本发明实施例涉及太阳能领域，特别涉及一种光伏电池及其制备方法。
背景技术：
光伏电池用于把太阳的光能直接转化为电能。目前光伏电池主要包括：钝化发射极背面局部场接触电池、交叉指式背接触电池、硅异质结电池、交叉指式背接触异质结电池、钝化接触电池等。
目前，钝化接触电池因其优异的全表面钝化和载流子选择性，被认为是综合性能最优的晶硅电池之一。钝化接触电池能够完全避免激光开孔工艺，投资成本低，适于大规模工业生产。然而，制备钝化接触电池的化学钝化层和场钝化层通常是分步进行的，且钝化接触电池的光电转换效率有待提高。
技术实现要素：
本发明实施例解决的技术问题为提供一种光伏电池及其制备方法，有利于简化制备光伏电池的工艺步骤和提高光伏电池的光电转换效率。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种光伏电池的制备方法，包括：提供半导体基材，在所述半导体基材中掺入第一掺杂元素，所述第一掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的一者；在掺入有所述第一掺杂元素的所述半导体基材的一侧形成具有第一厚度的初始钝化层，其中，在垂直于所述半导体基材的方向上，所述初始钝化层的第一厚度为6nm～200nm；在所述初始钝化层远离所述半导体基材的区域掺入第二掺杂元素以形成具有第二厚度的场钝化层，未掺入第二掺杂元素的所述初始钝化层作为具有第三厚度的化学钝化层，其中，所述第二掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的另一者。
另外，在形成所述场钝化层之前，所述初始钝化层的第一厚度优选为50nm～200nm。
另外，所述化学钝化层的第三厚度为0.5nm～5nm。
另外，所述场钝化层中第二掺杂元素的原子浓度为20％～80％。
另外，还包括：在所述场钝化层远离所述化学钝化层的一侧形成光学优化层。
另外，所述光学优化层的材料包括含氢氮化硅层，且所述含氢氮化硅层中氢的原子浓度为2％～35％。
另外，形成所述初始钝化层的方法包括热氧化法。
另外，所述化学钝化层包括氧化硅层、碳化硅层、二氧化铪层、氮化硅层、氮氧化硅层、非晶硅层、多晶硅层、单晶硅层等中的一者或任意组合的叠层。
相应的，本发明实施例还提供一种光伏电池，包括：半导体基材，所述半导体基材的一侧具有第一掺杂元素，所述第一掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的一者；化学钝化层，所述化学钝化层位于所述半导体基材中具有所述第一掺杂元素的一侧；场钝化层，所述场钝化层位于所述化学钝化层远离所述半导体基材的一侧，且所述场钝化层中具有第二掺杂元素，所述第二掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的另一者，其中，所述化学钝化层和所述场钝化层为一体化形成结构，且厚度在6nm～200nm之间。
另外，还包括：光学优化层，所述光学优化层位于所述场钝化层远离所述化学钝化层的一侧。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：
先在掺入有第一掺杂元素的半导体基材的一侧形成具有第一厚度的初始钝化层，然后在初始钝化层远离半导体基材的区域掺入第二掺杂元素以形成具有第二厚度的场钝化层，未掺入第二掺杂元素的初始钝化层作为具有第三厚度的化学钝化层。用掺杂的方式同时形成场钝化层和化学钝化层，有利于简化制备光伏电池的工艺步骤，例如可以避免传统工艺中分别形成化学钝化层和场钝化层的工艺步骤以及节约产线的设备，而且场钝化层是在初始钝化层的基础上形成的，场钝化层与化学钝化层属于同类材料，则场钝化层和化学钝化层之间没有明显的界面分界线，一方面使得多数载流子从化学钝化层迁移至场钝化层时受到的阻碍较小，且界面处的电阻率差异小，则多数载流子在界面处的传输更通畅，有利于提高光伏电池中多数载流子的传输速度，从而有利于提高光伏电池的转换效率；另一方面，界面处的界面态密度较小，有利于降低多数载流子和少数载流子在此界面处的复合损失，因而进一步提高光伏电池的转换效率。此外，通过在初始钝化层中掺杂第二掺杂元素以形成场钝化层代替通过沉积法形成场钝化层时所需的成本较高的原材料，有利用降低制备光伏电池的成本。
另外，在场钝化层远离化学钝化层的一侧形成光学优化层。当光学优化层位于光伏电池的正面，即光伏电池接受光照的一面时，可以降低光伏电池正面的反射率，有利于将更多照射在光伏电池正面的光线折射进光伏电池中，从而有利于提高光伏电池对光源的利用率；当光学优化层位于光伏电池的背面，即光伏电池未接受光照的一面时，可以提高光伏电池背面的反射率，有利于将更多穿射光伏电池正面的光线在光伏电池的背面被再次反射进光伏电池中，从而有利于提高光伏电池对光源的利用率。
附图说明
一个或多个实施例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例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1-图3为本发明实施例提供的光伏电池的制备方法中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中制备光伏电池的化学钝化层和场钝化层需分步进行，且光伏电池的光电转换效率有待提高。
经分析发现，分别形成光伏电池的化学钝化层和场钝化层时，化学钝化层和场钝化层之间存在明显的界面分界线，不利于光伏电池中多数载流子的迁移，从而降低光伏电池的光电转换效率。此外，通常采用氧化铝等成本高的金属氧化物、掺杂多晶硅或者掺杂非晶硅作为原材料以沉积的方式形成场钝化层，则制备场钝化层所需的原材料的成本高。
为解决上述问题，本发明实施提供一种光伏电池的制备方法，通过在初始钝化层远离半导体基材的区域掺入第二掺杂元素以形成具有第二厚度的场钝化层，未掺入第二掺杂元素的初始钝化层作为具有第三厚度的化学钝化层。因此，场钝化层和化学钝化层是同步形成的，有利于简化制备光伏电池的工艺步骤；且场钝化层和化学钝化层之间没有明显的界面分界线，有利于提高光伏电池中多数载流子的传输速度，从而有利于提高光伏电池的转换效率。此外，避免使用沉积的制备工艺和成本较高的原材料形成场钝化层，有利于降低制备光伏电池的成本。
为使本发明实施例的目的、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例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，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例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明实施例提供一种光伏电池的制备方法，图1-图3为本发明第一实施例提供的光伏电池的制备方法中各步骤对应的结构示意图。以下将结合图1至图3对本发明实施例提供的光伏电池的制备方法进行详细说明。
参考图1，提供半导体基材101；在半导体基材101中掺入第一掺杂元素，第一掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的一者。
本实施例中，半导体基材101的材料为硅，即半导体基材101为硅基底，例如单晶硅、多晶硅、类单晶硅等。在其他实施例中，半导体基材的材料也可以为锗或者硅锗。
具体地，本实施例中，以第一掺杂元素为p型掺杂元素作为示例进行详细说明。其中，p型掺杂元素包括b元素、ga元素或者in元素等至少一种元素。
本实施例中，在半导体基材101中掺入p型掺杂元素，以形成p型掺杂层111。具体地，由于是通过掺杂的方式在半导体基材101中形成p型掺杂层111，则p型掺杂层111位于半导体基材101的一侧，且p型掺杂层111的表面与半导体基材101的表面重合。此外，由于p型掺杂元素在p型掺杂层111与未掺入p型掺杂元素的半导体基材121之间具有大的浓度差，则在半导体基材101内会形成pn结，当光照射到pn结上时，会产生电子--空穴对，在半导体内部pn结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，从而在半导体基材101中产生电动势和电流。
本实施例中，掺入p型掺杂元素的方法为离子注入掺杂工艺，采用离子注入掺杂工艺形成的p型掺杂层111中的p型掺杂元素分布均匀，且p型掺杂元素的掺杂浓度较高，有利于增强p型掺杂层111与未掺入p型掺杂元素的半导体基材121之间的能带弯曲。在其他实施例中，掺入p型掺杂元素的方法还可以为高温热扩散掺杂工艺。
在掺入有p型掺杂元素的半导体基材101的一侧形成具有第一厚度的初始钝化层102，即在p型掺杂层111远离半导体基材101的一侧形成初始钝化层102，其中，在垂直于半导体基材101的方向上，初始钝化层102的第一厚度为6nm～200nm。
本实施例中，初始钝化层102能降低半导体基材101的表面态密度，达到对半导体基材101的表面进行化学钝化的效果。
本实施例中，初始钝化层102可以是氧化硅层、碳化硅层、二氧化铪层、氮化硅层、氮氧化硅层、非晶硅层、多晶硅层、单晶硅层等单层结构中的一者。在其他实施例中，初始钝化层也可以为至少两个上述单层结构组合而成的叠层。
在实际生产工艺中，较薄的膜层(例如5nm以下)沉积难度相对较大，而且膜层的均匀性不易控制，因此，沉积较厚的膜层在工艺上易于实现且膜层的均匀性能够得到较好的控制。本实施例中，初始钝化层102的第一厚度优选为50nm～200nm，将沉积形成的初始钝化层102的第一厚度控制在50nm～200nm工艺上容易实现且有利于保证初始钝化层102的均匀性。
进一步地，初始钝化层102的第一厚度可以为120nm，一方面，有利于后续进行掺杂工艺形成场钝化层时，避免掺杂工艺不易控制，使得后续形成的化学钝化层的厚度过薄，影响化学钝化层的化学钝化效果，不利于提高光伏电池的光电转换效率；另一方面，由于后续形成的化学钝化层的厚度过厚也会影响其化学钝化效果，因而初始钝化层102不宜过厚，以避免为保证后续形成的化学钝化层处于合适的厚度时，掺杂形成的场钝化层的厚度过大，提高掺杂成本。
具体地，形成初始钝化层102的方法包括热氧化法。本实施例中，以半导体基材101为硅基材作为示例进行详细说明。
形成初始钝化层102的方法包括：将硅基材放入高温炉中，且向高温炉中通入氧源气体，p型掺杂层111在高温下与氧源气体进行氧化反应形成一层材料为氧化硅的初始钝化层102。采用热氧化法在p型掺杂层111的表面生成氧化硅，氧原子会与半导体基材101表面的悬挂键键合，从而有利于降低硅基材101的表面态密度，降低初始钝化层102与半导体基材101之间的界面缺陷，从而降低后续形成的化学钝化层与半导体基材101之间的界面缺陷，以降低多数载流子和少数载流子在半导体基材101表面的复合概率，从而有利于提高初始钝化层102对半导体基材101的化学钝化效果。
参考图2，在初始钝化层102(参考图1)远离半导体基材101的区域掺入第二掺杂元素以形成具有第二厚度的场钝化层103，未掺入第二掺杂元素的初始钝化层102作为具有第三厚度的化学钝化层112，其中，第二掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的另一者。由于本实施例中以第一掺杂元素为p型掺杂元素作为示例，则第二掺杂元素为n型掺杂元素，其中，n型掺杂元素包括p元素、as元素或者sb元素。
本实施例中，在初始钝化层102掺入n型掺杂元素的方法为离子注入掺杂工艺。由于离子注入掺杂工艺是在真空中、低温下，把掺杂离子加速(对硅基材，电压≥105v)，获得很大动能的掺杂离子即可以直接进入半导体基材101中，则采用离子注入掺杂工艺形成的场钝化层103中的n型掺杂元素分布均匀，且n型掺杂元素的掺杂浓度较高，有利于提高场钝化层103对半导体基材101的场钝化效果。
在其他实施例中，在初始钝化层102掺入n型掺杂元素的方法还可以为高温热扩散掺杂工艺。
需要说明的是，由于化学钝化层112为未掺入n型掺杂元素的初始钝化层102，则化学钝化层112与初始钝化层102的材料相同。
进一步地，化学钝化层112的第三厚度为0.5nm～5nm，优选地，第三厚度可以为4nm，有利于保证化学钝化层112对半导体基材101表面良好的化学钝化效果。此外，本实施例中，通过对初始钝化层102进行掺杂以同步形成化学钝化层112和场钝化层103，有利于通过掺杂工艺，控制化学钝化层112的第三厚度在0.5nm～5nm范围内，以保证其良好的化学钝化效果，避免通过沉积工艺形成化学钝化层112，不易控制化学钝化层112的第三厚度为0.5nm～5nm，且不好管控化学钝化层112的均匀性。
本实施例中，化学钝化层112的第三厚度与场钝化层103的第二厚度的和等于初始钝化层102的第一厚度。需要说明的是，通过掺杂工艺在初始钝化层102中形成场钝化层103，在显微状态下，未掺入n型掺杂元素的化学钝化层112与场钝化层103也之间没有明显的界面分界线，因而半导体基材101中的多数载流子在穿过化学钝化层112与场钝化层103时受到的阻碍小，且界面处的电阻率差异小，则多数载流子在界面处的传输更通畅，有利于提高光伏电池中的多数载流子的传输速度，从而提高光伏电池的光电转换效率。此外，化学钝化层112与场钝化层103的界面处的界面态密度较小，有利于降低多数载流子和少数载流子在此界面处的复合损失，因而可进一步提高光伏电池的转换效率。
具体地，场钝化层103中n型掺杂元素的原子浓度为20％～80％，有利于保证场钝化层103中所带的固定负电荷足以使得场钝化层103与半导体基材101之间产生较大的能带弯曲，阻碍少数载流子迁移到半导体基材101表面，降低半导体基材101表面少数载流子的浓度，从而有利于降低多数载流子和少数载流子在半导体基材101表面的复合概率；且阻碍少数载流子穿过场钝化层103，但不影响多数载流子穿过场钝化层103实现传输，从而有利于实现载流子的选择性传输，因此场钝化层103有利于使更多的载流子传输至光伏电池的电极，从而有利于提高光伏电池的光电转换效率。
需要说明的是，本实施例中，在半导体基材101中掺入的是p型掺杂元素，在初始钝化层102中掺入的是n型掺杂元素以形成场钝化层103，则半导体基材101中的多数载流子为空穴，少数载流子为电子。
在其他实施例中，在半导体基材中掺入的是n型掺杂元素，在初始钝化层中掺入的是p型掺杂元素以形成场钝化层，则半导体基材中的多数载流子为电子，少数载流子为空穴。需要说明的是，当半导体基材中掺入的是n型掺杂元素时，化学钝化层除了对半导体基材表面有化学钝化作用外，由于通过热氧化法形成的材料为氧化硅的化学钝化层带有一定量的固定正电荷，这些固定正电荷能对半导体基材的表面产生场钝化效果。具体地，化学钝化层中的固定正电荷能使得化学钝化层与半导体基材之间形成能带弯曲，阻碍少数载流子(空穴)迁移到半导体基材表面和穿过化学钝化层，但不影响多数载流子(电子)穿过化学钝化层实现传输，有利于降低多数载流子和少数载流子在半导体基材101的复合概率和实现载流子的选择性传输。
参考图3，在场钝化层103远离化学钝化层112的一侧形成有光学优化层104。
本实施例中，形成光学优化层104的方法为等离子体增强化学气相沉积，有利于在较低的沉积温度下，例如沉积温度在200℃以上，优选地在400℃～500℃之间，在场钝化层103远离化学钝化层112的一侧形成光学优化层104。在其他实施例中，形成光学优化层的方法还可以为原子层沉积。
具体地，光学优化层104的材料包括含氢氮化硅层，且所述含氢氮化硅层中氢的原子浓度为2％～35％。优选地，含氢氮化硅层中氢的原子浓度为30％，有利于保证含氢氮化硅层对半导体基材良好的氢钝化效果。此外，由于含氢氮化硅中氢原子不是以单原子形态存在，而主要以si-h和n-h键存在，在工艺上进一步提高含氢氮化硅中氢的原子浓度实现起来较困难，且会影响含氢氮化硅中si和n的比例，导致含氢氮化硅层的光学性质变化。同时，在制备含氢氮化硅层的过程中，氢的原子浓度过高会提高形成的含氢氮化硅膜层起泡的概率。
本实施例中，含氢氮化硅层中的氢原子的扩散路径为：经过场钝化层103，然后经过化学钝化层112，扩散至化学钝化层112和半导体基材101的界面处，饱和半导体基材101界面处的悬挂键，有利于降低半导体基材101界面处的界面态密度，从而有利于降低多数载流子和少数载流子在半导体基材101表面的复合概率。当半导体基材101的材料为多晶硅时，氢原子还可以进一步扩散到半导体基材101内，对半导体基材101的内部晶体缺陷进行氢钝化。
本实施例中，通过改变光学优化层104中氮原子的原子浓度，可以调整含光学优化层104的折射率。当光学优化层104位于光伏电池的正面，即光伏电池接受光照的一面时，光学优化层104的折射率较高，与位于光伏电池正面的其他膜层相互配合能降低光伏电池正面的反射率，则有利于将更多照射在光伏电池正面的光线折射进光伏电池中，从而有利于提高光伏电池对光源的利用率；当光学优化层104位于光伏电池的背面，即光伏电池未接受光照的一面时，光学优化层104的折射率较低，与位于光伏电池背面的其他膜层相互配合能增强光伏电池正面的反射率，有利于将更多穿射光伏电池正面的光线在光伏电池的背面被再次反射进光伏电池中，从而有利于提高光伏电池对光源的利用率。
因此，在其他实施例中，由于半导体基材中多数载流子为电子，除了场钝化层对半导体基材表面有场钝化效果外，由于氧化硅膜层和含氢氮化硅层均带有一定量的固定正电荷，有利于和场钝化层配合在半导体基材表面产生更大的能带弯曲，对半导体基材表面产生更好的场钝化效果。
本实施例中，通过掺杂工艺同步形成化学钝化层112和场钝化层103，有利于简化制备光伏电池的步骤，例如可以避免传统工艺中分别形成化学钝化层和场钝化层的工艺步骤以及节约产线的设备，而且场钝化层103和化学钝化层112之间没有明显的界面分界线，有利于提高光伏电池中多数载流子的传输速度，从而有利于提高光伏电池的转换效率。此外，通过在初始钝化层102中掺杂第二掺杂元素代替成本较高的原材料，有利用降低制备光伏电池的成本。
本发明第二实施例还提供一种光伏电池，该光伏电池可以由第一实施例提供的光伏电池的制备方法制成。
参考图2，光伏电池包括：半导体基材101，半导体基材101的一侧具第一掺杂元素，第一掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的一者；化学钝化层112，化学钝化层112位于半导体基材101中具有第一掺杂元素的一侧；场钝化层103，场钝化层103位于化学钝化层112远离半导体基材101的一侧，且场钝化层103中具有第二掺杂元素，第二掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的另一者，其中，化学钝化层112和场钝化层103为一体化形成结构，，且厚度在6nm～200nm之间。
本实施例中，以第一掺杂元素为p型掺杂元素，第二掺杂元素为n型掺杂元素作为示例进行详细说明。其中，p型掺杂元素包括b元素、ga元素或者in元素，n型掺杂元素包括p元素、as元素或者sb元素。在其他实施例中，第一掺杂元素为n型掺杂元素，第二掺杂元素为p型掺杂元素。
具体地，在显微状态下，化学钝化层112和场钝化层103之间没有明显的界面分界线，则半导体基材中多数载流子从化学钝化层112迁移至场钝化层103受到的阻碍作用小，有利于提高光伏电池中多数载流子的传输速度，从而有利于提高光伏电池的转换效率。
在垂直于半导体基材101的方向上，化学钝化层112的厚度为0.5nm～5nm，有利于保证化学钝化层112对半导体基材101表面良好的化学钝化效果。
参考图3，光伏电池还包括光学优化层104，光学优化层104位于场钝化层103远离化学钝化层112的一侧。
本实施例中，光伏电池的化学钝化层112和场钝化层103均有利于提高对半导体基材101的表面的钝化效果，即降低多数载流子和少数载流子的复合概率以降低多数载流子的消耗，促进更多的多数载流子能传输至光伏电池的电极中，从而有利于提高光伏电池的光电转化效率。此外，由于化学钝化层112和场钝化层103之间没有明显的界面分界线，对半导体基材中多数载流子迁移的阻碍作用小，有利于提高光伏电池中多数载流子的传输速度，从而进一步提高光伏电池的转换效率。
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。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
1.一种光伏电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供半导体基材，在所述半导体基材中掺入第一掺杂元素，所述第一掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的一者；
在掺入有所述第一掺杂元素的所述半导体基材的一侧形成具有第一厚度的初始钝化层，其中，在垂直于所述半导体基材的方向上，所述初始钝化层的第一厚度为6nm～200nm；
在所述初始钝化层远离所述半导体基材的区域掺入第二掺杂元素以形成具有第二厚度的场钝化层，未掺入第二掺杂元素的所述初始钝化层作为具有第三厚度的化学钝化层，其中，所述第二掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的另一者。
2.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，所述初始钝化层的第一厚度优选为50nm～200nm。
3.根据权利要求2所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，所述化学钝化层的第三厚度为0.5nm～5nm。
4.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，所述场钝化层中第二掺杂元素的原子浓度为20％～80％。
5.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，还包括：在所述场钝化层远离所述化学钝化层的一侧形成光学优化层。
6.根据权利要求5所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，所述光学优化层的材料包括含氢氮化硅层，且所述含氢氮化硅层中氢的原子浓度为2％～35％。
7.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，形成所述初始钝化层的方法包括热氧化法。
8.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，所述化学钝化层包括氧化硅层、碳化硅层、二氧化铪层、氮化硅层、氮氧化硅层、非晶硅层、多晶硅层、单晶硅层等中的一者或任意组合的叠层。
9.一种光伏电池，其特征在于，包括：
半导体基材，所述半导体基材的一侧具有第一掺杂元素，所述第一掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的一者；
化学钝化层，所述化学钝化层位于所述半导体基材中具有所述第一掺杂元素的一侧；
场钝化层，所述场钝化层位于所述化学钝化层远离所述半导体基材的一侧，且所述场钝化层中具有第二掺杂元素，所述第二掺杂元素为n型掺杂元素或者p型掺杂元素中的另一者，其中，所述化学钝化层和所述场钝化层为一体化形成结构，且厚度在6nm～200nm之间。
10.根据权利要求9所述的光伏电池，其特征在于，还包括：光学优化层，所述光学优化层位于所述场钝化层远离所述化学钝化层的一侧。
技术总结