述笑气的气体流量比在1:1:1至1.5:1:2之间。
另外，所述形成极化现象弱化层包括：在所述氧化铝层的表面沉积所述极化现象弱化层中的至少一层氮氧化硅，其反应物为硅烷、氨气和笑气，其中，所述硅烷、所述氨气以及所述笑气的气体流量比在1:1:3至1:4:6之间。
另外，所述形成极化现象弱化层包括：在所述氧化铝层的表面先沉积形成中间氧化硅层，其反应物为硅烷和笑气，其中，所述硅烷和所述笑气的气体流量比在1:3至1:6之间；在所述中间氧化硅层形成后通入氨气以反应形成所述氮氧化硅层。
另外，在所述中间氧化硅层形成后通入氨气以反应形成所述氮氧化硅层的步骤中，所述氨气为在制备所述氮化硅层时通入的气体。
另外，所述形成至少一层氮化硅层包括：在所述氮氧化硅层的表面沉积所述至少一层氮化硅层，其反应物为硅烷和氨气，其中所述硅烷和所述氨气的气体流量比在1:1.3和1:4之间。
另外，所述至少一层氮化硅层包括三层氮化硅单元层，形成所述三层氮化硅单元层包括：在所述氮氧化硅层的表面形成第一氮化硅单元层，其反应物为硅烷和氨气，其中，所述硅烷和所述氨气的气体流量比在1:1.3至1:1.5之间；在所述第一氮化硅单元层的表面形成第二氮化硅单元层，其反应物为硅烷和氨气，其中，所述硅烷和所述氨气的气体流量比在1:1.5至1:2.2之间；在所述第二氮化硅单元层的表面形成第三氮化硅单元层，其反应物为硅烷和氨气，其中，所述硅烷和所述氨气的气体流量比在1:2.2至1:4之间。
另外，所述第一氮化硅单元层的厚度在5nm至20nm之间、所述第二氮化硅单元层的厚度在20nm至40nm之间以及所述第三氮化硅单元层的厚度在40nm-75nm之间。
另外，所述第一氮化硅单元层的折射率在2.1至2.5之间，所述第二氮化硅单元层的折射率在2至2.3之间，所述第三氮化硅单元层的折射率在1.9至2.1。
另外，所述形成第二钝化层还包括：在所述基底和所述氧化铝层之间形成氧化硅层以隔离所述氧化铝层和所述基底。
另外，所述氧化硅层的厚度在0.1nm至5nm之间。
本发明实施方式相对于现有技术而言提供了一种太阳能电池，包括：基底；位于基底的前表面且在远离基底的方向上依次设置的发射极、第一钝化层、第一减反射层。通过在太阳能电池的后表面增设致密的极化现象弱化层、以及至少一层氮化硅层，可以有效地增强钝化和入射光综合利用率，减小层间的电势差，增加电池的短路电流和开路电压，同时提高该结构电池抗PID性能，进而保证了电池的高转换效率。且由于本方案中氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，至少一层氧化铝的总体折射率在1.4至1.6之间且氧化铝层的厚度在4nm至20nm之间；至少一层氮氧化硅SirOsNt，其中r＞s＞t，至少一层氮氧化硅的折射率在1.5至1.8之间且氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间；氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，氮化硅层的折射率在1.9至2.5之间且氮化硅层的厚度在50nm至100nm之间，通过限定氮化硅层、氧化铝层和氮氧化硅层中各原子的原子数大小关系，从而使得所述太阳能电池后表面各膜层的折射率处于合理的折射率范围，当太阳能电池后表面整体膜层的折射率位于该合理的范围内且具备适合各膜层的厚度，可提高太阳能电池的光线利用率，提升电池的光转换效率。
附图说明
一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式的太阳能电池的结构示意图；
图2是根据本发明第一实施方式的太阳能电池的另一种结构示意图；
图3是根据本发明第一实施方式的太阳能电池的再一种结构示意图；
图4是根据本发明第三实施方式的太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图5是根据本发明给出的对比例中太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：基底；位于基底的前表面且在远离基底的方向上依次设置的第一钝化层、第一减反射层；位于基底的后表面且在远离基底的方向上依次设置的第二钝化层、极化现象弱化层、氮化硅层。第二钝化层包括至少一层氧化铝AlxOy，其中氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，至少一层氧化铝的总体折射率在1.4至1.6之间且所述氧化铝层的厚度在4nm至20nm之间；极化现象弱化层包括至少一层氮氧化硅SirOsNt，其中r＞s＞t，至少一层氮氧化硅的折射率在1.5至1.8之间且所述氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间；所述氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，氮化硅层的折射率在1.9至2.5之间且所述氮化硅层的厚度在50nm至100nm之间。
通过在特定的氧化铝层和氮化硅层之间设置包括氮氧化硅的极化现象弱化层，可以减小氧化铝和氮化硅膜层间的电势差，提高电池的抗PID性能，进而保证了电池的高转换效率。而且通过限定氧化铝层、氮氧化硅层以及氮化硅层中各原子的原子数大小关系，使得所述太阳能电池后表面各膜层的折射率处于合理的折射率范围。当太阳能电池后表面各膜层的折射率位于合理的折射率范围内且具备适合各膜层的厚度，可提高太阳能电池的光线利用率，提升电池的光转换效率。
下面对本发明的太阳能电池的一些实施例进行详细的说明，以下内容仅为方便理解提供的实施细节，并非实施本方案的必须。
图1是根据本发明第一实施方式的太阳能电池的结构示意图。
如图1所示，所述太阳能电池包括：基底10。基底10包括本征硅基底11以及发射极12，本征硅基底11和发射极12形成PN结。例如，本征硅基底11可以为P型基底，发射极12可以为N型掺杂层，P型基底和N型掺杂层共同组成PN结结构。可选地，本征硅基底11包括但不限于单晶硅基底、多晶硅基底、类单晶硅基底等。需要说明的是，基底10的前表面是指面向太阳的光接收面，基底10的后表面是指与所述前表面相对的表面，即背光面。具体地，靠近发射极12一侧的表面为前表面，靠近本征硅基底11一侧的表面为后表面。
所述太阳能电池还包括：位于基底10前表面上且在远离基底10的方向上依次层叠设置的第一钝化层13、第一减反射层14。在部分实施例中，所述太阳能电池还包括：贯穿第一钝化层13、第一减反射层14，且与基底10的发射极12形成欧姆接触的第一电极15。
其中，第一钝化层13包括但不限于氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层等，第一钝化层13用于降低载流子的复合，从而提高太阳能电池的开路电压，提高短路电流。第一减反射层14可以设置与第一钝化层13相似或实质相同的层，例如包括但不限于氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层等。第一减反射层14不仅可以起到减少光入射在电池表面反射率的作用，也能起到钝化电池表面作用。
所述太阳能电池还包括：位于基底10后表面上且在远离基底10的方向上依次层叠设置的第二钝化层20、极化现象弱化层18、至少一层氮化硅层19。在部分实施例中，所述太阳能电池还包括：贯穿第二钝化层20、极化现象弱化层18、至少一层氮化硅层19，且与基底10形成欧姆接触的第二电极21。
第二钝化层20至少包括一层氧化铝AlxOy(即氧化铝层17)，AlxOy中氧含量与铝含量的比值在0.8至1.6之间，即0.8<y/x<1.6。可选地，0.8<y/x≤1，1<y/x＜1.5，或者1.5≤y/x<1.6。所述氧化铝层17的厚度在4nm至20nm之间。可选地，所述氧化铝层17的厚度为5nm、10mn、15nm、20nm等。在形成所述特定厚度的氧化铝层17时，所述氧化铝层17中的氧含量和铝含量比控制在0.8至1.6之间，所述至少一层氧化铝层17的折射率在1.4至1.6之间。可选地，所述至少一层氧化铝层17折射率在1.55至1.59之间。值得说明的是，当氧化铝层17设置有多层时，此处所说的折射率应为所有氧化铝层的整体折射率，也就是说，多层氧化铝层所有膜层的整体折射率在1.4至1.6之间。可选地，多层氧化铝层所有膜层的整体折射率在1.55至1.59之间。
如图1所示，第二钝化层20还包括氧化硅层16。氧化硅层16介于基底10和氧化铝层17之间。在基底10和氧化铝层17之间形成氧化硅层16以隔离所述氧化铝层17和所述基底10，可以避免所述氧化铝层17和所述基底10直接接触。致密的氧化硅层16SiO2化学性质稳定，可以对基底10表面的悬挂键进行较好的化学钝化。其中，氧化硅层16的厚度在0.1nm至5nm之间。可选地，氧化硅层16的厚度为2nm、3nm、4nm等。
经实验验证发现，通过加入特定设计的氧化硅层16，比如，氧化硅层16的厚度在0.1nm至5nm之间。相较于不含氧化硅的钝化层方案，PID的改善比例达到21.2％～27.7％。
极化现象弱化层18包括至少一层氮氧化硅SirOsNt。SirOsNt中硅含量＞氧含量＞氮含量，即r＞s＞t。所述氮氧化硅层为富硅层，其中硅原子浓度在5×1021/cm3至2.5×1022/cm3之间。所述极化现象弱化层18用于减少两侧膜层间的电池差以提升抗PID效果。在一些实施例中，所述极化现象弱化层18中的氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间。可选地，所述氮氧化硅层的厚度为6nm、11mn、16nm、21nm、25nm、30nm等。在形成所述特定厚度的氮氧化硅层时，所述氮氧化硅层中的硅含量＞氧含量＞氮含量，所述至少一层氮氧化硅层的折射率在1.5至1.8之间。值得说明的是，当氮氧化硅层设置有多层时，此处所说的折射率应为所有氮氧化硅层的整体折射率，也就是说，多层氮氧化硅层所有膜层的整体折射率在1.5至1.8之间。
经实验验证发现，通过加入特定设计的极化现象弱化层18，比如，极化现象弱化层的厚度在1nm至30nm之间，相较于不含极化现象弱化层的钝化层方案，PID的改善比例达到42.8％-69.60％。
经实验验证发现，在一些实施例中，当所述太阳能电池的后表面同时设置起隔离作用的氧化硅层16和极化现象弱化层18，PID的改善比例高达81.6％-99.00％。
所述氮化硅(SiuNv)层19，SiuNv中硅含量和氮含量之比在1至4之间，即1<u/v<4。可选地，1<u/v≤2，或者，2<u/v<4。所述氮化硅层19的厚度在50nm至100nm之间。可选地，所述氮化硅层19的厚度为60nm、75nm、90nm等。在形成所述特定厚度的氮化硅层19时，所述氮化硅层19中的硅和氮的含量比可控制在1至4之间，所述氮化硅层19的折射率在1.9至2.5之间。可选地，所述氮化硅层19包括层叠设置的多个氮化硅单元层，例如2～5层。在远离所述基底10的方向上，所述氮化硅单元层的折射率逐层减小，但总体折射率应控制在1.9至2.5之间。需要说明的是，所述多层氮化硅单元层的数量可以根据沉积的氮化层厚度和折射率需求进行配置，本发明并不对此加以限制。
综上，为了实现具有高抗PID效应和高效率的太阳能电池，对所述太阳能电池后表面的第二钝化层20、极化现象弱化层18、氮化硅层19的厚度和各自对应的折射率进行匹配设计。通过限定第二钝化层20中的氧化铝层17、极化现象弱化层18以及氮化硅层19中各成分的原子数大小关系，以使太阳能电池后表面整体膜层的折射率在合理折射率范围内，当太阳能电池后表面整体膜层的折射率位于所述合理的折射率范围内且具备适合各膜层的厚度，具有较佳的增透效果，能够提高所述太阳能电池片的光线利用率，提升所述太阳能电池片的转换效率。
本申请通过在所述太阳能电池的后表面增设氧化铝层17，氧化铝层17生长及退火温度相对较低，经过高温热处理的氧化铝层17中铝原子八面体结构会转换为四面体结构，产生间隙态氧原子，间隙态氧原子夺取基底10中的价态电子，形成固定负电荷，使氧化铝层17显出负电性，在界面产生一个指向基底10内部的界面电场，使载流子可迅速逃离界面，降低界面复合速率，提高基底10少子寿命。位于氧化铝层17上的极化现象弱化层18可有效阻止钠离子、～OH和～CH3基团后续生成物向电池内部迁移，阻挡可动离子在外电场及温、湿度作用下的移动迁移，减小膜层间的电势差，加强抗PID效果，具有较好的抗PID性能和抗老化衰减表现。位于极化现象弱化层18上的氮化硅层19，综合光程匹配达到最佳减反效果，同时可对相邻的氧化铝层17、极化现象弱化层18起到保护以防止浆料过多反应腐蚀；退火后的该层的H钝化效应显著，进一步提高硅片少子寿命，也可以一定程度上阻止Na+、～OH和～CH3基团后续生成物向电池内部迁移，避免电池组件产生漏电造成功率衰减，匹配上述氧化铝层17和极化现象弱化层18共同降低组件功率损失，提高电池光衰及热辅助光衰表现、抗PID性能。
在一些实施例中，图1所示的氮化硅层19设置为具有多个层叠设置的氮化硅单元层，且在远离基底10向外的方向上，所述多个氮化硅单元层的折射率逐层减小。可选地，所述氮化硅层19可包括2-5层氮化硅单元层。
仅作为一种可选实施例，如图2所示，所述氮化硅层19包括三层氮化硅单元层。本实施例中，在远离基底10向外的方向上，氮化硅层19包括第一氮化硅单元层191，第二氮化硅单元层192和第三氮化硅单元层193。本实施例中，所述氮化硅层19的整体折射率范围在1.9至2.5之间。所述第一氮化硅单元层191的厚度在5至20nm之间、所述第二氮化硅单元层192的厚度在20至40nm之间、所述第三氮化硅单元层193的厚度在40至75nm之间。所述第一氮化硅单元层191的折射率在2.1至2.5之间，所述第二氮化硅单元层192的折射率在2至2.3之间，所述第三氮化硅单元层193的折射率在1.9至2.1之间。值得注意的是，虽然上述三层氮化硅单元层中两两氮化硅单元层的折射率存在相同的取值，但在实际取值中，需保证三层氮化硅单元层选取的折射率满足“在远离基底10向外的方向上，所述多个氮化硅单元层的折射率逐层减小”这一条件，因此，不会出现三层氮化硅单元层中两两氮化硅单元层的折射率取值相同的情况出现。
作为另一种可实现的方式，如图3所示，所述氮化硅层19包括二层氮化硅单元层。本实施例中，在远离基底10向外的方向上，氮化硅层19包括第一氮化硅单元层191和第二氮化硅单元层192。本实施例中，所述氮化硅层19的整体折射率范围在1.9至2.5之间。其中，所述第一氮化硅单元层191的厚度在15至40nm之间、所述第二氮化硅单元层192的厚度在35至110nm之间。所述第一氮化硅单元层191的折射率在2.3至2.5之间，所述第二氮化硅单元层192的折射率在1.9至2.2之间。
本发明的第二实施方式涉及一种光伏组件，所述光伏组件包括至少一个太阳能电池串，所述太阳能电池串由上述太阳能电池电连接组成，例如，图1至图3所示例的太阳能电池。在所述太阳能电池串中，所述太阳能电池以串联和/或并联的形式电连接。所述形成的光伏组件包括但不限于叠片组件、双面组件、多主栅组件等。例如，获取至少具有上述任一实施方式的太阳能电池组成的电池片，利用导电材料将电池片彼此电连接以形成电池串，并通过层压工艺将背板，乙烯～醋酸乙烯共聚物(EVA)与电池串按照一定的顺序层叠，后续通过将层叠后的结构安装边框形成组件。太阳能电池可以将吸收的光能转化为电能。组件将利用电池片获得的电能传递给负载。
本发明第三实施方式提供了一种太阳能电池的制备方法以制备上述实施例所述的太阳能电池，太阳能电池的制备方法的流程示意图如图4所示，具体包括：
步骤101：提供基底。
具体的说，基底包括本征硅基底以及发射极，本征硅基底和发射极可以形成PN结。例如，如图1至图3所示，基底10包括本征硅基底11以及发射极12，本征硅基底11和发射极12形成PN结。例如，本征硅基底11可以为P型基底，发射极12可以为N型掺杂层，P型基底和N型掺杂层共同组成PN结结构。可选地，本征硅基底11包括但不限于单晶硅基底、多晶硅基底、类单晶硅基底等。需要说明的是，基底10的前表面是指面向太阳的光接收面，基底10的后表面是指与所述前表面相对的表面，即背光面。具体地，靠近发射极12一侧的表面为前表面，靠近本征硅基底11一侧的表面为后表面。
步骤102：在基底的前表面且远离基底的方向上依次设置第一钝化层、第一减反射层以及第一电极。
如图1至图3所示，本实施例中第一钝化层13、第一减反射层在远离基底10的方向上、依次层叠设置于基底10前表面上。其中，第一钝化层13包括但不限于氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层等，第一钝化层13用于降低载流子的复合，从而提高太阳能电池的开路电压，提高短路电流。第一减反射层14可以设置与钝化层相似或实质相同的层，例如包括但不限于氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层等。减反射层不仅可以起到减少光入射在电池表面反射率的作用，也能起到钝化电池表面作用。
所述第一钝化层13或第一减反射层14可以通过包括但不限于等离子体增强化学气相层积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)，原子层沉积(Atomiclayer deposition，ALD)、化学气相层沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)和物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)等形成。
在部分实施例中，还会在基底10的前表面形成第一电极15，第一电极15贯穿第一钝化层13、第一减反射层14，且与基底10的发射极12形成欧姆接触。所述第一电极15可以通过金属化处理形成，比如通过丝网印刷导电浆料形成所述第一电极15。
步骤103：在基底的后表面且远离基底的方向上形成第二钝化层。
如图1至图3所示，在基底10的后表面形成第二钝化层20。第二钝化层20至少包括一层氧化铝AlxOy(如氧化铝层17)，AlxOy中氧含量与铝含量的比值在0.8至1.6之间，即0.8<y/x<1.6。可选地，0.8<y/x≤1。可选地，1<y/x＜1.5，或者，1.5≤y/x<1.6。所述氧化铝层17的厚度在4nm至20nm之间。可选地，所述氧化铝层17的厚度为5nm、10mn、15nm、20nm等。在形成所述特定厚度的氧化铝层17时，所述氧化铝层17中的氧含量和铝含量比控制在0.8至1.6之间，所述至少一层氧化铝层17的折射率在1.4至1.6之间。可选地，所述氧化铝层17折射率在1.55至1.59之间。值得说明的是，当氧化铝层17设置有多层时，此处所说的折射率应为所有氧化铝层的整体折射率，也就是说，多层氧化铝层所有膜层的整体折射率在1.4至1.6之间。可选地，多层氧化铝层所有膜层的整体折射率在1.55至1.59之间。
在一些实施例中，通过PECVD制备所述第二钝化层20中的氧化铝层17，可以采用氩气、三甲基铝和笑气作为其反应物，其中，氩气、三甲基铝和笑气的气体流量比在1:1:1至1.5:1:2之间，可选地，气体流量比在1:1:1至1:1:2之间，PECVD反应腔压力为0.13毫巴。所形成的氧化铝层17的厚度在4nm至20nm之间，所述氧化铝层17中的氧和铝的含量比(即原子数比)可控制在0.8至1.6之间，所述氧化铝层17的折射率在1.4至1.6之间。
在一些实施例中，第二钝化层20还包括氧化硅层16，氧化硅层16介于基底10和氧化铝层17之间。在基底10和氧化铝层17之间形成氧化硅层16以隔离所述氧化铝层17和所述基底10。通过在基底10刻蚀工序中加入臭氧(O3)工艺形成氧化硅层16，致密的氧化硅层16SiO2化学性质稳定，可以对基底10表面的悬挂键进行很好的化学钝化。氧化硅层16的厚度在0.1nm至5nm之间。可选地，氧化硅层16的厚度为2nm、3nm、4nm等。
步骤104：在第二钝化层远离基底的一侧的表面形成极化现象弱化层。
所述极化现象弱化层18可以作为中间膜层，用于减小其上下膜层间的电势差，提高电池的抗PID性能，进而保证了电池的高转换效率。在一些实施例中，如图1至图3所示，所述极化现象弱化层18包括至少一层氮氧化硅SirOsNt。所述形成的氮氧化硅中的原子数具有特定的关系，SirOsNt中硅含量＞氧含量＞氮含量，即r＞s＞t。氮氧化硅层为富硅层，其中硅原子浓度在5×1021/cm3至2.5×1022/cm3之间。
作为一种可实现的方式，在所述氧化铝层17的表面沉积所述极化现象弱化层18中的至少一层氮氧化硅层时，在反应腔内同时通入硅烷、氨气和笑气，其中，硅烷、氨气、以及笑气的气体流量比为1:1:3至1:4:6之间，反应腔压力为0.25毫巴。所形成的氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间，所述至少一层氮氧化硅层的折射率在1.5至1.8之间。值得说明的是，当氮氧化硅层设置有多层时，此处所说的折射率应为所有氮氧化硅层的整体折射率，也就是说，多层氮氧化硅层所有膜层的整体折射率在1.5至1.8之间。
作为另一种可实现的方式，在所述氧化铝层17的表面先沉积形成中间氧化硅层，其反应物为硅烷和笑气，其中，硅烷和笑气的气体流量比在1:3至1:6之间，反应腔压力为0.25毫巴；在所述中间氧化硅层形成后通入氨气以反应形成所述氮氧化硅层。也就是说，先在氧化铝表面反应形成中间二氧化硅层，之后再单独通入氨气以与二氧化硅层反应形成氮氧化硅层。所形成的氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间，所述氮氧化硅层的折射率在1.5至1.8之间。
在部分实施例中，对中间二氧化硅层通入氨气以形成氮氧化硅层的步骤中，氨气为在制备氮化硅层的过程中通入的气体。也就是说，先在氧化铝层17的表面先沉积形成中间氧化硅层，考虑到在制备后氮化硅层时需用到氨气作为反应物，因此，可将制备氮化硅层所需的部分氨气通入反应腔内，该部分氨气会与中间二氧化硅反应生成氮氧化硅层。
步骤105：在极化现象弱化层远离基底的一侧的表面形成至少一层氮化硅层。
如图1至图3所示，在极化现象弱化层18的表面形成氮化硅层19。所述氮化硅层19可以表示为SiuNv，其中硅原子和氮原子的含量比(即原子数比)值在1至4之间，即1<u/v<4。所述氮化硅层19的厚度在50nm至100nm之间。
可选地，通过PECVD制备所述氮化硅层19，可以采用硅烷和氨气作为其反应物，反应腔压力为0.25毫巴，硅烷和氨气的气体流量比在1:4之间，所形成的氮化硅层19的厚度在50nm至100nm之间，折射率在1.9至2.5之间。可选地，所述氮化硅层19的厚度为60nm、75nm、90nm等。
在一些实施例中，制备的所述氮化硅层19由多个层叠设置的氮化硅单元层组成。可选地，所述氮化硅层19包括2-5层氮化硅单元层，比如2层、3层等。
作为一种可行的实施方式，如图2所示，所述氮化硅层19包括第一氮化硅单元层191，第二氮化硅单元层192和第三氮化硅单元层193。具体地，将反应物通入PECVD设备的第一反应腔内，其反应物为硅烷和氨气，硅烷和氨气的气体流量比在1:1.3至1:1.5之间，反应腔内压力为0.25毫巴，通过所述PECVD工艺形成第一氮化硅单元层191；在第一反应腔内继续通入反应物，反应物为硅烷和氨气，硅烷和氨气的气体流量比在1:1.5至1:2.2之间，反应腔内压力为0.25毫巴，通过所述PECVD工艺形成第二氮化硅单元层192；将反应物通入PECVD设备的第二反应腔内，其反应物为硅烷和氨气，硅烷和氨气的气体流量比在1:2.2至1:4之间，第二反应腔压力为0.25毫巴，通过所述PECVD工艺形成第三氮化硅单元层193。
基于上述工艺匹配制备，所述第一氮化硅单元层的厚度在5nm至20nm之间、所述第二氮化硅单元层的厚度在20nm至40nm之间以及所述第三氮化硅单元层的厚度在40nm至75nm之间。所述第一氮化硅单元层的折射率在2.1至2.5之间，所述第二氮化硅单元层的折射率在2至2.3之间，所述第三氮化硅单元层的折射率在1.9至2.1。所述氮化硅层19的整体折射率范围在1.9至2.5之间。值得注意的是，虽然上述三层氮化硅单元层中两两氮化硅单元层的折射率存在相同的取值，但在实际取值中，需保证三层氮化硅单元层选取的折射率满足“在远离基底10向外的方向上，所述多个氮化硅单元层的折射率逐层减小”这一条件，因此，不会出现三层氮化硅单元层中两两氮化硅单元层的折射率取值相同的情况出现。
作为一种可行的实施方式，如图3所示，所述氮化硅层19包括第一氮化硅单元层191和第二氮化硅单元层192。具体地，将反应物通入PECVD设备的第一反应腔内，其反应物为硅烷和氨气，硅烷和氨气的气体流量比在1:1.9，反应腔内压力为0.25毫巴，通过所述PECVD工艺形成第一氮化硅单元层191；在第一反应腔内继续通入反应物，反应物为硅烷和氨气，硅烷和氨气的气体流量比在1:2.8，反应腔内压力为0.25毫巴，通过所述PECVD工艺形成第二氮化硅单元层192。
基于上述工艺匹配制备，所述第一氮化硅单元层的厚度在15nm至40nm之间、所述第二氮化硅单元层的厚度在35nm至110nm之间。所述第一氮化硅单元层的折射率在2.3至2.5之间，所述第二氮化硅单元层的折射率在1.9至2.2之间。
步骤106：在所述氮化硅层的表面印刷导电浆料并烧结形成第二电极，所述第二电极贯穿第二钝化层、极化现象弱化层、氮化硅层，且与基底形成欧姆接触。
综上，为了实现具有高抗PID效应和高效率的太阳能电池，利用上述制备方法，在所述太阳能电池后表面对第二钝化层20、极化现象弱化层18、氮化硅层19的厚度和各自对应的折射率进行匹配设计。通过适当的工艺以形成第二钝化层20中的氧化铝层17、极化现象弱化层18以及氮化硅层19中各成分的原子数大小关系，以使太阳能电池后表面整体膜层的折射率在合理折射率范围内，当太阳能电池后表面整体膜层的折射率位于所述合理的折射率范围内且具备适合各膜层的厚度，具有较佳的增透效果，能够提高所述太阳能电池片的光线利用率，提升所述太阳能电池片的转换效率。
本申请通过在所述太阳能电池的后表面增设氧化铝层17，氧化铝层17生长及退火温度相对较低，经过高温热处理的氧化铝层17中铝原子八面体结构会转换为四面体结构，产生间隙态氧原子，间隙态氧原子夺取基底10中的价态电子，形成固定负电荷，使氧化铝层17显出负电性，在界面产生一个指向基底10内部的界面电场，使载流子可迅速逃离界面，降低界面复合速率，提高基底10少子寿命。位于氧化铝层17上的极化现象弱化层18可有效阻止钠离子、～OH和～CH3基团后续生成物向电池内部迁移，阻挡可动离子在外电场及温、湿度作用下的移动迁移，减小膜层间的电势差，加强抗PID效果，具有较好的抗PID性能和抗老化衰减表现。位于极化现象弱化层18上的氮化硅层19，综合光程匹配达到最佳减反效果，同时可对相邻的氧化铝层17、极化现象弱化层18起到保护以防止浆料过多反应腐蚀；退火后的该层的H钝化效应显著，进一步提高硅片少子寿命，也可以一定程度上阻止Na+、～OH和～CH3基团后续生成物向电池内部迁移，避免电池组件产生漏电造成功率衰减，匹配上述氧化铝层17和极化现象弱化层18共同降低组件功率损失，提高电池光衰及热辅助光衰表现、抗PID性能。
对比例
对比例提供了一种PERC电池的背面结构，具体结构如图5所示，包括：具有PN结的基底10；位于基底10的前表面且在远离基底10的方向上依次设置的第一钝化层13、第一减反射层14以及第一电极15；位于基底10的后表面且在远离基底10的方向上依次设置的第二钝化层20、氮化硅层19以及第二电极21。所述第二钝化层20包括至少一层氧化铝17AlxOy，其中氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，所述至少一层氧化铝的总体折射率在1.4至1.6之间且所述氧化铝层17的厚度在4nm至20nm之间；所述氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，所述氮化硅层的折射率在1.9至2.5之间且所述氮化硅层19的厚度在50nm至100nm之间。第二钝化层20还包括氧化硅层16。氧化硅层16介于基底10和氧化铝层17之间。在基底10和氧化铝层17之间形成氧化硅层16以隔离所述氧化铝层17和所述基底10、可以避免所述氧化铝层17和所述基底10直接接触。
相较于图1所示的本发明的太阳能电池结构，区别之处在于，所述对比例的背面结构不具备极化现象弱化层18，其余结构和制备方法均相同，通过对比实验发现：
其中，太阳能电池的转换效率＝(开路电压*短路电流*填充因子)/(电池面积*光照幅度)*100％，可以看出，开路电压、短路电流、填充因子与转换效率呈正比。且少子寿命越高，转换效率越高。从表中数据可以看出，后表面增设有SirOsNt的太阳能电池的转换效率比后表面未设置有SirOsNt的太阳能电池的转换效率高0.118％。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相关的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (14)
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
硅基底；
位于所述硅基底的前表面上的第一钝化层；
位于所述硅基底的后表面且在远离所述基底的方向上设置的第二钝化层、极化现象弱化层、至少一层氮化硅层；
所述第二钝化层包括至少一层氧化铝层AlxOy，其中氧含量和铝含量之比符合0.8<y/x<1.6，所述氧化铝层的厚度在4nm至20nm之间；所述极化现象弱化层包括至少一层氮氧化硅层SirOsNt，其中r＞s＞t，所述氮氧化硅层的厚度在1nm至30nm之间；所述氮化硅SiuNv中硅含量和氮含量之比符合1<u/v<4，所述氮化硅层的厚度在50nm至100nm之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一层氮化硅层包括层叠设置的多层氮化硅单元层，在远离所述基底的方向上，所述多层氮化硅单元层包括层叠设置的第一氮化硅单元层、第二氮化硅单元层和第三氮化硅单元层，其中所述第一氮化硅单元层的厚度在5nm至20nm之间、所述第二氮化硅单元层的厚度在20nm至40nm之间以及所述第三氮化硅单元层的厚度在40nm-75nm之间。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，在远离所述基底的方向上，所述多层氮化硅单元层的折射率逐层减小。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述氮氧化硅层为富硅层，其中硅原子浓度在5×1021/cm3至2.5×1022/cm3之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层还包括氧化硅层，所述氧化硅层介于所述基底和所述氧化铝层之间。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述氧化硅层的厚度在0.1nm至5nm之间。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在远离所述硅基底的方向上，所述至少一层氮化硅层包括层叠设置的第一氮化硅单元层和第二氮化硅单元层，其中所述第一氮化硅单元层的厚度在15至40nm之间、所述第二氮化硅单元层的厚度在35至110nm之间。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述氧化铝层包括间隙态氧原子。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅基底包括P型硅基底和N型掺杂层。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一层氮化硅层的整体折射率在1.9-2.5。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一层氧化铝层的整体折射率在1.4至1.6之间。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一层氮氧化硅层的整体折射率在1.5至1.8之间。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一层氧化铝层中铝原子为四面体结构。
14.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括至少一个太阳能电池串，所述太阳能电池串由权利要求1至13中任一项所述的太阳能电池电连接组成。
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