[发明专利]一种制作晶硅高效太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作晶硅高效太阳能电池的方法，利用表面硅纳米晶的量子限制效应调制光子能量大于体硅禁带宽度(1.1eV)的光，特别是短波长的光，使其被晶硅电池充分吸收利用，以达到提高转换效率，降低成本的目的。

背景技术

近年来，石油价格上涨等能源短缺问题和全球变暖等环境污染问题日益严峻，人们对清洁的可再生能源需求空前急迫。太阳能取之不尽，用之不竭，有望替代传统能源，而作为太阳能使用的重要形式，太阳能电池倍受关注。

自1954年Chapin等首次提出将硅基PN结结构应用于太阳能电池至今，太阳能电池经过半个多世纪的发展，种类不断增多。从第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的薄膜太阳能电池到现在第三代的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。

目前，晶硅电池面临的主要问题有：转换效率不是很高(大规模生产能做到平均在17％)、价格昂贵等。然而这些问题都不足以影响晶硅(单晶和多晶)电池目前在太阳能电池市场中的主导地位，因此如何提高电池的转换效率进而降低成本成为关注的焦点。从光吸收角度来看，能量大于硅禁带宽度(1.1eV)以上的光子，特别是高能量的短波长光子，很大一部分以热能的形式损失。相关文献指出，仅上述的在短波长方面造成的损失高达所有损失的33％，如果可以将这些光谱范围的光有效利用起来，则可以很高实现电池效率的提高。

本发明是将硅纳米晶这种纳米结构应用在晶硅太阳能电池片上，从而将短波长的光转换至可吸收范围内，最终被晶硅PN结充分吸收，实现更高的转换效率。同时这种硅纳米晶制备技术可与大规模生产兼容，并不影响现有的晶硅电池工艺，可最大程度的降低成本并实现产业化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种制作晶硅高效太阳能电池的方法，以应用表面硅纳米晶结构调制短波长的光，使其充分被晶硅电池本身吸收利用，以此来提高现有的晶硅电池转换效率。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种制作晶硅高效太阳能电池的方法，包括如下步骤：

步骤1、在晶硅基片表面制备绒面结构；

步骤2、采用扩散法在晶硅基片上形成PN结结构；

步骤3、利用薄膜沉积技术及热处理在表面形成硅纳米晶结构；

步骤4、利用等离子增强化学气相淀积法在基片表面淀积氮化硅减反膜；

步骤5、丝网印刷完成正、负电极的制作；

步骤6、合金化，最终形成表面硅纳米晶调制的太阳能电池。

上述方案中，步骤1中所述晶硅基片为生产中所使用的P型标准片，单晶硅片尺寸为125×125cm²(截角)，多晶硅片尺寸为156×156cm²，采用化学溶液湿法腐蚀出金字塔形的绒面结构。

上述方案中，步骤2中所述扩散法是利用液态三氯氧磷为扩散源形成PN结，结深控制在200～500nm，扩散后去边。

上述方案中，步骤3中所述在表面形成硅纳米晶结构，是利用磁控溅射或者电子束蒸发技术在晶硅基片表面淀积一层硅薄膜，并通过快速热退火的方式形成大小、密度可控的硅纳米晶。

上述方案中，步骤4中所述等离子增强化学气相淀积法，是在形成硅纳米晶结构后的基片表面淀积氮化硅减反膜，氮化硅减反膜的厚度在70nm～120nm之间。

上述方案中，步骤5中所述电极的制作，是对背面进行印刷铝银浆料，在正面丝网印刷银浆料，形成电池的正、负电极。

上述方案中，步骤6中所述合金化过程，是经过高温烧结，无特殊气氛保护，最终形成表面硅纳米晶调制晶硅高效太阳能电池。

(三)有益效果

1、本发明提供的这种制作晶硅高效太阳能电池的方法，应用表面硅纳米晶结构调制短波长的光，使其充分被晶硅电池本身吸收利用，以此提高了现有的晶硅电池转换效率。同时本发明涉及的制备技术简单，与现有晶硅电池大规模生产工艺兼容，需增加的设备和工艺步骤少，易于大规模生产并产业化，最终能够达到降低成本的目的。

2、本发明提供的这种制作晶硅高效太阳能电池的方法，利用由大生产线上的工艺手段制备出的PN结晶硅太阳能电池，在其表面制备硅纳米晶，通过硅纳米晶的能带调节作用，使晶硅电池能更有效利用太阳光波长，进而提高晶硅电池的效率。