[发明专利]基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能电池制造工艺，具体为基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法。

【背景技术】

随着世界人口的急剧增加和各国经济的快速发展，对能源的需求越来越多；能源问题已成为一个国家长久快速发展的战略性问题。目前大规模使用的传统能源如石油和煤炭由于储量有限，按目前的消耗量在几十年后至一百多年后将会枯竭，同时目前频繁的使用化石能源造成严重的大气污染和温室效应，因此对清洁可再生能源的需求也越来越迫切；太阳能电池作为清洁能源的一种由此得到了快速发展。自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的硅(Si)太阳能电池以来，各种太阳能电池相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池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(单晶和多晶)电池各种太阳能电池中，其市场比重占到了90％以上，但转换效率普遍不高。如何制备出转换效率高的电池是各国从事光伏行业面临的一个关键问题，这也是降低太阳能成本的关键手段。由于Si是一种间接带隙材料，其对光吸收的能力相对于直接带隙半导体来说要弱的多。常规晶体硅电池由于单一能带的属性，处于350-600nm波段的光，此短波段光子的能量高，被常规晶体硅电池吸收后，大部分变成热而消耗掉。如何提高短波响应，是业界共同关心的话题。

为解决上述技术问题，确有必要提供一种先进的短波响应晶硅太阳能电池的制备方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法，其有效地提升350-600nm短波段的量子效率，使得光电流增加，最终达到高效转换的目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法，其包括如下工艺步骤：

(1)，在P型晶体硅衬底上制备制绒面；

(2)，利用平板等离子增强化学气相淀积，在有绒面的P型晶体硅衬底表面进行非晶硅薄膜的沉积；

(3)，对沉积有非晶硅薄膜的P型晶体硅衬底，利用快速热退火过程形成硅量子点；

(4)，对形成硅量子点的P型晶体硅衬底，利用平板等离子增强化学气相淀积，再进行富硅的氮化硅薄膜沉积，形成一层硅量子点薄膜的制备；

(5)，重复步骤(2)至步骤(4)多次，完成多层硅量子点薄膜的制备；

(6)，利用管式闭管扩散炉，对具有多层硅量子点薄膜的P型晶体硅衬底进行磷扩散，形成PN结，并在500-1500℃温度下进行恒定表面浓度扩散源的推进；

(7)，利用管式或者平板式等离子增强化学气相淀积方法在P型晶体硅衬底正面淀积Si₃N₄减反膜；

(8)，对正面淀积有Si₃N₄减反膜的P型晶体硅衬底，在其背面和正面分别进行正、负电的丝网印刷；

(9)，对丝网印刷后的P型晶体硅衬底，进行丝印电极的退火，完成基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池的制备。

本发明的基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法进一步为：步骤(1)中的P型晶体硅衬底选自p型125mm×125mm单晶硅片、p型156mm×156mm单晶硅片和p型156×156mm多晶硅片中的一种。

本发明的基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法进一步为：步骤(2)中形成的非晶硅薄膜的厚度为1-15nm之间。

本发明的基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法进一步为：步骤(3)的快速热退火过程，利用链式退火炉，在氮气气氛保护下，以快速热退火的方式进行退火；或利用带用快速热退火设备的平板PECVD进行原位退火；快速热退火过程的最高退火温度为700-900℃之间，退火时间为20-400s。

本发明的基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法进一步为：步骤(4)中的富硅的氮化硅薄膜的分子式为Si_xN，其中，x＞0.75，富硅的氮化硅薄膜的厚度在1nm-30nm之间。

本发明的基于多层硅量子点的短波响应晶硅太阳能电池制备方法进一步为：步骤(5)中的重复步骤(2)至步骤(4)的次数为100次以内，且形成的多层硅量子点薄膜的总厚度在1000nm以内。