具体技术细节
[0004] 本发明的目的是提供一种基于p型硅基底的TOPCon光伏电池，解决了现有技术中存在的因B‑O带来的复合缺陷导致的p‑TOPCon钝化质量差和光捕获能力差所引起的电池光电转换效率低的问题。
[0005] 本发明所采用的第一技术方案是，基于p型硅基底的TOPCon光伏电池，包括p型硅片，p型硅片背面由近到远依次设置有隧穿层、p型CuAlO2层、背电极；p型硅片正面由近到远依次设置有n型β‑Ga2O3层、钝化层、减反层；n型β‑Ga2O3层上设置有一对顶电极，两个顶电极依次贯穿钝化层和减反层且伸出减反层外部。
[0006] 本发明第一技术方案的特点还在于，
[0007] p型硅片的厚度为100μm～200μm，电阻率为0.1Ω·cm～5Ω·cm，隧穿层的材料为SiO2、Al2O3或SiC中的一种，厚度为1nm～3nm；p型CuAlO2层厚度为100nm～200nm；n型β‑Ga2O3层为掺杂Sn、Si、Al其中一种的β‑Ga2O3(‑201)晶面、β‑Ga2O3(001)晶面或β‑Ga2O3(010)晶面18 20 ～3
材料，掺杂浓度为10 ～10 cm ，厚度为50nm～200nm；钝化层的材料为Al2O3，厚度为5nm～
20nm，减反层的材料为Si3N4或Si2N2O中的一种，厚度为60nm～150nm。
[0008] 本发明所采用的第二技术方案是，基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0009] 步骤1、对p型硅片进行碱性抛光；
[0010] 步骤2、在所述步骤1抛光后的p型硅片正面制绒，形成表面金字塔结构；
[0011] 步骤3、对所述步骤2得到的p型硅片进行清洗，并在氢氟酸HF中短浸；
[0012] 步骤4、在所述步骤3清洗后的p型硅片背面进行氧化层生长；
[0013] 步骤5、在所述步骤4得到的氧化层上进行p型CuAlO2外延层生长；
[0014] 步骤6、在所述p型硅片正面进行n型β‑Ga2O3异质外延层生长；
[0015] 步骤7、在所述步骤6得到的n型β‑Ga2O3异质外延层上沉积AlOx薄膜；
[0016] 步骤8、在所述步骤7得到的AlOx薄膜上沉积SiNx薄膜；
[0017] 步骤9、在所述步骤5得到的p型CuAlO2层上制作背电极；
[0018] 步骤10、在所述步骤8得到的SiNx薄膜上制备顶电极，最终形成所述基于p型硅基底的TOPCon光伏电池。
[0019] 本发明第二技术方案的特点还在于，
[0020] 步骤1中使用浓度为3％～5％的KOH溶液对p型硅片进行碱性抛光，去除表面损伤，所述步骤2中制绒时使用浓度为3％～5％的NaOH溶液对p型硅片表面均匀腐蚀。
[0021] 步骤3中清洗流程具体为：依次使用清洗液1、清洗液2、氢氟酸、酒精、去离子水逐步对p型硅片进行清洗，其中，清洗液1为NH3H2O:H2O2:去离子水按1:1:5的比例配比而成；清洗液2为HCl:H2O2:去离子水按1:1:5的比例配比而成；氢氟酸浓度为3％～6％；酒精浓度为99.9％。
[0022] 步骤4中氧化层生长时采用分步氧化法，即先使用热硝酸氧化法对p型硅片背面进行一次氧化，再使用PECVD‑N2O法对p型硅片背面进行二次氧化，后利用HF/HNO3溶液去除正面绕镀的氧化层，具体如下：
[0023] 步骤4.1、将p型硅片置于浓度为65％～70％的HNO3溶液中处理3min～5min，HNO3溶液温度为90℃～110℃；
[0024] 步骤4.2、对p型硅片背面进行等离子增强化学气相沉积氧化，以纯度为99.999％的N2O作为气源，控制射频功率为5W～20W，持续时间为250s～300s；
[0025] 步骤4.3、配置体积比为335:1.5～335:2.5的HNO3:HF溶液，对p型硅片正面及边缘进行清洗，清洗持续时间为160s～220s。
[0026] 步骤5以Cu(NO3)2·5H2O为Cu源，以Al(NO3)3·9H2O为Al源，聚乙烯醇PVA为稳定剂，采用溶胶凝胶法在氧化层上进行P型晶体CuAlO2异质外延层生长，具体如下：
[0027] 步骤5.1、配置溶胶：按摩尔比1:1分别取Cu(NO3)2·5H2O和Al(NO3)3·9H2O，然后向Cu(NO3)2·5H2O和Al(NO3)3·9H2O的混合溶液中加入聚乙烯醇PVA和去离子水，使溶液中聚乙烯醇PVA浓度为0.05mol/L～0.15mol/L；
[0028] 步骤5.2、将步骤5.1得到的溶液在80℃～90℃温度下搅拌3～5h，搅拌结束后冷却至室温；
[0029] 步骤5.3、将步骤5.2配置好的溶液在氧化层上进行旋涂，旋涂转速为2500～3000rpm，旋转时间为30～45s，将旋涂后得到的样品在空气环境中热处理5～10min，热处理温度300℃～400℃；
[0030] 步骤5.4、待步骤5.3得到的样品在空气中冷却至室温后重复步骤5.3，以控制CuAlO2异质外延层厚度；
[0031] 步骤5.5、CuAlO2异质外延层生长完毕后，将步骤5.4得到的样品放置于Ar气环境中进行退火处理，退火温度为900℃～1100℃，退火时间4～6h。
[0032] 步骤6中以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，惰性气体作为载气，O2作为生长源气体，SiH4作为掺杂源气体，具体如下：
[0033] 步骤6.1、将金属镓源放入石英舟内，石英舟放入双温区石英管式炉内温区1中；
[0034] 步骤6.2、步骤5得到的p型硅片作为衬底放在衬底托上，将载有衬底的衬底托放入石英管式炉内温区2中；将反应腔抽真空，抽真空后腔体压强为1pa；
[0035] 步骤6.3、向石英反应腔内通入作为载气的惰性气体；
[0036] 步骤6.4、同时加热管式炉内温区1中载有金属镓源的石英舟和温区2中的衬底；通过设置升温时间使温区1的工作温度和温区2中的工作温度同时达到相应设置的温度，温区1中金属镓源的工作温度为550℃～650℃；温区2中衬底的工作温度为700℃～1050℃；
[0037] 步骤6.5、当石英管内温区1中反应舟的工作温度和温区2中衬底的工作温度达到设定温度时，打开O2气路和SiH4气路，让惰性气体携带O2和SiH4进入石英反应管；设定生长时间1～3h，在衬底上沉积n型β‑Ga2O3薄膜；步骤6.6、当n型β‑Ga2O3薄膜生长结束后，关闭O2气路和SiH4气路并降温，完成n型β‑Ga2O3薄膜制备。
[0038] 步骤7采用原子层沉积技术ALD，以Al(CH3)3和H2O为前驱体，沉积温度为100℃～350℃；步骤8采用等离子体增强化学气相沉积技术PECVD，以SiH4和NH3为气源，p型硅片温度为200℃～500℃，射频功率为3W～5W；步骤9采用热蒸发法蒸镀Ag背电极。
[0039] 步骤10中首先利用光刻开孔，通过曝光及显影去除顶电极位置处的AlOx及SiNx层，然后采用电子束蒸发镀膜机蒸镀Ti/Pd/Ag堆叠层顶电极，最终形成所述基于p型硅基底的TOPCon光伏电池。
[0040] 本发明的有益效果是，基于p型硅基底的TOPCon光伏电池，采用CuAlO2/SiO2结构代+替现有的p‑poly‑Si/SiOx结构，利用CuAlO2材料本征p型的特点，避免了B‑O带来的复合缺陷，提升了p‑TOPCon的钝化质量，进而提升电池效率；同时，采用n型β‑Ga2O3层代替传统n型多晶硅层，其禁带宽度大的特点也使得光伏电池在可见光范围内具有更高的透过率，提高了光捕获能力，从而有效提高光伏电池的转换效率。
法律保护范围
涉及权利要求数量10：其中独权2项，从权-2项
1.基于p型硅基底的TOPCon光伏电池，其特征在于，包括p型硅片(8)，p型硅片(8)背面由近到远依次设置有隧穿层(1)、p型CuAlO2层(2)、背电极(3)；p型硅片正面由近到远依次设置有n型β‑Ga2O3层(4)、钝化层(5)、减反层(6)；n型β‑Ga2O3层(4)上设置有一对顶电极(7)，两个顶电极(7)依次贯穿钝化层(5)和减反层(6)且伸出减反层(6)外部。
2.根据权利要求1所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池，其特征在于，所述p型硅片(8)的厚度为100μm～200μm，电阻率为0.1Ω·cm～5Ω·cm，所述隧穿层(1)的材料为SiO2、Al2O3或SiC中的一种，厚度为1nm～3nm；所述p型CuAlO2层(2)厚度为100nm～200nm；所述n型β‑Ga2O3层(4)为掺杂Sn、Si、Al其中一种的β‑Ga2O3(‑201)晶面、β‑Ga2O3(001)晶面或β‑Ga2O3
18 20 ～3
(010)晶面材料，掺杂浓度为10 ～10 cm ，厚度为50nm～200nm；所述钝化层(5)的材料为Al2O3，厚度为5nm～20nm，所述减反层(6)的材料为Si3N4或Si2N2O中的一种，厚度为60nm～
150nm。
3.基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对p型硅片(8)进行碱性抛光；
步骤2、在所述步骤1抛光后的p型硅片(8)正面制绒，形成表面金字塔结构；
步骤3、对所述步骤2得到的p型硅片进行清洗，并在氢氟酸HF中短浸；
步骤4、在所述步骤3清洗后的p型硅片(8)背面进行氧化层生长；
步骤5、在所述步骤4得到的氧化层上进行p型CuAlO2外延层生长；
步骤6、在所述p型硅片(8)正面进行n型β‑Ga2O3异质外延层生长；
步骤7、在所述步骤6得到的n型β‑Ga2O3异质外延层上沉积AlOx薄膜；
步骤8、在所述步骤7得到的AlOx薄膜上沉积SiNx薄膜；
步骤9、在所述步骤5得到的p型CuAlO2层上制作背电极；
步骤10、在所述步骤8得到的SiNx薄膜上制备顶电极，最终形成所述基于p型硅基底的TOPCon光伏电池。
4.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1中使用浓度为3％～5％的KOH溶液对p型硅片进行碱性抛光，去除表面损伤，所述步骤2中制绒时使用浓度为3％～5％的NaOH溶液对p型硅片表面均匀腐蚀。
5.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中清洗流程具体为：依次使用清洗液1、清洗液2、氢氟酸、酒精、去离子水逐步对p型硅片进行清洗，其中，清洗液1为NH3H2O:H2O2:去离子水按1:1:5的比例配比而成；清洗液2为HCl:H2O2:去离子水按1:1:5的比例配比而成；氢氟酸浓度为3％～6％；酒精浓度为
99.9％。
6.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤4中氧化层生长时采用分步氧化法，即先使用热硝酸氧化法对p型硅片背面进行一次氧化，再使用PECVD‑N2O法对p型硅片背面进行二次氧化，后利用HF/HNO3溶液去除正面绕镀的氧化层，具体如下：
步骤4.1、将p型硅片置于浓度为65％～70％的HNO3溶液中处理3min～5min，HNO3溶液温度为90℃～110℃；
步骤4.2、对p型硅片背面进行等离子增强化学气相沉积氧化，以纯度为99.999％的N2O作为气源，控制射频功率为5W～20W，持续时间为250s～300s；
步骤4.3、配置体积比为335:1.5～335:2.5的HNO3:HF溶液，对p型硅片正面及边缘进行清洗，清洗持续时间为160s～220s。
7.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤5以Cu(NO3)2·5H2O为Cu源，以Al(NO3)3·9H2O为Al源，聚乙烯醇PVA为稳定剂，采用溶胶凝胶法在氧化层上进行P型晶体CuAlO2异质外延层生长，具体如下：
步骤5.1、配置溶胶：按摩尔比1:1分别取Cu(NO3)2·5H2O和Al(NO3)3·9H2O，然后向Cu(NO3)2·5H2O和Al(NO3)3·9H2O的混合溶液中加入聚乙烯醇PVA和去离子水，使溶液中聚乙烯醇PVA浓度为0.05mol/L～0.15mol/L；
步骤5.2、将步骤5.1得到的溶液在80℃～90℃温度下搅拌3～5h，搅拌结束后冷却至室温；
步骤5.3、将步骤5.2配置好的溶液在氧化层上进行旋涂，旋涂转速为2500～3000rpm，旋转时间为30～45s，将旋涂后得到的样品在空气环境中热处理5～10min，热处理温度300℃～400℃；
步骤5.4、待步骤5.3得到的样品在空气中冷却至室温后重复步骤5.3，以控制CuAlO2异质外延层厚度；
步骤5.5、CuAlO2异质外延层生长完毕后，将步骤5.4得到的样品放置于Ar气环境中进行退火处理，退火温度为900℃～1100℃，退火时间4～6h。
8.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤6中以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，惰性气体作为载气，O2作为生长源气体，SiH4作为掺杂源气体，具体如下：
步骤6.1、将金属镓源放入石英舟内，石英舟放入双温区石英管式炉内温区1中；
步骤6.2、步骤5得到的p型硅片作为衬底放在衬底托上，将载有衬底的衬底托放入石英管式炉内温区2中；将反应腔抽真空，抽真空后腔体压强为1pa；
步骤6.3、向石英反应腔内通入作为载气的惰性气体；
步骤6.4、同时加热管式炉内温区1中载有金属镓源的石英舟和温区2中的衬底；通过设置升温时间使温区1的工作温度和温区2中的工作温度同时达到相应设置的温度，温区1中金属镓源的工作温度为550℃～650℃；温区2中衬底的工作温度为700℃～1050℃；
步骤6.5、当石英管内温区1中反应舟的工作温度和温区2中衬底的工作温度达到设定温度时，打开O2气路和SiH4气路，让惰性气体携带O2和SiH4进入石英反应管；设定生长时间1～3h，在衬底上沉积n型β‑Ga2O3薄膜；
步骤6.6、当n型β‑Ga2O3薄膜生长结束后，关闭O2气路和SiH4气路并降温，完成n型β‑Ga2O3薄膜制备。
9.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤7采用原子层沉积技术ALD，以Al(CH3)3和H2O为前驱体，沉积温度为100℃～350℃；
所述步骤8采用等离子体增强化学气相沉积技术PECVD，以SiH4和NH3为气源，p型硅片温度为
200℃～500℃，射频功率为3W～5W；所述步骤9采用热蒸发法蒸镀Ag背电极。
10.根据权利要求3所述的基于p型硅基底的TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤10中首先利用光刻开孔，通过曝光及显影去除顶电极位置处的AlOx及SiNx层，然后采用电子束蒸发镀膜机蒸镀Ti/Pd/Ag堆叠层顶电极，最终形成所述基于p型硅基底的TOPCon光伏电池。
