[发明专利]一种黑硅太阳能电池表面的钝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种黑硅太阳能电池表面的钝化方法。

背景技术

近年来，随着能源及环保问题的日益突出，寻找一种可再生的清洁能源成为人们关注的焦点。太阳能取之不尽，用之不竭，且是无污染的可再生清洁能源，因此受到人们的青睐。太阳能电池是实现太阳光能转换成电能的一种光电器件，目前晶体硅太阳能电池由于其较高的光电转换效率而占据着80％以上的光伏市场。目前，常规太阳能电池制绒后的反射率仍然高达14％(单晶硅)或22％(多晶硅)，造成光能的损失，如何进一步降低硅片表面的反射率成为提高太阳能电池效率的一个关键点。在晶体硅太阳能电池表面镀上一层四分之一波长的减反射膜层可以有效降低硅片表面反射率，但是这种减反射膜层对波长有一定的依赖关系，超出某一波段后，硅片表面反射率仍然很高，而如果在晶体硅太阳能电池表面制作黑硅层，则可以在很宽的波段范围内保持很低的反射率，进而有效提高光吸收。

黑硅(black silicon)对太阳光具有近乎黑体吸收的效果，是美国最新研究发现的一种能大幅提高光电转换效率的新型电子材料。美国哈佛大学物理实验室研究人员用超短波、高强度激光脉冲扫描普通的硅片，经过500次脉冲扫描后，用肉眼观看硅晶片呈黑色，研究人员将这种物质命名为“黑硅”。后来人们利用各种不同的方法制作出黑硅太阳能电池，有效提高了光电流。虽然黑硅太阳能电池有很低的反射率，但由于黑硅表面积较大、复合比较严重，因此具有较大的表面复合速度，降低了少子寿命和开路电压，造成黑硅太阳能电池的光电转换效率比常规电池的要低。因此，能否找到一种有效钝化黑硅电池表面且成本较低的钝化方法，从而提高开路电压，是黑硅太阳能电池能否产业化的关键。

一般而言，二氧化硅薄膜可以对晶体硅表面进行有效钝化。但传统的热生长二氧化硅，需要850℃以上的高温生长条件，因此成本较高，且长时间的高温也会影响硅片质量。此外对于低压化学气相沉积(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)，电子回旋振荡化学气相沉积(ECRCVD，Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition)，溅射等方法制备二氧化硅，要么需要额外的阳极设备或反应能量来源的辅助，要么需要特殊的真空装置和高温条件，因此设备比较复杂，成本也较高。

发明内容

为了解决现有二氧化硅薄膜生长方法所需的工艺设备条件复杂、生产成本高等问题，本发明提供了一种黑硅太阳能电池表面的钝化方法，所述方法包括：

向六氟硅酸溶液分别加入二氧化硅粉末、去离子水和硼酸粉末，制备二氧化硅沉积溶液；

将扩散后的黑硅硅片浸没入所述二氧化硅沉积溶液中，在所述黑硅硅片表面沉积生成一层二氧化硅薄膜。

所述向六氟硅酸溶液分别加入二氧化硅粉末、去离子水和硼酸粉末，制备二氧化硅沉积溶液的步骤具体包括：

向六氟硅酸溶液加入过量二氧化硅粉末，搅拌3-6小时，使二氧化硅饱和，形成二氧化硅饱和的六氟硅酸溶液；

过滤残余的二氧化硅粉末，向所述二氧化硅饱和的六氟硅酸溶液中加入去离子水，搅拌半小时，使二氧化硅过饱和，再加入高纯度硼酸粉末，搅拌20分钟，静置溶液5分钟，形成二氧化硅沉积溶液。

所述六氟硅酸溶液的浓度为30-35wt％、温度为40℃，所述二氧化硅沉积溶液中的硼酸浓度为0-0.03mol/L，所述二氧化硅粉末和硼酸粉末的纯度均大于99.99％。

所述将扩散后的黑硅硅片浸没入所述二氧化硅沉积溶液的步骤之前还包括将黑硅硅片进行预清洗处理。

所述将黑硅硅片进行预清洗处理的步骤包括：

将扩散后的黑硅硅片浸入氢氟酸溶液中，浸泡20-30分钟；

将经过氢氟酸溶液浸泡后的黑硅硅片浸入去离子水中，浸泡1小时。

所述氢氟酸溶液中的体积比HF∶H₂O＝1∶10，所述氢氟酸溶液的浓度为48％，所述去离子水的浓度为18MΩ·cm。

所述二氧化硅沉积溶液的温度为30-50℃，沉积时间为0.5-2小时。

所述二氧化硅薄膜的厚度为10-40nm。

所述在所述黑硅硅片表面沉积生成一层二氧化硅薄膜的步骤之后还包括将生成二氧化硅薄膜的黑硅硅片进行退火处理。

所述退火处理的工艺条件为：退火温度为100-400℃，退火时间为半小时。