[发明专利]具有超低纳米减反结构准黑硅高效太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高效晶体硅太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种具有超低纳米减反结构准黑硅高效太阳能电池的制备方法。

背景技术

随着全球能源的短缺和气候变暖环境，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火力发电成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。在太阳能电池的发展历史中，非晶硅薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池都已经历了近半个多世纪的发展历程。晶体硅太阳能电池效率较高，而非晶硅薄膜太阳能电池的制造成本较低，但二者优势结合起来形成效率更高、成本更低的第三代太阳能电池结构受到的关注却相对较少。如果能将21世纪的标志技术：纳米结构制造融合其中，形成第三代太阳能电池，将有助于解决长期困扰这两个领域的效率低，成本高的瓶颈问题，实现太阳能技术的飞跃。本发明所制备的基于硅基超低纳米减反结构阵列的高效太阳能电池结构正是为了将超低纳米减反结构阵列结构融入太阳能电池的应用领域，形成第三代太阳能电池的雏形。

在硅基超低纳米减反结构阵列的制备方面：英国石油公司(BP)联合美国加州理工大学通过Au或Al等金属颗粒催化气相生长方法制备硅超低纳米减反结构阵列。此法工艺条件虽稳定，可重复；但无法去除Au或Al等催化金属，造成金属离子的引入，使太阳能电池的特性恶化。而且此方法生长的硅纳米柱并非垂直分布，不利于后续器件的制备。此外，美国波特兰大学和佛罗里达州立大学采用化学旋涂混有硅纳米晶的生物减反膜，并通过硅颗粒掩蔽干法刻蚀晶体硅形成规则的纳米柱。此法虽然可以大规模生产，且能得到规则分布的。然而，此技术并未能够应用到太阳能电池领域。而且硅纳米晶会被刻蚀造成掩蔽效果差，从而起不到掩蔽效果，造成晶体硅纳米柱的腐蚀，影响最终电池特性。

此外，专利《一种制备硅基超低纳米减反结构阵列的方法》(200910244521.0)中是利用湿法腐蚀的方法制备了垂直分布的、可一次在硅片表面大面积制备超低纳米减反结构阵列。该方法制备步骤简单，且与传统的硅太阳能电池工艺兼容。本方法制备的具有超低减反纳米结构的高效太阳能电池就是在湿法腐蚀的方法制备的超低纳米减反结构阵列的基础上，通过对传统工艺进行改，进行二次扩散解决欧姆接触的问题从而实现选区发射而得到的。

本发明人在进行利用硅基超低纳米减反结构阵列进行高效太阳能电池的制备。此法制备的太阳能电池，具有与传统工艺兼容、不增加设备成本、同时解决欧姆接触问题和实现超低减反等特点。利用本方法，在已扩散的P型衬底上进行扩散，通过湿法化学腐蚀方法制备纳米减反阵列，再对硅片进行二次扩散，结合传统生产工艺制备钝化层、电极等，最终形成超低纳米减反结构阵列高效太阳能电池，提高了电池的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种具有超低纳米减反结构准黑硅高效太阳能电池的制备方法，在与已有的太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出创新结构，以期提高太阳能电池的转化效率。利用该技术易于制备高性能、低成本的太阳能电池，并最终走向实用化、工业化，创造价值。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种具有超低纳米减反结构准黑硅高效太阳能电池的制备方法，该方法包括：

A、对p型太阳能电池硅片进行磷扩散；

B、化学腐蚀方法制备纳米柱；

C、表面清洗，去除残余物；

D、对硅片扩散面再次进行磷扩散；

E、对硅片进行SiN_x:H_x:H表面钝化和减反薄膜沉积，制备电池负电极、正电极和Al背场，完成具有超低纳米减反结构的准黑硅高效太阳能电池的制备。

优选的，前述的基于硅基超低纳米减反结构阵列的高效太阳能电池的制备方法，其中步骤A所述的p型片为掺硼的硅衬底，包括：太阳能级硅衬底(纯度大于99.9999％的硅衬底)，集成电路级级硅衬底(纯度大于99.9999999999％)。晶面指数(100)的一切硅材料衬底。磷扩散为利用在N₂、O₂气氛下、通磷源的传统工艺进行扩散，形成结深0.05～2.0微米的pn结。

优选的，前述的基于硅基超低纳米减反结构阵列的高效太阳能电池的制备方法，其中步骤A所述的扩散，为利用POCl₃作为磷扩散源，在N₂、O₂气氛下、通磷源等传统太阳能电池工艺进行扩散。步骤A中所述对p型太阳能电池硅片进行磷扩散，扩散后的方块电阻为10～150欧姆，PN结深为0.05～2.0微米。