CN121174800A - 太阳能电池及其制备方法、用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光电器件技术领域，具体涉及太阳能电池及其制备方法、用电装置。本申请的太阳能电池，包括：N型硅衬底，N型硅衬底具有第一表面；第一隧穿层，设置于第一表面；N型多晶硅层，设置于第一隧穿层背离N型硅衬底的一侧表面；第一金属氧化物介电层，设置于N型多晶硅层背离第一隧穿层的一侧表面；且第一金属氧化物介电层的介电常数为25~40；第二金属氧化物介电层，设置于第一金属氧化物介电层背离N型多晶硅层的一侧表面，且第二金属氧化物介电层的介电常数为6~10；减反层，设置于第二金属氧化物介电层背离第一金属氧化物介电层的一侧表面，减反层的折射率为1.9~2.2。上述太阳能电池能够有效钝化N型硅衬底，且能促进电子的定向传输。

Description

太阳能电池及其制备方法、用电装置

技术领域

本申请涉及光电器件技术领域，具体涉及太阳能电池及其制备方法、用电装置。

背景技术

随着太阳能电池技术的发展，太阳能电池已经广泛应用于航天、通信、交通、家电等领域。双结叠层太阳能电池结构是突破单结电池效率极限的有效方式，可大幅提高电池对太阳光谱的利用率。叠层太阳能电池中通过选用钙钛矿顶电池以及硅基底电池。

在高效晶硅电池中，隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)电池是一种基于选择性载流子原理的新型钝化接触太阳能电池，隧穿氧化层钝化接触选用N型硅衬底，其内部通常是周期性排列的原子结构，每个原子与周围原子通过共价键紧密相连。但在材料的表面，这种周期性结构被中断，因此会形成悬挂键；另外，由于N型硅衬底在生长、切割等制造过程中，表面容易受到损伤，如引入外来杂质、产生裂纹或微小的坑洞等，都会引起表面缺陷。

目前，为对N型硅衬底表面进行有效钝化，通常是在N型硅衬底表面形成超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂多晶硅薄层。但上述钝化结构仍然存在表面缺陷较多，导致效率损失的缺点。

发明内容

基于此，本申请提供一种太阳能电池及其制备方法、用电装置。本申请提供的太阳能电池能够有效钝化N型硅衬底，且能促进电子的定向传输，进而有效提高光电性能。

本申请的第一方面，提供一种太阳能电池，包括：

N型硅衬底，所述N型硅衬底具有第一表面；

第一隧穿层，设置于所述第一表面；

N型多晶硅层，设置于所述第一隧穿层背离所述N型硅衬底的一侧表面；

第一金属氧化物介电层，设置于所述N型多晶硅层背离所述第一隧穿层的一侧表面；且所述第一金属氧化物介电层的介电常数为25~40；

第二金属氧化物介电层，设置于所述第一金属氧化物介电层背离所述N型多晶硅层的一侧表面，且所述第二金属氧化物介电层的介电常数为6~10；

减反层，设置于所述第二金属氧化物介电层背离所述第一金属氧化物介电层的一侧表面，所述减反层的折射率为1.9~2.2。

在其中一个实施例中，所述第一金属氧化物介电层的电阻率为0.4Ω·cm²~1Ω·cm²。

在其中一个实施例中，所述第一金属氧化物介电层包括氧化钽。

在其中一个实施例中，所述第二金属氧化物介电层包括氧化铝。

在其中一个实施例中，所述第一金属氧化物介电层的厚度为5nm~8nm。

在其中一个实施例中，所述第二金属氧化物介电层的厚度为8nm~15nm。

在其中一个实施例中，所述减反层的厚度为80nm~90nm。

在其中一个实施例中，所述第一隧穿层的厚度为0.5nm~2nm。

在其中一个实施例中，所述N型多晶硅层的厚度为80nm~120nm。

在其中一个实施例中，所述N型硅衬底还具有与所述第一表面相对设置的第二表面；所述太阳能电池还包括：

第二隧穿层，设置于所述第二表面。

其中，所述第二隧穿层的厚度为0.5nm~2nm。

在其中一个实施例中，所述太阳能电池还包括：设置于所述第二隧穿层背离所述N型硅衬底一侧表面的透明导电氧化物层。

可选地，所述透明导电氧化物层包括ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述减反层背离所述第二金属氧化物介电层的一侧还设置有第一电极层。

在其中一个实施例中，所述太阳能电池还包括：依次设置于所述透明导电氧化物层背离所述第二隧穿层一侧表面上的空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电层和第二电极层。

在其中一个实施例中，所述空穴传输层包括聚咔唑类材料、聚吡咯类材料和氧化镍中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述钙钛矿层包括ABX₃钙钛矿型材料；其中，A包括MA⁺、Cs⁺和FA⁺中的一种或多种；B包括Sn²⁺和Pb²⁺中的一种或多种；X包括F^—、Cl^—、Br^—和I^—中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述电子传输层包括二氧化钛、二氧化锡、氧化铟、氧化锌、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉、富勒烯衍生物、石墨烯和石墨烯衍生物中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述透明导电层包括ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种。

本申请的第二方面，提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

于N型硅衬底的第一表面依次制备第一隧穿层、N型多晶硅层、第一金属氧化物介电层、第二金属氧化物介电层和减反层；

其中，所述第一金属氧化物介电层的介电常数为25~40；所述第二金属氧化物介电层的介电常数为6~10；所述减反层的折射率为1.9~2.2。

在其中一个实施例中，形成所述第一金属氧化物介电层的反应原料包括前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧，反应温度为220℃~250℃。

在其中一个实施例中，形成所述第二金属氧化物介电层的反应原料包括三甲基铝和臭氧，制备步骤包括：以200sccm～400sccm的流量通入三甲基铝，并通入氮气吹扫三甲基铝后，通入臭氧。

在其中一个实施例中，形成所述减反层的反应气体原料包括SiH₄和NH₃，反应温度为460℃~500℃，所述SiH₄的气体流量为900sccm~1100sccm；所述NH₃的气体流量为5000sccm~7000sccm。

在其中一个实施例中，所述制备方法还包括：

于所述N型硅衬底的第二表面依次制备第二隧穿层、透明导电氧化物层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电层和第二电极层。

在其中一个实施例中，于所述减反层背离所述第二金属氧化物介电层的一侧表面制备第一电极层。

本申请的第三方面，提供一种用电装置，包括本申请第一方面任一项所述的太阳能电池或包括本申请第二方面任一项制备方法制备得到的太阳能电池。

本申请的太阳能电池的有益效果至少包括：

本申请提供的太阳能电池包括N型硅衬底和依次设置于N型硅衬底第一表面的第一隧穿层、N型多晶硅层、第一金属氧化物介电层、第二金属氧化物介电层和减反层，其中，特定高介电常数的第一金属氧化物介电层对N型硅衬底的钝化效果显著，且其能够对来源于N型多晶硅层的电子进行传输，并有效阻止空穴传输；第二金属氧化物介电层较低的介电常数使得其与第一金属氧化物介电层之间形成能带偏移，以使电子定向传输；同时，第二金属氧化物介电层中的金属离子能够吸引N型硅衬底的氧空位等缺陷，以进一步降低缺陷密度。进一步设置特定折射率的减反层，其含有正电荷，因此也能进一步诱导表面积累，抑制空穴在界面的复合。综上，本申请提供的太阳能电池可以有效钝化N型硅衬底的表面缺陷，降低表面缺陷对载流子的捕获，可以提升开路电压、短路电流和填充因子，以达到更高的能量转换效率。

进一步地，本申请的太阳能电池能够有效减少能量损失，且其与钙钛矿顶电池构成叠层电池时具有良好的兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本申请提供的太阳能电池的结构示意图；

图2为本申请实施例1~实施例7、对比例1~对比例2制备的太阳能电池的短路电流密度（Jsc）的曲线图。

图中，10、太阳能电池；100、N型硅衬底；101、第一表面；102、第二表面；110、第一隧穿层；120、N型多晶硅层；130、第一金属氧化物介电层；140、第二金属氧化物介电层；150、减反层；160、第二隧穿层；170、透明导电氧化物层；180、第一电极层；210、空穴传输层；220、钙钛矿层；230、电子传输层；240、透明导电层；250、第二电极层。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请的太阳能电池及其制备方法、用电装置作进一步完整、清楚的描述。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。

近年来，将钙钛矿电池与晶硅电池进行叠加形成的两端叠层太阳能电池器件成为低成本高性能前沿研究热点。太阳能电池的工作原理为：光生电子和空穴分别在电池两终端产生并收集。实现这一结果的常用方法之一是晶硅电池的硅基底近表面上沉积硼掺杂的P型微晶硅或磷掺杂的N型微晶硅。

本申请的发明人基于丰富的经验和大量的实验发现，上述钝化层存在钝化效果不佳的情况，且当其与钙钛矿电池组装成叠层电池时，其能带结构与钙钛矿电池不完全匹配，这可能导致能带对齐不理想，从而增加电荷传输障碍，降低电池的整体效率。

基于此，参阅图1，本申请的第一方面，提供一种太阳能电池10，包括：

N型硅衬底100，所述N型硅衬底100具有第一表面101。

第一隧穿层110，设置于所述第一表面101。

N型多晶硅层120，设置于所述第一隧穿层110背离所述N型硅衬底100的一侧表面。

第一金属氧化物介电层130，设置于所述N型多晶硅层120背离所述第一隧穿层110的一侧表面；且所述第一金属氧化物介电层130的介电常数为25~40。

第二金属氧化物介电层140，设置于所述第一金属氧化物介电层130背离所述N型多晶硅层120的一侧表面，且所述第二金属氧化物介电层140的介电常数为6~10。

减反层150，设置于所述第二金属氧化物介电层140背离所述第一金属氧化物介电层130的一侧表面。所述减反层150的折射率为1.9~2.2。

本申请提供的太阳能电池10包括N型硅衬底100和依次设置于N型硅衬底第一表面101的第一隧穿层110、N型多晶硅层120、第一金属氧化物介电层130、第二金属氧化物介电层140和减反层150，其中，特定高介电常数的第一金属氧化物介电层130对N型硅衬底100的钝化效果显著，且其能够对来源于N型多晶硅层120的电子进行传输，并有效阻止空穴传输；第二金属氧化物介电层140较低的介电常数使得其与第一金属氧化物介电层130之间形成能带偏移，以使电子定向传输；同时，第二金属氧化物介电层140中的金属离子能够吸引N型硅衬底100的氧空位等缺陷，以进一步降低缺陷密度。进一步设置特定折射率的减反层150，其含有正电荷，因此也能进一步诱导表面积累，抑制空穴在界面的复合。综上，本申请提供的太阳能电池10可以有效钝化N型硅衬底100的表面缺陷，降低表面缺陷对载流子的捕获，可以提升开路电压、短路电流和填充因子，以达到更高的能量转换效率。

进一步地，本申请的太阳能电池能够有效减少能量损失，且其与钙钛矿顶电池构成叠层电池时具有良好的兼容性。

所述第一金属氧化物介电层的介电常数为25~40。本申请中，“介电常数”是指基于“阻抗分析法”测试计算得到的相对介电常数和真空介电常数的乘积。其可写作ε=ε_r×ε₀。ε对应为介电常数，单位为F/m。其中，ε_r为相对介电常数，ε₀为真空介电常数。介电常数是材料本身的介电常数，其能够表征材料在电场中存储电荷的实际能力。示例地，第一金属氧化物介电层的介电常数包括但不限于25、26、28、30、32、35、38或40。进一步地示例地，所述第一金属氧化物介电层包括氧化钽。

示例地，第一金属氧化物介电层的介电常数为26~38。示例地，第一金属氧化物介电层的介电常数为35~38。

可以理解地，本申请提及的“介电常数”单位为F/m。

在其中一个示例中，所述第一金属氧化物介电层130的电阻率为0.4Ω·cm²~1Ω·cm²。该电阻率范围内的第一金属氧化物介电层130具有良好的电导性，且可以与N型硅衬底100之间具有良好的界面匹配，以优化电荷传输，提升叠层电池的光电性能。可以理解地，所述第一金属氧化物介电层的电阻率包括但不限于0.4Ω·cm²、0.45Ω·cm²、0.5Ω·cm²、0.55Ω·cm²、0.6Ω·cm²、0.65Ω·cm²、0.7Ω·cm²、0.75Ω·cm²、0.8Ω·cm²、0.85Ω·cm²、0.9Ω·cm²、0.95Ω·cm²或1Ω·cm²，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述第一金属氧化物介电层130的厚度为5nm~8nm。该厚度范围的第一金属氧化物介电层130能提供足够的界面钝化效果，同时避免稍厚的氧化钽层可能引起的界面应力或不稳定性，确保叠层结构的稳定性。可以理解地，第一金属氧化物介电层的厚度包括但不限于5nm、5.5 nm、6nm、6.5 nm、7 nm、7.5 nm或8 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，形成所述第一金属氧化物介电层130的反应原料包括前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧，反应温度为220℃~250℃。

在其中一个示例中，所述第一金属氧化物介电层130通过以下步骤制备得到：

利用原子力沉积法，采用前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧在所述N型硅衬底的表面上沉积所述第一金属氧化物介电层。

沉积温度对于吸附前驱体，避免副反应的发生；促进薄膜的致密生长，减少孔隙和缺陷具有重要作用。在其中一个示例中，所述原子力沉积法的具体工艺参数包括：沉积温度为220℃~250℃。具体地，所述沉积温度包括但不限于220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃。

在其中一个示例中，所述原子力沉积法的具体工艺参数包括：所述前驱体五乙醇钽的吹扫时间为10s~20s。

在其中一个示例中，所述原子力沉积法的具体工艺参数包括：所述共反应物臭氧的吹扫时间为10s~15s。

在其中一个具体的示例中，所述第一金属氧化物介电层130的制备方法包括以下步骤：

利用原子力沉积法，采用前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧，在220℃~250℃的反应温度下、控制前驱体五乙醇钽的吹扫时间为10s~20s、共反应物臭氧的吹扫时间为10s~15s，并使成膜速率为0.4nm/周期~0.5nm/周期，在所述N型硅衬底的表面上沉积所述第一金属氧化物介电层。

在其中一个示例中，所述第二金属氧化物介电层140的厚度为8nm~15nm。第二金属氧化物介电层140的厚度包括但不限于8 nm、9 nm、10 nm、11 nm、12 nm、13 nm、14 nm或15nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

可以理解地，第二金属氧化物介电层140的介电常数可以选自6~10之间的任意数值。示例地，第二金属氧化物介电层140的介电常数包括但不限于6、7、8、9或10。进一步示例地，第二金属氧化物介电层140包括氧化铝。

在其中一个示例中，所述第二金属氧化物介电层140的制备方法包括以下步骤：

利用原子沉积法向原子层沉积系统反应腔通入第一反应物三甲基铝（Al(CH₃)₃，TMA），流量为200sccm～400sccm，通入时间为2s～7s。通入氮气（N₂）吹扫三甲基铝，通入时间为3s～10s，以清除未被吸收的三甲基铝分子。通入第二反应物：通入第二反应物臭氧（O₃），通入时间为10s～35s，使第一反应物三甲基铝和第二反应物臭氧在硅片表面充分反应。继续通入氮气吹扫：继续通入氮气，时间为5s～20s，以清除多余未反应的臭氧及反应所得的副产物，制备第二金属氧化物介电层140。

为优化光的传播和反射特性，减少光的反射损失，增加光的入射量，提高电池的光电转换效率。可以理解地，减反层150的折射率可以选自1.9~2.2之间的任意数值。示例地，减反层150的折射率包括但不限于1.9、2、2.1或2.2。在其中一个示例中，所述减反层150包括氮化硅。

在其中一个示例中，所述减反层150的厚度为80nm~90nm。减反层150的厚度包括但不限于80nm、82 nm、874nm、86nm、88 nm或90 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述减反层150通过以下步骤制备得到：

利用化学气相沉积法，采用反应气体SiH₄和NH₃在所述第二金属氧化物介电层140的表面上沉积所述减反层150。

在其中一个示例中，所述化学气相沉积法的具体工艺参数包括：沉积温度为460℃~500℃。具体地，沉积温度包括但不限于460℃、465℃、470℃、475℃、480℃、485℃、490℃、495℃或500℃。

限定SiH₄的气体流量以及NH₃的气体流量，可以有效调控减反层150中的硅元素和氮元素的比例，优化薄膜的沉积速率，保证氮化硅层的折射率。在其中一个示例中，所述化学气相沉积法的具体工艺参数包括：所述SiH₄的气体流量为900sccm~1100sccm。所述SiH₄的气体流量包括但不限于900 sccm、930 sccm、950 sccm、980 sccm、1000 sccm、1030 sccm、1050 sccm、1080 sccm或1100 sccm。

在其中一个示例中，所述化学气相沉积法的具体工艺参数包括：所述NH₃的气体流量为5000sccm~7000sccm。所述NH₃的气体流量包括但不限于5000sccm、5300 sccm、5500sccm、5800 sccm、6000 sccm、6300 sccm、6500 sccm、6800 sccm或7000 sccm。

在其中一个具体的示例中，所述减反层150的制备方法包括以下步骤：

利用化学气相沉积法，采用反应气体SiH₄和NH₃，所述SiH₄的气体流量为900sccm~1100sccm，所述NH₃的气体流量为5000sccm~7000sccm，沉积温度为460℃~500℃，在所述第二金属氧化物介电层140的表面上沉积所述减反层150。

在其中一个示例中，所述第一隧穿层110的厚度为0.5nm~2nm。可以理解地，所述第一隧穿层110的厚度包括但不限于0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm或2nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。上述厚度范围内的第一隧穿层110，有助于钝化N型硅衬底100的表面缺陷，减少表面复合损失；且其可以提供一个稳定的界面层，有助于增强N型硅衬底100与N型多晶硅层120、第一金属氧化物介电层130之间的结合力，减少界面电阻。

在其中一个示例中，所述第一隧穿层110通过以下步骤制备得到：

利用等离子体增强化学气相沉积法，采用N₂O作为气体源，在所述N型硅衬底100第一表面上沉积SiO₂薄膜，以形成所述第一隧穿层。

在其中一个示例中，所述等离子体增强化学气相沉积法的具体工艺参数包括：N₂O流量为5000sccm~7000sccm。具体地，N₂O流量包括但不限于5500sccm、6000 sccm、6500sccm或7000 sccm。

在其中一个示例中，所述等离子体增强化学气相沉积法的具体工艺参数包括：沉积时间为2min~4min。

在其中一个示例中，所述等离子体增强化学气相沉积法的具体工艺参数包括：等离子体脉冲占空比为（18~22）：1000。具体地，所述等离子体脉冲占空比包括但不限于18：1000、19：1000、20：1000、21：1000或22：1000。

在其中一个具体的示例中，所述第一隧穿层110的制备方法包括以下步骤：

采用等离子体增强化学气相沉积法，采用N₂O作为气体源，N₂O流量为5000sccm~7000sccm、沉积时间为2min~4min、等离子体脉冲占空比为（18~22）：1000，在所述N型硅衬底100第一表面上沉积SiO₂薄膜，以形成所述第一隧穿层110。

在其中一个示例中，所述N型多晶硅层120的厚度为80nm~120nm。具体地，所述N型多晶硅层120的厚度包括但不限于80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、110 nm或120 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述N型多晶硅层120通过以下步骤制备得到：

利用等离子体增强化学气相沉积法，在所述第一隧穿层的表面上制备非晶硅薄膜，在800℃~1000℃下退火，以形成所述N型多晶硅层120。

可以理解地，退火温度包括但不限于800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃。

在其中一个示例中，所述N型硅衬底100还具有与所述第一表面101相对设置的第二表面102。所述太阳能电池还包括：第二隧穿层160，设置于所述第二表面102。

其中，所述第二隧穿层的厚度为0.5nm~2nm。

第二隧穿层160的厚度包括但不限于0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、1nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm、1.9nm或2nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

所述第二隧穿层160的材料包括氧化硅。

在其中一个示例中，所述减反层150背离所述第二金属氧化物介电层140的一侧还设置有第一电极层180。

进一步地，所述第一电极层180的材料为Ag。

更进一步地，所述第一电极层180厚度为20nm~40nm。具体地，所述第一电极层180厚度的厚度包括但不限于20nm、25 nm、30 nm、35 nm或40 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述太阳能电池还包括：设置于所述第二隧穿层160背离所述N型硅衬底100一侧表面的透明导电氧化物层170。当钙钛矿顶电池和TOPCon底电池进行叠加时，其连接的界面特性也发挥了重要作用。顶底电池的电子和空穴在透明导电氧化物层170中复合，保证顶底电池电流的一致。

在其中一个示例中，所述透明导电氧化物层170与第二隧穿层160接触。第二隧穿层160与透明导电氧化物层170接触可以显著减少界面复合，提升电池的光电转换效率。

在其中一个示例中，所述透明导电氧化物层170包括ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种。上述透明导电氧化物层材料具有较高的光透过率，且其具有良好的导电性，能够减少电阻损失。

在其中一个示例中，所述太阳能电池还包括：依次设置于所述透明导电氧化物层170背离所述第二隧穿层160一侧表面上的空穴传输层210、钙钛矿层220、电子传输层230、透明导电层240和第二电极层250。

在其中一个示例中，所述空穴传输层210包括聚咔唑类材料、聚吡咯类材料和氧化镍中的一种或多种。

在其中一个示例中，空穴传输层210的厚度为5nm~10nm。具体地，空穴传输层210的厚度包括但不限于5nm、6nm、7nm、8nm、9 nm或10 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述钙钛矿层220包括ABX₃钙钛矿型材料。其中，A包括MA⁺、Cs⁺和FA⁺中的一种或多种。B包括Sn²⁺和Pb²⁺中的一种或多种。X包括F^—、Cl^—、Br^—和I^—中的一种或多种。

在其中一个示例中，所述钙钛矿层220的厚度为300nm~500nm。具体地，钙钛矿层220的厚度包括但不限于300nm、350 nm、400 nm、450 nm、500 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述电子传输层230包括二氧化钛、二氧化锡、氧化铟、氧化锌、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉、富勒烯衍生物、石墨烯和石墨烯衍生物中的一种或多种。示例地，富勒烯衍生物包括不限于PCBM和C60。

在其中一个示例中，所述电子传输层230的厚度为10nm~200nm。具体地，电子传输层230的厚度包括但不限于20nm、30 nm、35 nm、40 nm、50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、90 nm、100 nm、150 nm、180 nm或200 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述透明导电层240包括ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种。

在其中一个示例中，透明导电层240的厚度为10nm~200nm。具体地，透明导电层240的厚度包括但不限于20nm、30 nm、35 nm、40 nm、50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、90 nm、100nm、150 nm、180 nm或200 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述第二电极层250的厚度为70nm~100nm。具体地，电极的厚度包括但不限于70nm、80 nm、90 nm或100 nm，或为上述任意两个点值作为端值构成的范围内。

在其中一个示例中，所述第二电极层250包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)和钼(Mo)中的一种或多种。

在其中一个具体的示例中，所述太阳能电池由受光面到背光面依次包括第二电极层250、透明导电层240、电子传输层230、钙钛矿层220、空穴传输层210、透明导电氧化物层170、第二隧穿层160、N型硅衬底100、第一隧穿层110、N型多晶硅层120、第一金属氧化物介电层130、第二金属氧化物介电层140、减反层150和第一电极层180。

本申请中，第二电极层250侧为光线入射侧。此时，特定的钙钛矿顶电池结构能够首先吸收高能量的短波长光，而较低能量的长波长光，将穿过钙钛矿顶电池，被下层TOPCon底电池吸收。此时，钙钛矿层的带隙范围为1.5eV~1.8eV。TOPCon底电池中N型硅衬底100的带隙范围为0.8eV~1.3eV。

本申请提供的太阳能电池中，通过第一金属氧化物介电层、第二金属氧化物介电层和减反层对N型硅衬底100进行钝化，其能够提高钝化效果的同时，也与钙钛矿顶电池（由第二电极层250、透明导电层240、电子传输层230、钙钛矿层220、空穴传输层210构成）之间具有良好的能带对齐效果。另外，对太阳能电池中的各层级进行结构优化，更有利于光的吸收和电荷传输，从而能够提升太阳能电池的光电转换效率。

本申请的第二方面，提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

于N型硅衬底100的第一表面101依次制备第一隧穿层110、N型多晶硅层120、第一金属氧化物介电层130、第二金属氧化物介电层140和减反层150。

其中，所述第一金属氧化物介电层130的介电常数为25~40；所述第二金属氧化物介电层140的介电常数为6~10；所述减反层150的折射率为1.9~2.2。

在其中一个示例中，所述第一金属氧化物介电层130通过以下步骤制备得到：

利用原子力沉积法，采用前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧在所述N型硅衬底的表面上沉积所述第一金属氧化物介电层。

沉积温度对于吸附前驱体，避免副反应的发生；促进薄膜的致密生长，减少孔隙和缺陷具有重要作用。在其中一个示例中，所述原子力沉积法的具体工艺参数包括：沉积温度为220℃~250℃。具体地，所述沉积温度包括但不限于220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃。

在其中一个示例中，所述原子力沉积法的具体工艺参数包括：所述前驱体五乙醇钽的吹扫时间为10s~20s。

在其中一个示例中，所述原子力沉积法的具体工艺参数包括：所述共反应物臭氧的吹扫时间为10s~15s。

在其中一个具体的示例中，所述第一金属氧化物介电层130的制备方法包括以下步骤：

利用原子力沉积法，采用前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧，在220℃~250℃的反应温度下、控制前驱体五乙醇钽的吹扫时间为10s~20s、共反应物臭氧的吹扫时间为10s~15s，并使成膜速率为0.4nm/周期~0.5nm/周期，在所述N型硅衬底的表面上沉积所述第一金属氧化物介电层130。

在其中一个示例中，所述第二金属氧化物介电层140的制备方法包括以下步骤：

利用原子沉积法向原子层沉积系统反应腔通入第一反应物三甲基铝（Al(CH₃)₃，TMA），流量为200sccm～400sccm，通入时间为2s～7s。通入氮气（N₂）吹扫三甲基铝，通入时间为3s～10s，以清除未被吸收的三甲基铝分子。通入第二反应物：通入第二反应物臭氧（O₃），通入时间为10s～35s，使第一反应物三甲基铝和第二反应物臭氧在硅片表面充分反应。继续通入氮气吹扫：继续通入氮气，时间为5s～20s，以清除多余未反应的臭氧及反应所得的副产物，制备第二金属氧化物介电层140。

在其中一个示例中，所述减反层150通过以下步骤制备得到：

利用化学气相沉积法，采用反应气体SiH₄和NH₃在所述第二金属氧化物介电层的表面上沉积所述减反层150。

在其中一个示例中，所述化学气相沉积法的具体工艺参数包括：沉积温度为460℃~500℃。具体地，沉积温度包括但不限于460℃、465℃、470℃、475℃、480℃、485℃、490℃、495℃或500℃。

限定SiH₄的气体流量以及NH₃的气体流量，可以有效调控减反层中的硅元素和氮元素的比例，优化薄膜的沉积速率，保证氮化硅层的折射率。在其中一个示例中，所述化学气相沉积法的具体工艺参数包括：所述SiH₄的气体流量为900sccm~1100sccm。所述SiH₄的气体流量包括但不限于900 sccm、930 sccm、950 sccm、980 sccm、1000 sccm、1030 sccm、1050sccm、1080 sccm或1100 sccm。

在其中一个示例中，所述化学气相沉积法的具体工艺参数包括：所述NH₃的气体流量为5000sccm~7000sccm。所述NH₃的气体流量包括但不限于5000sccm、5300 sccm、5500sccm、5800 sccm、6000 sccm、6300 sccm、6500 sccm、6800 sccm或7000 sccm。

在其中一个具体的示例中，所述减反层150的制备方法包括以下步骤：

利用化学气相沉积法，采用反应气体SiH₄和NH₃，所述SiH₄的气体流量为900sccm~1100sccm，所述NH₃的气体流量为5000sccm~7000sccm，沉积温度为460℃~500℃，在所述第二金属氧化物介电层的表面上沉积所述减反层150。

在其中一个示例中，所述第一隧穿层110的制备方法包括以下步骤：

利用等离子体增强化学气相沉积法，采用N₂O作为气体源，在所述N型硅衬底100上沉积SiO₂薄膜，以形成所述第一隧穿层。

在其中一个示例中，所述等离子体增强化学气相沉积法的具体工艺参数包括：N₂O流量为5000sccm~7000sccm。具体地，N₂O流量包括但不限于5500sccm、6000 sccm、6500sccm或7000 sccm。

在其中一个示例中，所述等离子体增强化学气相沉积法的具体工艺参数包括：沉积时间为2min~4min。

在其中一个示例中，所述等离子体增强化学气相沉积法的具体工艺参数包括：等离子体脉冲占空比为（18~22）：1000。具体地，所述等离子体脉冲占空比包括但不限于18：1000、19：1000、20：1000、21：1000或22：1000。

在其中一个示例中，所述N型多晶硅层120通过以下步骤制备得到：

利用等离子体增强化学气相沉积法，在所述第一隧穿层110的表面上制备非晶硅薄膜，在800℃~1000℃下退火，以形成所述N型多晶硅层120。

可以理解地，退火温度包括但不限于800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃。

在其中一个示例中，所述太阳能电池的制备方法还包括：于所述N型硅衬底100的第二表面102依次制备第二隧穿层160。

所述第二隧穿层160的材料为氧化硅。

在其中一个示例中，所述太阳能电池的制备方法还包括：于所述第二隧穿层160背离所述N型硅衬底100的表面上形成透明导电氧化物层170。

在其中一个示例中，透明导电氧化物层170的制备方法包括以下步骤：

于所述第二隧穿层160表面沉积ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种，制备所述透明导电氧化物层170。

可以理解地，本申请中，其他功能层如空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电层和第二电极层等可以采用本申请的常用方法进行制备，所以在此不再赘述。

本申请的第三方面，提供一种用电装置，包括本申请第一方面任一项示例所述的叠层太阳能电池或包括本申请第二方面任一项制备方法制备得到的太阳能电池。

下面进一步具体的实施例以详细说明本申请。同样应理解，以下实施例只用于对本申请进一步说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，本领域的技术人员根据本申请的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本申请的保护范围。下述实施例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并不一定要限定与下文实施例的具体数值。

实施例1

太阳能电池的结构：所述太阳能电池由受光面到背光面依次包括第二电极层250、透明导电层240、电子传输层230、钙钛矿层220、空穴传输层210、透明导电氧化物层170、第二隧穿层160、N型硅衬底100、第一隧穿层110、N型多晶硅层120、第一金属氧化物介电层130、第二金属氧化物介电层140、减反层150和第一电极层180。

其中，第二电极层250为银层，厚度为100nm；透明导电层240为氧化铟锡，厚度为150nm；电子传输层230由受光面到背光面依次包括BCP层和C60层，BCP层厚度为10nm，C60层厚度为20nm；钙钛矿层220为ABX₃钙钛矿材料，其中，A为Cs⁺，B为Pb²⁺，X为Cl^—和Br^—，钙钛矿层220的厚度为300nm；空穴传输层210为氧化镍，厚度为8nm；透明导电氧化物层170为氧化铟锡，厚度为150nm；第二隧穿层160为第一隧穿层，厚度为2nm；第一隧穿层110厚度为2nm；N型多晶硅层120的厚度为120nm；第一金属氧化物介电层130为氧化钽层，厚度为5nm；介电常数为26~30F/m；电阻率为0.4Ω·cm²；第二金属氧化物介电层140为氧化铝层，介电常数为8~9F/m；厚度为8nm；减反层150为氮化硅层，厚度为85nm，折射率为2.10；第一电极层180为Ag，厚度为25nm。

太阳能电池的制备方法：

（1）采用N型单晶硅（厚度250nm）作为衬底，清洗后，氢氟酸去除氧化层，得到N型硅衬底100；

（2）将N型硅衬底100置于PECVD的炉管内，随后升温到440℃，通入N₂O，其中N₂O流量为6000sccm，等离子体脉冲占空比为20:1000，分别在N型硅衬底100相对设置的两个表面上分别制备2nm的第二隧穿层160和2nm的第一隧穿层110。

（3）利用PECVD在第一隧穿层110上沉积非晶硅薄膜前驱体，900℃下退火50min，于第一隧穿层110上形成N型多晶硅层120。

（4）利用原子力沉积法，采用前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧，在230℃的反应温度下、控制前驱体五乙醇钽的吹扫时间为15s、共反应物臭氧的吹扫时间为15s，并使成膜速率为0.4nm/周期~0.5nm/周期，在N型多晶硅层120的表面上沉积氧化钽的第一金属氧化物介电层130。

（5）在步骤（4）形成的第一金属氧化物介电层130的表面，利用原子沉积法向原子层沉积系统反应腔通入第一反应物三甲基铝（Al(CH₃)₃，TMA），流量为300sccm，通入时间为5s。通入氮气（N₂）吹扫三甲基铝，通入时间为5s，以清除未被吸收的三甲基铝分子。通入第二反应物：通入第二反应物臭氧（O₃），通入时间为20s，使第一反应物三甲基铝和第二反应物臭氧在硅片表面充分反应。继续通入氮气吹扫：继续通入氮气，时间为15s，以清除多余未反应的臭氧及反应所得的副产物，制备第二金属氧化物介电层140。

（6）利用化学气相沉积法，控制反应气体SiH₄的气体流量为1000sccm，NH₃的气体流量为6000sccm，沉积温度为480℃，在第二金属氧化物介电层140的表面上沉积氮化硅的减反层150。

（7）利用PVD在80W、室温下沉积1400s，于第二隧穿层160表面上沉积氧化铟锡，形成透明导电氧化物层170。

（8）在透明导电氧化物层170表面旋涂(旋涂转速为2500rpm、旋涂时间为40s)含六水合硝酸镍溶液(9g六水合硝酸镍溶解于150ml去离子水中，再加入1M NaOH，调节pH至10)，然后在300℃退火50min形成1nm氧化镍薄膜空穴传输层210。

（9）在氧化镍薄膜空穴传输层210表面对PbI₂和CsBr进行共蒸发（PbI₂和CsBr的摩尔比为10:1），得到PbI₂/CsBr共混层；将甲脒碘、甲基溴化铵、甲基氯化铵溶解于乙醇溶剂中，得到有机盐溶液（所述甲脒碘在所述有机盐溶液中的浓度为80 mg/mL，所述甲基溴化铵在所述有机盐溶液中的浓度为15mg /mL，所述甲基氯化铵在所述有机盐溶液中的浓度为10mg/mL）；将所述有机盐溶液旋涂在PbI₂/CsBr共混层表面上，退火处理（退火温度为170℃，退火时间为20分钟），得到所述钙钛矿层220。

（10）在钙钛矿层220表面用热蒸发依次沉积约20 nm的C60和约10 nm BCP作为电子传输层230。

（11）再通过PVD在射频功率为85W的条件下，溅射氧化铟锡，形成氧化铟锡透明导电层240。

（12）用掩模版定义金属区域，通过热蒸发系统在氧化铟锡透明导电层240表面沉积约270nm Ag薄膜作为第二电极层250。

（13）在第二金属氧化物介电层140表面沉积25nm的Ag的第一电极层180。

实施例2

实施例2和实施例1基本相同，主要区别在于，实施例2中选用的减反层150的厚度为88nm。

实施例3

实施例3和实施例1基本相同，主要区别在于，实施例3中选用的减反层150厚度为90nm。

实施例4

实施例4和实施例1基本相同，主要区别在于，实施例4中选用的氧化钽的第一金属氧化物介电层130厚度为6nm；介电常数为32~35F/m；电阻率为0.8Ω·cm²。

实施例5

实施例5和实施例1基本相同，主要区别在于，实施例5中选用的氧化钽的第一金属氧化物介电层130厚度为8nm；介电常数为35~38F/m；电阻率为1Ω·cm²。

实施例6

实施例6和实施例1基本相同，主要区别在于，实施例6中选用的减反层150厚度为95nm。

实施例7

实施例7和实施例1基本相同，主要区别在于，实施例7中选用的氧化钽的第一金属氧化物介电层130厚度为15nm；介电常数为38~40F/m；电阻率为1.8Ω·cm²。

对比例1

对比例1和实施例1基本相同，主要区别在于，对比例1中未制备氧化钽钝化层。

对比例2

对比例2和实施例1基本相同，主要区别在于，对比例2中选用的氧化锌作为第一金属氧化物介电层130，厚度为5nm；介电常数约为8.5F/m；电阻率为0.4Ω·cm²。

将上述太阳能电池进行性能测试，测试方法包括：

（1）模拟太阳光源氙灯，经辐照计校准后为一个标准太阳光(AM1.5G， 100 mW/cm²)；

（2）参照正常J-V测试，其中单结SHJ和串联电池。其掩膜照射的开口面积为1.5cm²，放置样品并提前2分钟打开快门记录数据，记录的电压从﹢1.5V到-0.1V进行反向扫描。

在光照强度为100 mW cm^-2的模拟太阳光AM1.5G照射条件下，测得太阳能电池的开路电压(VOC)，填充因子(FF)，光电效率（EFF）和短路电流(JSC)，相应的测试结果如表1或图2所示。

表1

由表1可见，本申请实施例中包括的太阳能电池中选用第一隧穿层、N型多晶硅层、第一金属氧化物介电层、第二金属氧化物介电层和减反层对N型硅衬底具有优异的钝化效果，能够提高太阳能电池的开路电压、填充因子、光电效率和短路电流，使其光电性能提升。实施例1~实施例3可见，随着减反层的厚度增加，电子传输性能增加，但增加至实施例6时，此时较高的厚度会导致短波波长吸收能力变弱，特定波长反射率增加，同时消光系数变大，透射率降低，导致短路电流存在一定损失。由实施例1、实施例4~实施例5可见，随着氧化钽的第一金属氧化物介电层厚度或介电常数的增加，载流子分离能力增强，复合效应减少、电子传输性能增加，但增加至实施例7时，此时较高的厚度和过高的介电常数会导致电阻率稍微不足和电子传输速度变慢，短路电流稍微降低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，便于具体和详细地理解本申请的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

N型硅衬底，所述N型硅衬底具有第一表面；

第一隧穿层，设置于所述第一表面；

N型多晶硅层，设置于所述第一隧穿层背离所述N型硅衬底的一侧表面；

第一金属氧化物介电层，设置于所述N型多晶硅层背离所述第一隧穿层的一侧表面；且所述第一金属氧化物介电层的介电常数为25~40；

第二金属氧化物介电层，设置于所述第一金属氧化物介电层背离所述N型多晶硅层的一侧表面，且所述第二金属氧化物介电层的介电常数为6~10；

减反层，设置于所述第二金属氧化物介电层背离所述第一金属氧化物介电层的一侧表面，所述减反层的折射率为1.9~2.2。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一金属氧化物介电层的电阻率为0.4Ω·cm²~1Ω·cm²；

和/或，所述第一金属氧化物介电层包括氧化钽；

和/或，所述第二金属氧化物介电层包括氧化铝；

和/或，所述减反层包括氮化硅。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一金属氧化物介电层的厚度为5nm~8nm；

和/或，所述第二金属氧化物介电层的厚度为8nm~15nm；

和/或，所述减反层的厚度为80nm~90nm；

和/或，所述第一隧穿层的厚度为0.5nm~2nm；

和/或，所述N型多晶硅层的厚度为80nm~120nm。

4.根据权利要求1~3任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述N型硅衬底还具有与所述第一表面相对设置的第二表面；所述太阳能电池还包括：

第二隧穿层，设置于所述第二表面；

其中，所述第二隧穿层的厚度为0.5nm~2nm。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括：设置于所述第二隧穿层背离所述N型硅衬底一侧表面的透明导电氧化物层；

可选地，所述透明导电氧化物层包括ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种。

6.根据权利要求1~3任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反层背离所述第二金属氧化物介电层的一侧还设置有第一电极层。

7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括：依次设置于所述透明导电氧化物层背离所述第二隧穿层一侧表面上的空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电层和第二电极层。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池具有以下特征中的一种或多种：

（1）所述空穴传输层包括聚咔唑类材料、聚吡咯类材料和氧化镍中的一种或多种；

（2）所述钙钛矿层包括ABX₃钙钛矿型材料；其中，A包括MA⁺、Cs⁺和FA⁺中的一种或多种；B包括Sn²⁺和Pb²⁺中的一种或多种；X包括F^—、Cl^—、Br^—和I^—中的一种或多种；

（3）所述电子传输层包括二氧化钛、二氧化锡、氧化铟、氧化锌、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉、富勒烯衍生物、石墨烯和石墨烯衍生物中的一种或多种；

（4）所述透明导电层包括ITO、IZO、IOH和AZO中的一种或多种。

9.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

于N型硅衬底的第一表面依次制备第一隧穿层、N型多晶硅层、第一金属氧化物介电层、第二金属氧化物介电层和减反层；

其中，所述第一金属氧化物介电层的介电常数为25~40；所述第二金属氧化物介电层的介电常数为6~10；所述减反层的折射率为1.9~2.2。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述第一金属氧化物介电层的反应原料包括前驱体五乙醇钽和共反应物臭氧，反应温度为220℃~250℃；

和/或，形成所述第二金属氧化物介电层的反应原料包括三甲基铝和臭氧，制备步骤包括：以200sccm～400sccm的流量通入三甲基铝，并通入氮气吹扫三甲基铝后，通入臭氧；

和/或，形成所述减反层的反应气体原料包括SiH₄和NH₃，反应温度为460℃~500℃，所述SiH₄的气体流量为900sccm~1100sccm；所述NH₃的气体流量为5000sccm~7000sccm。

11.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

于所述N型硅衬底的第二表面依次制备第二隧穿层、透明导电氧化物层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电层和第二电极层；

和/或，于所述减反层背离所述第二金属氧化物介电层的一侧表面制备第一电极层。

12.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1~8任一项所述的太阳能电池或包括权利要求9~11任一项制备方法制备得到的太阳能电池。