太阳能电池及其制备方法、光伏组件与流程

1.本技术涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件。


背景技术：

2.现有的太阳能电池，在半导体衬底的正面和背面分别设钝化层，在太阳能电池的使用过程中，半导体衬底的晶硅界面与钝化层的非晶硅界面之间置容易出现硅的外延生长现象，硅外延生长层容易造成载流子复合和电性能损失，影响钝化效果，影响电池的转化效率。
3.因此，有必要研究一种既能够有效抑制硅的外延生长，还能提高电池转换效率的电池。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提出一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，能够降低太阳能电池晶硅界面与非晶硅界面的硅外延生长现象，从而改善电池的并联电阻和填充因子，提高电池的转换效率。
5.第一方面，本技术提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；
6.位于所述半导体衬底的第一表面上的第一钝化层和第一电极层；
7.位于所述半导体衬底的第二表面的第二钝化层和第二电极层；其中，在所述第一钝化层和所述半导体衬底的第一表面之间设有给体材料膜层，所述第二钝化层和所述半导体衬底的第二表面之间设有受体材料膜层。
8.可选地，所述受体材料膜层中受材料的电子迁移率为1cm2v
‑1s
‑1～50cm2v
‑1s
‑1，lumo能级为
‑
2.8ev～
‑
3.6ev，homo能级为
‑
5.2ev～
‑
5.6ev，光学带隙为1.7ev～4ev。
9.可选地，所述给体材料膜层中给体材料的空穴迁移率为1
×
10
‑6cm2v
‑1s
‑1～1
×
10
‑2cm2v
‑1s
‑1，lumo能级为
‑
3.2ev～
‑
3.6ev，homo能级为
‑
5.2ev～
‑
6.4ev，光学带隙为1.7ev～4ev。可选地，所述受体材料膜层包括具有电子传输能力的有机受体材料，所述有机受体材料包括富勒烯料基受体材料和非富勒烯基受体材料中的至少一种。
10.可选地，所述给体材料膜层包括具有空穴传输能力的聚噻吩材料、含芴的聚合物材料、含有苯并二噻吩给电子基元的小分子光伏材料和含有卟啉单元的小分子光伏材料中的至少一种。可选地，所述给体材料膜层的厚度为1nm～20nm和/或所述受体材料膜层的厚度为1nm～20nm。
11.可选地，所述半导体衬底包括单晶硅衬底或碳化硅衬底。
12.可选地，所述半导体衬底为n型半导体衬底，所述给体材料膜层设置在所述n型半导体衬底的第一表面与所述第一钝化层之间；
13.或所述半导体衬底为p型半导体衬底，所述受体材料膜层设置在p型半导体衬底第
一表面与所述第一钝化层之间。
14.可选地，所述第一钝化层包括与所述半导体衬底中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料。
15.可选地，所述半导体衬底为n型半导体衬底，所述第一钝化层包括n型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料；
16.或所述半导体衬底为p型半导体衬底，所述第一钝化层包括p型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料。
17.可选地，所述第二钝化层包括与所述半导体衬底中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料。
18.可选地，所述半导体衬底为n型半导体衬底，所述第二钝化层包括p型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料；
19.或所述半导体衬底为p型半导体衬底，所述第二钝化层包括n型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料。
20.可选地，所述第一电极层或第二电极层包括透明导电电极材料。
21.第二方面，本技术实施例提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
22.提供半导体衬底；
23.在半导体衬底的第一表面形成给体材料膜层；在所述给体材料膜层的表面形成第一钝化层，在所述第一钝化层的表面形成第一电极层；
24.和/或
25.在半导体衬底的第二表面形成受体材料膜层；在所述受体材料膜层的表面形成第二钝化层，在所述第二钝化层的表面形成第二电极层。
26.可选地，所述受体材料包括如下技术特征a至c中的至少一种：
27.a.所述受体材料包括具有电子传输能力的有机受体材料和无机受体材料中的至少一种；
28.b.所述受体材料包括具有电子传输能力的有机受体材料和无机受体材料中的至少一种，所述有机受体材料包括富勒烯料基受体材料和非富勒烯基受体材料中的至少一种；
29.c.所述受体材料包括具有电子传输能力的有机受体材料和无机受体材料中的至少一种，所述无机受体材料包括石墨烯、锑化镉和氧化锌中的至少一种。
30.可选地，所述给体材料包括具有空穴传输能力的聚噻吩材料、含芴的聚合物材料、含有苯并二噻吩给电子基元的小分子光伏材料、含有卟啉单元的小分子光伏材料中的至少一种。
31.可选地，所述给体材料膜层和/或受体材料膜层采用以下方法制备：
32.将给体材料溶于第一溶剂中后，采用提拉法、旋涂法、刮刀覆盖法、印刷法和蒸发沉积法中的任意一种涂布在半导体衬底的第一表面，所述给体材料溶于所述第一溶剂中形成浓度为1mg/ml～50mg/ml的溶液；和/或
33.将所述受体材料溶于第二溶剂中后，采用提拉法、旋涂法、刮刀覆盖法、印刷法和蒸发沉积法中的任意一种涂布在半导体衬底的第二表面和/或受体材料溶于所述第二溶剂中形成浓度为1mg/ml～50mg/ml的溶液；
34.所述第一溶剂和/或第二溶剂为氯仿、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷和乙酸乙酯中的任意一种。
35.可选地，在所述给体材料膜层表面形成第一钝化层的方法和/或在所述受体材料膜层表面形成第二钝化层的方法包括：
36.将非晶碳化硅、非晶氧化硅、非晶氮化硅和非晶锗化硅中的至少一种沉积在所述给体材料膜层表面，经第一退火处理得到第一钝化层；和/或
37.将非晶碳化硅、非晶氧化硅、非晶氮化硅和非晶锗化硅中的至少一种沉积在所述受体材料膜层表面，经第二退火处理得到第二钝化层；
38.所述第一退火处理和/或第二退火处理的温度为80℃～120℃、退火处理时间为5min～10min。
39.第三方面，本技术实施例提供一种光伏组件，所述光伏组件包括多个太阳能电池串，每个所述太阳能电池串包括第一方面所述的太阳能电池或第二方面所述的制备方法制得的太阳能电池。
40.本技术的技术方案至少具有以下有益的效果：
41.(1)通过在半导体衬底和第一钝化层之间制备给体材料膜层，在第二钝化层和半导体衬底的第二表面之间制备受体材料膜层，由于给体材料膜层和/或受体材料膜层的存在，阻挡了半导体衬底和钝化层的接触，即阻挡了晶硅界面和非晶硅界面的接触，从而能够抑制硅的外延生长，有效改善电池钝化效果，还能增强光吸收、从而提升电池转换效率。
42.(2)通过受体材料的电子传输能力和给体材料的空穴传输能力强化太阳能电池的钝化作用，提高电池的光电转换效率。
43.(3)通过在半导体衬底第一表面上增加了与半导体衬底中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料制备的膜层，在第二表面增加了与所述半导体衬底中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料制备的膜层，然后沉积制备常规的钝化层，与所述半导体衬底中相同导电类型的非晶钝化材料或微晶钝化材料，其可以与半导体衬底形成pn结，增强电子传输，与所述半导体衬底中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料和微晶钝化材料的目的是形成表面电场，减少载流子的复合，从而提高电池的转换效率。
44.(4)本技术太阳能电池的制备方法，成膜工艺简单，不需要昂贵的设备，且对半导体衬底的损伤较小。
附图说明
45.为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
46.图1为本技术太阳能电池的结构示意图一；
47.图2为本技术太阳能电池的结构示意图二；
48.图3为本技术太阳能电池的结构示意图三；
49.图4为本技术太阳能电池的制备流程图；
50.图5为本技术太阳能电池另一种制备方法的流程图；
51.图6为本技术异质结太阳能电池的结构示意图；
52.图7为本技术异质结太阳能电池的制备流程图。
53.附图：
54.100
‑
半导体衬底；
55.200
‑
第一钝化层；
56.300
‑
第一电极层；
57.400
‑
第二钝化层；
58.500
‑
第二电极层；
59.600
‑
给体材料膜层；
60.700
‑
受体材料膜层；
61.800
‑
p型非晶硅掺杂层；
62.900
‑
第一非晶硅层；
63.110
‑
第一非晶钝化材料或微晶钝化材料层；
64.120
‑
第二非晶钝化材料或微晶钝化材料层；
65.130
‑
第二非晶硅层；
66.140
‑
n型非晶硅掺杂层。
具体实施方式
67.为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
68.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
69.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
70.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
71.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
72.现有的太阳能电池结构的正背面从内向外依次为衬底、钝化层和电极。由于半导体衬底与钝化层接触，在半导体衬底的晶硅界面与钝化层的非晶界面接触的界面容易导致硅的外延生长，使得电池的钝化效果不理想。
73.因而，为克服现有技术的不完善，本技术实施例的技术方案提供一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件，在半导体衬底和非晶硅层之间制备一层给体材料膜层或受体材料膜层，从而抑制硅的外延生长，提高电池钝化效果，改善电池的并联电阻和填充因子，从而提升太阳能电池的转换效率。
74.第一方面，本技术的实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，为本技术太阳能电池的结构示意图一，所述太阳能电池包括半导体衬底100，所述半导体衬底100具有相对的第一表面和第二表面；位于所述半导体衬底100的第一表面上的第一钝化层200和第一电极层300；位于所述半导体衬底100的第二表面的第二钝化层400和第二电极层500；其中，在所述第一钝化层200和所述半导体衬底100的第一表面之间设有给体材料膜层600，在所述第二钝化层400和所述半导体衬底100的第二表面之间设有受体材料膜层700。
75.在上述技术方案中，在半导体衬底100和第一钝化层200之间制备给体材料膜层600，在第二钝化层400和所述半导体衬底100的第二表面之间设有受体材料膜层700，给体材料膜层600和/或受体材料膜层700的存在，其能够阻挡半导体衬底100和钝化层的接触，抑制硅的外延生长，从而有效改善钝化效果，此外，本技术选择的给体材料膜层、受体材料膜层的材料透光率较大、光学寄生吸收小，能够提升电池转换效率。
76.在一些实施例中，半导体衬底100的第一表面可以为半导体衬底100的正面或背面，半导体衬底100的第二表面可以为半导体衬底100与第一表面相对的背面或正面。可以理解地，半导体衬底100的正面为面向太阳的表面，背面即为背对太阳的表面。当第一表面为半导体衬底100的正面时，则第二表面为半导体衬底100的背面。
77.在一些实施例中，可以单独在半导体衬底100的正面设置给体材料膜层600或受体材料膜层700，也可以单独在半导体衬底100的背面设置给体材料膜层600或受体材料膜层700，还可以同时在半导体衬底100的正背面均设置材料膜层，当半导体衬底100的正面和背面均设置材料膜层时，其正面和背面的材料类型不同，即若发射极位于半导体衬底的正面，则在半导体衬底的正面设置给体材料膜层600，则在半导体衬底100的背面设置受体材料膜层700；若发射极位于半导体衬底100的背面，则在半导体衬底100的背面设置给体材料膜层600，则在半导体衬底100的正面设置受体材料膜层700。
78.在一些实施例中，所述给体材料膜层600包括具有空穴传输能力的聚噻吩材料、含芴的聚合物材料、含有苯并二噻吩给电子基元的小分子光伏材料、含有卟啉单元的小分子光伏材料中的至少一种，具体地，上述材料具体可以是聚噻吩材料体系[聚(3
‑
己基噻吩)、聚(3
‑
辛基噻吩)]、含芴的聚合物材料[(pf8bt)、(pfdtbt1)]，含有苯并二噻吩给电子基元的小分子光伏材料[(dr3tsbdt)、(btid
‑
1f)]和含有卟啉单元的小分子材料[(pttr)、(pttcnr)]等。
[0079]
本技术采用的给体材料，原料丰富，透光率大、光学寄生吸收小，退火结晶所需的温度低，既能够起到阻隔结晶硅界面和非晶硅界面接触的作用，抑制硅的外延生长现象，从而有效改善钝化效果，还能增强光吸收，提高电池的光电转换效率，此外，本技术的给体材料膜层制备工艺简单，通过涂布的方式即可完成，不需要昂贵的设备，可有效节约成本。
[0080]
此外，给体材料一般具有较高的最高占据分子轨道(homo)能级和较低的未占有电子的能级最低的轨道(lumo)能级，在一些实施例中，有机给体材料的lumo能级为
‑
3.2ev～
‑
3.6ev，homo能级为
‑
5.2ev～
‑
6.4ev，光学带隙为1.7ev～4ev，lumo能级与半导体衬底100具有较好的能级匹配性，常用的单晶硅衬底的电子亲和能为4.05ev，禁带宽度为1.12ev。因此，采用给体材料制备的膜层能够有利于空穴从半导体衬底向给体材料膜层的传输。而且，本技术选择的给体材料光学能带宽度较大(一般大于2)，例如，3
‑
己基噻吩的聚合物(p3ht)，其homo约为
‑
5.25ev，lumo约为
‑
2.85ev光学带隙为2.4ev，制备的给体材料膜层的
透光率较大、光学寄生吸收较小，可以在一定程度上减少因该膜层涂覆而使得电池的光电转换降低。
[0081]
在一些实施例中，所述受体材料膜层700包括具有电子传输能力的有机受体材料和无机受体材料中的至少一种，具体地，所述有机受体材料包括富勒烯料基受体材料和非富勒烯基受体材料中的至少一种，具体地，有机受体材料可以是苝二酰亚胺类、苯并噻唑类、吡咯并吡咯二酮类等，苝二酰亚胺类例如可以是n,n
‑
二苯并咪唑
‑
3,4,9,10
‑
苝四羧酸二酰亚胺，其可在可见光区进行光吸收(400nm～600nm)，具有高的电子迁移率(10
‑3cm2v
‑1s
‑1～10
‑1cm2v
‑1s
‑1；苯并噻唑类例如可以是带有f原子的苯基的苯并噻唑类受体材料，具体可以是tfpvdpp、f3pdpp和dfpdpp等，其独特的π电子芳核具有较高的电子传输性能；吡咯并吡咯二酮类例如可以是以螺芴(sf)为核,氟苯封端(fb)的吡咯并吡咯烷酮(dpp)为臂的小分子受体材料，上述受体材料具有良好的光化学稳定性、高的摩尔消光系数和好的共轭结构，其能级带隙较窄，具有较强的电子亲和性，可提高太阳能电池的光电转换效率，所述无机受体材料包括石墨烯、锑化镉、氧化锌中的至少一种。有机材料和无机材料可以单独使用或混合使用，在本技术中不做具体的限定。
[0082]
本技术采用的受体材料，其原料丰富，透光率大、光学寄生吸收小，退火结晶所需的温度低，既能够起到阻隔结晶硅界面和非晶硅界面接触的作用，抑制硅的外延生长现象，从而有效改善钝化效果，还能增强光吸收，提高电池的光电转换效率，此外，本技术的受体材料膜层制备工艺简单，通过涂布的方式即可完成，不需要昂贵的设备，可有效节约成本。此外，本技术采用的受体材料的未占有电子的能级最低的轨道(lumo)能级较低，受体材料的lumo能级一般要比给体材料的lumo能级低0.3ev到0.5ev，在一些实施例中，lumo能级为
‑
2.8ev～
‑
3.6ev，homo能级为
‑
5.2ev～
‑
5.6ev，光学带隙为1.7ev～4ev，其具有强的电子亲和力，从而使得受体材料具备较好的电子传输能力，当涂敷在半导体衬底的表面形成膜层时，有利于电子从半导体衬底向受体材料膜层的传输。而且，本技术选择的受体材料光学能带宽度较大(一般大于2)，例如富勒烯衍生物(pcbm)，其homo约为
‑
3.70ev，lumo约为
‑
6.18ev，光学带隙为2.4ev，制备的给体材料膜层的透光率较大、光学寄生吸收较小，可以在一定程度上减少因该膜层涂覆而使得电池的光电转换降低。
[0083]
当半导体衬底100的第一表面和第二表面同时设置膜层时，同时抑制半导体衬底100正背面的硅外延生长，强化钝化作用，增强光吸收，大大提高了电池转换效率。
[0084]
此外，受体材料的电子迁移率往往大于给体材料，给体材料的空穴传输能力往往大于受体材料。在一些实施例中，所述有机受体材料的电子迁移率为1cm2v
‑1s
‑1～50cm2v
‑1s
‑1，所述给体材料的空穴迁移率为1
×
10
‑6cm2v
‑1s
‑1～1
×
10
‑2cm2v
‑1s
‑1。在一些实施例中，所述给体材料膜层600的厚度为1nm～20nm，具体厚度可以是1nm、3nm、5nm、7nm、10nm、13nm、15nm、20nm等等，所述受体材料膜层700的厚度为1nm～20nm，具体厚度可以是1nm、3nm、5nm、7nm、10nm、13nm、15nm、20nm等等，厚度太薄，抑制硅外延的效果不佳，厚度太厚，则会引起电池的载流子传输能力变差，进而使得电池的效率变低。
[0085]
可以理解地，给体材料膜层600厚度与第一钝化层200的厚度匹配，受体材料膜层700的厚度与第二钝化层400的厚度匹配，从而提高太阳能电池的转化效率。在一些实施例中，所述半导体衬底100包括单晶硅衬底或碳化硅衬底，具体地，本技术的给体材料膜层、受体材料膜层不仅可以适用于晶硅基底，对于非晶硅基底的太阳能电池也可适用，只要其基
底材料符合太阳能电池吸收层的光学和电学特性，均可适用。
[0086]
在一些实施例中，本技术对于半导体衬底100可以是n型半导体衬底也可以是p型半导体衬底。具体地，n型半导体可以通过在半导体衬底中以磷为掺杂元素制成n型半导体衬底，又例如，p型半导体可以通过在半导体衬底中以硼为掺杂元素制成p型半导体衬底。n型半导体为自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。若为n型半导体衬底，当n型半导体衬底发射极在位于第一表面时，n型半导体衬底与第一钝化层之间设置给体材料膜层，有利于空穴从n型半导体衬底向第一钝化层传输。同理，若为p型半导体衬底，当p型半导体发射极位于第一表面时，p型半导体衬底与第一钝化层之间设置受体材料膜层，有利于电子从p型半导体衬底向第一钝化层传输。
[0087]
在一些实施例中，所述第一钝化层200包括与所述半导体衬底100中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料，与所述半导体衬底100中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料包括非晶/微晶碳化硅、非晶/微晶氧化硅、非晶/微晶氮化硅和非晶/微晶锗化硅中的至少一种，得到的太阳能电池的结构如图2所示。所述第二钝化层400包括与所述半导体衬底100中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料和微晶钝化材料，与所述半导体衬底100中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料包括非晶/微晶碳化硅、非晶/微晶氧化硅、非晶/微晶氮化硅和非晶/微晶锗化硅中的至少一种。可以理解地，当所述半导体衬底100为n型半导体衬底，所述第一钝化层200包括n型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料，第二钝化层400包括p型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料；当所述半导体衬底100为p型半导体衬底，所述第一钝化层200包括p型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料，所述第二钝化层400包括n型掺杂非晶硅材料或者是微晶硅材料。本技术中第一钝化层200选择与半导体衬底100中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料，上述非晶钝化材料或微晶钝化材料可以与半导体衬底100形成隧穿发射结(pn结)，增强电子传输，提高电池性能，第二钝化层400选择与半导体衬底100中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料，上述非晶钝化材料或微晶钝化材料在所述半导体衬底100表面形成表面电场，减少载流子的复合，从而提高电池的转换效率。
[0088]
可以理解地，如图3所示，非晶钝化材料或微晶钝化材料还可以设置在半导体衬底100与给体材料膜层600之间或半导体衬底100与受体材料膜层700之间。
[0089]
在一些实施例中，所述第一电极层300和/或第二电极层500包括透明导电电极材料，所述制备的太阳能电池为异质结(hjt)电池，透明导电材料能够减少异质结电池收集电流时的串联电阻，还能起到一定的减少反射作用。
[0090]
第二方面，本技术的实施例提供一种太阳能电池的制备方法，如图4所示，为本实施例提供的一种太阳能电池制备方法的流程图，包括以下步骤：
[0091]
s10，提供半导体衬底100，并对半导体衬底100的第一表面和第二表面进行制绒处理。
[0092]
s20，在半导体衬底100的第一表面形成给体材料膜层600和/或在半导体衬底的第二表面形成受体材料膜层700。
[0093]
s30，在所述给体材料膜层600的表面形成第一钝化层200，在所述第一钝化层200的表面形成第一电极层300；和/或在所述受体材料膜层700的表面形成第二钝化层400，在所述第二钝化层400的表面形成第二电极层500，得到太阳能电池。
[0094]
可以理解地，本技术的给体材料可以单独的涂布在半导体衬底100的第一表面或第二表面得到太阳能电池，还可以将受体材料涂布在半导体衬底100的第一表面或第二表面得到太阳能电池，从而抑制半导体衬底100与第一钝化层200接触或半导体衬底100与第二钝化层400接触引起硅的外延生长现象，还可以将给体材料涂布在半导体衬底100的第一表面或第二表面的同时，将受体材料涂布在半导体衬底100的另一表面上形成太阳能电池，其通过给体材料和受体材料的阻隔作用同时抑制半导体衬底100表面硅的外延生长，本技术给体材料和受体材料种类丰富，制备工艺简单，技术成熟，不需要昂贵的设备，就能起到阻隔太阳能电池晶硅界面和非晶硅界面的作用，从而抑制硅的外延生长，此外，本技术还能够通过受体材料的电子传输能力和给体材料的空穴传输能力强化钝化作用，增强光吸收作用，提高电池的光电转换效率。
[0095]
具体地，下面以在半导体衬底100第一表面涂布给体材料膜层600、在半导体衬底100的第二表面涂布受体材料膜层700为例制备太阳能电池，具体制备步骤如下：
[0096]
步骤s10，提供半导体衬底100，并对半导体衬底100的第一表面和第二表面进行制绒处理。
[0097]
在一些实施例中，所述半导体衬底100选择单晶硅衬底或碳化硅衬底。
[0098]
在一些实施例中，所述半导体衬底100可以是n型半导体衬底也可以是p型半导体衬底。
[0099]
在一些实施例中，可以对半导体衬底100的第一表面和第二表面进行制绒处理，以形成绒面或表面纹理结构(例如金字塔结构)。制绒处理的方式可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械法、等离子刻蚀等等，在此不做限定。示例性地，可以使用naoh溶液对硅片基体的第一表面、第二表面进行制绒处理，由于naoh溶液的腐蚀具有各向异性，从而可以制备得到金字塔结构绒面。通过制绒使半导体衬底的表面具有绒面结构，产生陷光效果，增加太阳能电池对光线的吸收数量，从而提高太阳能电池的转换效率。
[0100]
在一些实施例中，在制绒处理之前，还可以包括对半导体衬底100进行清洗的步骤，以去除表面的金属和有机污染物。
[0101]
步骤s20，将给体材料在半导体衬底100制绒后的第一表面形成给体材料膜层600，将受体材料在半导体衬底100制绒后的第二表面形成受体材料膜层700。
[0102]
具体地，将给体材料溶于第一溶剂中后，采用喷涂法、提拉法、旋涂法、刮刀覆盖法、印刷法和蒸发沉积法中的任意一种涂布在半导体衬底100的第一表面。采用喷涂法制备膜层时，控制衬底温度在50℃～100℃范围内，通过喷嘴直接喷涂在半导体衬底100的表面，喷嘴到样品间距离为1cm～8cm，移动速度在50mm/s～200mm/s。采用旋涂法制备膜层时，采用两段式进行涂布，第一段：以500r/min～1000r/min的速度旋涂10s～20s，第二段以5000r/min～10000r/min的转速旋涂20s～50s。采用提拉法制备膜层时，提拉速度为20mm/min～200mm/min，在溶液中停留的时间为10s～30s。
[0103]
所述给体材料溶于所述第一溶剂中形成浓度为1mg/ml～50mg/ml的溶液，具体浓度可以是1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml、20mg/ml、30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml等，将给体材料的浓度控制在上述范围内，是为了确保涂布的质量。
[0104]
所述第一溶剂为氯仿、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷和乙酸乙酯中的任意一种。
[0105]
所述给体材料包括具有电子传输能力的有机受体材料和无机受体材料中的至少
一种，具体地，所述有机受体材料包括富勒烯料基受体材料和非富勒烯基受体材料中的至少一种，具体地，有机受体材料可以是苝二酰亚胺类、苯并噻唑类、吡咯并吡咯二酮类等；所述无机受体材料包括石墨烯、锑化镉和氧化锌中的至少一种。有机材料和无机材料可以单独使用或混合使用，在本技术中不做具体的限定。
[0106]
将所述受体材料溶于第二溶剂中后，采用提拉法、旋涂法、刮刀覆盖法、印刷法和蒸发沉积法中的任意一种涂布在半导体衬底100的第二表面。
[0107]
所述受体材料溶于所述第二溶剂中形成浓度为1mg/ml～50mg/ml的溶液，具体浓度可以是1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml、20mg/ml、30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml等，将给体材料的浓度控制在上述范围内，是为了确保涂布的质量。
[0108]
所述第二溶剂为氯仿、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯中的任意一种。
[0109]
所述给体材料包括具有空穴传输能力的聚噻吩材料、含芴的聚合物材料、含有苯并二噻吩给电子基元的小分子光伏材料和含有卟啉单元的小分子光伏材料中的至少一种。
[0110]
步骤s30，在所述给体材料膜层600的表面形成第一钝化层200，在所述第一钝化层200的表面形成第一电极层300，在所述受体材料膜层700的表面形成第二钝化层400，在所述第二钝化层400的表面形成第二电极层500，得到太阳能电池。
[0111]
在一些实施例中，所述第一钝化层200包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、碳氮氧化硅和碳化硅层中的任意一种或多种的组合。当然，第一钝化层200可以采用其他类型的钝化层，本技术对于第一钝化层200的具体材质不作限定所述钝化层能够对硅衬底产生良好的钝化效果，有助于提高电池的转换效率。
[0112]
在一些实施例中，具体地，可以采用等离子体增强化学气相沉积法沉积第一钝化层200，当然还可以采用其他的方法，例如有机化学气相沉积法等。本技术实施例对于第一钝化层的具体实施方式不作限定。
[0113]
在一些实施例中，第二钝化层400包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、碳氮氧化硅和碳化硅层中的任意一种或多种的组合。当然，第二钝化层400还可以采用其他类型的钝化层，本技术对于第二钝化层400的具体材质不作限定上述背面钝化层能够对硅衬底产生良好的钝化效果，有助于提高电池的转换效率。
[0114]
在一些实施例中，可以采用等离子体增强化学气相沉积法沉积第二钝化层400，当然还可以采用其他的方法，例如有机化学气相沉积法等。本技术实施例对于第二钝化层400的具体实施方式不作限定。
[0115]
在一些实施例中，所述第一电极层300或第二电极层500包括透明导电电极材料
[0116]
图5为本技术实施例提供的一种太阳能电池另一种制备方法的流程图，如图5所示，为本技术提供的另一种太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
[0117]
步骤s10，提供半导体衬底100，并对半导体衬底100的第一表面和第二表面进行制绒处理。
[0118]
步骤s20，将给体材料在半导体衬底100制绒后的第一表面形成给体材料膜层600，将受体材料在半导体衬底100制绒后的第二表面形成受体材料膜层700；
[0119]
步骤s30，在半导体衬底100的第一表面的给体材料膜层600的表面和/或半导体衬底100的第二表面的受体材料膜层700上涂布非晶钝化材料或微晶钝化材料，再在非晶钝化材料或微晶钝化材料的表面形成第一电极层300和/或第二电极层500，得到太阳能电池。
[0120]
与图4所述太阳能电池的制备方法不同的是，在步骤s30中，在第一表面上增加了与半导体衬底100中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料制备的膜层，在第二表面增加了与半导体衬底100中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料制备的膜层，然后沉积制备常规的钝化层，与所述半导体衬底100中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料，其可以与半导体衬底100形成pn结，增强电子传输，与所述半导体衬底100中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料和微晶钝化材料的目的是形成表面电场，减少载流子的复合，从而提高电池的转换效率。
[0121]
具体地，上述非晶钝化材料或微晶钝化材料制备的膜层通过以下方法制备：
[0122]
将非晶碳化硅、非晶氧化硅、非晶氮化硅和非晶锗化硅中的至少一种沉积在所述给体材料膜层600表面，进行第一退火处理。
[0123]
将非晶碳化硅、非晶氧化硅、非晶氮化硅和非晶锗化硅中的至少一种沉积在所述受体材料膜层700表面，进行第二退火处理。
[0124]
在一些实施例中，利用等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)、低压力化学气相沉积法(lpcvd)、热丝化学气相沉积法(hwcvd)和原子层沉积法(ald)中的任意一种制备非晶钝化材料或微晶钝化材料的膜层，反应气体为硅烷、氧气、二氧化碳和氨气中的至少一种。此外利用硅靶材、氧化硅靶材、碳化硅靶材结合磁控溅射设备进行非晶钝化材料或微晶钝化材料膜层的制备。在电池中增加非晶钝化材料或微晶钝化材料，能够提升电池的开路电压和填充因子。以管式pecvd设备为例制备非晶钝化材料或微晶钝化材料的膜层：以硅烷和氢气的混合气体为反应气体，硅烷流量为1sccm～500sccm，氢气流量为0sccm～500sccm，在压强为5mtorr～5000mtorr、温度为50℃～600℃的条件下进行沉积，得到非晶钝化材料或微晶钝化材料的膜层，pecvd设备的功率密度为2mw/cm2～2000mw/cm2，电源频率为1khz～100mhz。
[0125]
在一些实施例中，第一退火处理和第二退火处理的温度为80℃～120℃，具体退火温度可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等，第一退火处理时间为5min～10min，具体退火处理时间可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min等，本技术将退火处理的温度和时间控制在上述范围内，能够减少电池中载流子的复合，提高光电效率。可以理解地，所述沉积的原料是非晶硅材料，随着退火温度的升高、退火时间的延长，非晶硅材料转变为微晶材料，非晶材料是否转变为微晶材料取决于退火温度和时间，当温度较低或退火时间较短时，经退火处理后可能为非晶硅材料和微晶材料的混合材料。可以理解的，还可以将非晶钝化材料或微晶钝化材料和给体材料膜层600/受体材料膜层700的制备顺序颠倒，其抑制硅外延的效果不发生显著改变。
[0126]
在一些实施例中，第一钝化层和/或第二钝化层可以通过等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)或者低压化学气相沉积法(lpcvd)或者物理气相沉积法(pvd)或者有机化学相沉积法及其他方法沉积得到，具体的方法不作限定。
[0127]
现有的硅异质结太阳能电池为在p型非晶硅掺杂层与晶硅基底之间、n型非晶硅掺杂层与晶硅基底之间增加一层本征氢化非晶硅层的太阳能电池，该本征非晶硅层用于对掺杂硅基底进行钝化。然而，在晶硅基底上沉积的本征非晶硅层，其界面接触的区域容易出现硅的外延生长，影响钝化效果，造成开路电压较低，进而导致硅异质结太阳能电池效率低下。且由于形成在晶硅基底朝向p型非晶硅掺杂层一侧的外延层处于内建电场之内，故该外
延层对硅异质结太阳能电池的影响较大。
[0128]
本技术实施例还提供一种太阳能电池，所如图6所示，为本技术异质结电池的结构示意图，所述异质结太阳能电池包括由上至下依次排布的第一电极层300、p型非晶硅掺杂层800、第一非晶硅膜层900、第一非晶钝化材料或微晶钝化材料层110、给体材料膜层600、半导体衬底100、受体材料膜层700、第二非晶钝化材料或微晶钝化材料层120、第二非晶硅膜层130、n型非晶硅掺杂层140和第二电极层500；第一电极层300、第二电极层500中的透明导电材料能够减少收集电流时的串联电阻，还能起到一定的减反作用。如图7所示，为本技术异质结电池的制备流程图，所述异质结电池通过以下步骤制备：
[0129]
步骤s10，提供半导体衬底100，并对半导体衬底100的第一表面和第二表面进行制绒处理。
[0130]
步骤s20，将给体材料在半导体衬底100制绒后的第一表面形成给体材料膜层600，将受体材料在半导体衬底100制绒后的第二表面形成受体材料膜层700；
[0131]
步骤s30，在半导体衬底100的第一表面的给体材料膜层600的表面涂布非晶钝化材料或微晶钝化材料形成第一非晶钝化材料或微晶钝化材料层110，再在第一非晶钝化材料或微晶钝化材料层110表面沉积形成第一非晶硅膜层900，再在第一非晶硅膜层900上沉积p型非晶硅掺杂层800，在所述p型非晶硅掺杂层800上进行沉积形成第一电极层300；
[0132]
在半导体衬底100的第二表面的受体材料膜层700上涂布非晶钝化材料或微晶钝化材料得到第二非晶钝化材料或微晶钝化材料层120，再在第二非晶钝化材料或微晶钝化材料层120表面沉积形成第二非晶硅膜层130，再在第二非晶硅膜层130上沉积n型非晶硅掺杂层140，在所述n型非晶硅掺杂层140上进行沉积形成第二电极层500，得到太阳能电池。
[0133]
在上述技术方案中，价带的失配会对空穴造成较大的势垒，进而影响空穴的输运，因此在半导体衬底100与第一非晶硅层900、半导体衬底100与第二非晶硅层130接触的表面设置一层给体材料膜层600和受体材料膜层700，从而起到抑制硅基底与非晶硅界面的硅的外延生长，还可以降低半导体衬底100朝向非晶硅层一侧界面的价带补偿，从而增加空穴输运，提升硅异质结电池的填充因子，从而提升异质结电池的电池效率。
[0134]
在一些实施例中，第一非晶硅膜层900和第二非晶硅膜层130可通过等离子体增强化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法和反应离子沉积法中任意一种方法沉积。优选为等离子体化学气相沉积法(pecvd)，采用pecvd的射频为13.56mhz，工作腔室的本底真空度优于2*10
‑4pa，射频功率密度为0.05w/cm
‑3～0.5w/cm
‑3，以电子级硅烷和氢气为生长源，硅烷与氢气的流量比为1:5～1:15，工作压力为10pa～200pa，生长温度为100℃～300℃，所生长的非晶硅膜层的膜厚为5nm～20nm。
[0135]
在一些实施例中，可以采用化学气相沉积法(cvd)、物理气相沉积法(pvd)或原子层沉积法(ald)沉积形成p型非晶硅掺杂层800和n型非晶硅掺杂层140。
[0136]
掺杂工艺也可以采用高温扩散、浆料掺杂或者离子注入中的任意一种或多种方法。p型非晶硅掺杂层800的掺杂元素可以是硼、镓或铟等3主族元素。具体地，将半导体衬底置于管式扩散炉内，采用三溴化硼液态源作为扩散源(或掺杂源)，并使恒温区的温度维持在850℃左右，对半导体衬底进行硼扩散，持续一定的扩散时间(比如40min)，掺杂结深为0.2μm～1.0μm，进而形成掺杂层。n型非晶硅掺杂层140的掺杂元素可以是磷或砷等5主族元素。
[0137]
第一非晶硅膜层900和p型非晶硅掺杂层800所起的作用是钝化半导体衬底100的作用，进而得到较高的开路电压，降低了电极表面的复合速率。
[0138]
在一些实施例中，第一非晶钝化材料或微晶钝化材料层可以是氧化物、氮化物、掺杂氧化物和混合氧化物中的至少一种，具体地，氧化物可以是in2o3、sno2、zno、cdo，氮化物可以是tin，掺杂氧化物可以是in2o3:sn、zno:in，zno:ga，zno:al，sno2:f，sno2:ta，混合氧化物可以是in2o3‑
zno，cd in2o4，cd2sno4，zn2sno4。
[0139]
可以通过反应等离子沉积(rpd)工艺、光化学沉积(pcd)工艺或者物理气相沉积(pvd)工艺形成，优选地，采用pcd工艺进行电极膜层的沉积，溅射靶材可为锡掺杂in2o3(ito)、氧化铟掺钨(iwo)和掺氟氧化锡(fto)等任意一种。溅射靶材纯度为99.999％，溅射的本底真空度优于5*10
‑4pa，工作气体为氩气(纯度为99.99％)，工作气压为0.5pa～2pa，溅射功率为30w～200w，衬底温度在100℃～200℃范围内。此外，为了获得高导电率的电极层，在溅射过程中往往伴随着高纯氧气(纯度为99.999％)的通入，氩气与氧气的流量比为20:1～100:1。
[0140]
第一电极层300和第二电极层500的厚度为50nm～200nm，厚度具体可以是50nm、80nm、100nm、150nm、200nm等。
[0141]
第三方面，本技术提供一种光伏组件，所述光伏组件包括多个太阳能电池串，每个太阳能电池串包括通过导电带连接的多个太阳能电池，太阳能电池可以是上述所述的太阳能电池或上述所述的制备方法制得的太阳能电池。
[0142]
实施例1
[0143]
步骤s10，对n型单晶硅片的正面和背面分别进行碱制绒处理，形成金字塔形状绒面。
[0144]
步骤s20，将聚(3
‑
辛基噻吩)溶于氯仿中形成浓度为25mg/ml的溶液，将上述溶液采用旋涂机以500r/min的速度进行第一旋涂处理15s，再以5000r/min的速度进行第二次旋涂处理30s得到给体材料膜层，锑化镉)溶于氯仿中形成浓度为25mg/ml的溶液，将上述溶液采用旋涂机以500r/min的速度进行第一旋涂处理15s，再以5000r/min的速度进行第二次旋涂处理30s得到受体材料膜层，给体材料膜层的厚度为10nm，受体材料膜层的厚度为10nm。
[0145]
步骤s30，在给体材料膜层的表面通过pecvd依次沉积本征氢化纳米硅膜层、p型氢化纳米硅膜层，在受体材料膜层的表面通过pecvd依次沉积本征氢化纳米硅膜层、n型氢化纳米硅膜层，以及分别在p型氢化纳米硅膜层、n型氢化纳米硅膜层的表面溅射透明导电薄膜，得到太阳能电池。
[0146]
实施例2
[0147]
与实施例1不同的是，给体材料膜层的厚度为0.5nm，受体材料膜层的厚度为0.5nm。
[0148]
实施例3
[0149]
与实施例1不同的是，给体材料膜层的厚度为1nm，受体材料膜层的厚度为1nm。
[0150]
实施例4
[0151]
与实施例1不同的是，给体材料膜层的厚度为5nm，受体材料膜层的厚度为5nm。
[0152]
实施例5
[0153]
与实施例1不同的是，给体材料膜层的厚度为15nm，受体材料膜层的厚度为15nm。
[0154]
实施例6
[0155]
与实施例1不同的是，给体材料膜层的厚度为20nm，受体材料膜层的厚度为20nm。
[0156]
实施例7
[0157]
与实施例1不同的是，给体材料膜层的厚度为22nm，受体材料膜层的厚度为22nm。
[0158]
实施例8
[0159]
步骤s10，对n型单晶硅片的正面和背面分别进行碱制绒处理，形成金字塔形状绒面。
[0160]
步骤s20，将聚(3
‑
辛基噻吩)溶于氯仿中形成浓度为25mg/ml的溶液，将上述溶液采用旋涂机以500r/min的速度进行第一旋涂处理15s，再以5000r/min的速度进行第二次旋涂处理30s得到给体材料膜层；锑化镉)溶于氯仿中形成浓度为25mg/ml的溶液，将上述溶液采用旋涂机以500r/min的速度进行第一旋涂处理15s，再以5000r/min的速度进行第二次旋涂处理30s得到受体材料膜层，给体材料膜层的厚度为10nm，受体材料膜层的厚度为10nm。
[0161]
步骤s30，采用管式pecvd设备将非晶氧化硅沉积在受体材料膜层表面、将非晶氧化硅沉积在给体材料膜层表面，以硅烷和氢气的混合气体为反应气体，硅烷流量为200sccm，氢气流量为200sccm，在压强为1000mtorr、温度为1000℃的条件下进行沉积，得到正背面的非晶钝化材料或微晶钝化材料的膜层。
[0162]
步骤s40，在正面的非晶钝化材料或微晶钝化材料的膜层表面通过pecvd依次沉积本征氢化纳米硅膜层、p型氢化纳米硅膜层，在背面的非晶钝化材料或微晶钝化材料的膜层表面pecvd依次沉积本征氢化纳米硅膜层、n型氢化纳米硅膜层，以及分别在p型氢化纳米硅膜层、n型氢化纳米硅膜层的表面溅射透明导电薄膜，得到太阳能电池。
[0163]
对比例1
[0164]
与实施例1不同的是，不进行步骤s20，直接通过步骤s10、步骤s30制备太阳能电池。
[0165]
上述实施例1～8和对比例1的性能测试见下表1。
[0166]
表1.实施例1～8和对比例1的性能测试
[0167][0168]
由表1可知：根据实施例1～实施例7可知：在本技术限定的范围内，给体材料膜层600、受体材料膜层700的厚度越大，其开路电压越大，使得太阳能电池的转化效率逐渐提升。如实施例2所示，给体材料膜层600、受体材料膜层700的厚度小于本技术限定的范围，导致其抑制硅外延生长的能力减弱，其电子传输能力、空穴传输能力也会下降，从而降低了太阳能电池的转化效率，如实施例7所示，给体材料膜层600、受体材料膜层700的厚度大于本技术限定的范围，电池的载流子传输能力变差，导致短路电流密度和填充因子减小，进而使得电池的效率变低。
[0169]
如实施例8所示，在半导体衬底100与给体材料膜层600之间沉积与半导体衬底100中相同导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料，上述非晶钝化材料或微晶钝化材料可以与半导体衬底形成隧穿发射结，增强电子传输，在半导体衬底100与受体材料膜层700之间沉积与半导体衬底100中相反导电类型掺杂元素的非晶钝化材料或微晶钝化材料，上述非晶钝化材料和微晶钝化材料的目的是形成表面电场，减少载流子的复合，可有效提高电池的开路电压和填充因子，从而提高电池的转换效率。
[0170]
对比例1中未添加给体材料膜层或受体材料膜层，导致其晶硅界面和非晶硅界面容易出现硅的外延生长，使得制备的太阳能电池的开路电压、短路电流和填充因子均较小，最终导致太阳能电池的转化效率低。
[0171]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
[0172]
本技术虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本技术构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本技术的保护范围应当以本技术权利要求所界定的范围为准。