[发明专利]基于硅基纳米线的太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新结构太阳能电池制造领域，特别是涉及一种基于硅基纳米线的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球能源的短缺和气候变暖，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。然而，太阳能发电成本高、转化效率低已成为制约其发展的主要瓶颈。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。

在硅基纳米柱阵列的制备方面：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纳米柱阵列。该方法工艺条件虽稳定、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纳米柱阵列。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。

中国专利申请CN102115028A公开了一种制备硅基纳米柱阵列的方法，主要用于电池效率的提高以及研制基于硅基纳米柱的异质结太阳能电池。该方法中，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纳米线阵列。该方法制备步骤简单，且与传统的硅太阳能电池工艺兼容。但是，在该方法中，单纯采用硅纳米线减反，一方面表面结构复杂钝化效果差，另一方面不能与电极形成良好欧姆接触。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于硅基纳米线的太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池中的纳米线阵列具有分级结构，可获得较低反射率的电池，同时可有效降低纳米线长度，有利于钝化层覆盖，降低光生载流子表面复合概率。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于硅基纳米线的太阳能电池，包括依次叠层连接的背电极、硅衬底、扩散结构层、纳米线阵列、钝化层以及正面电极；其中，所述硅衬底具有一金字塔型绒面，所述扩散结构层位于所述金字塔型绒面上，所述扩散结构层与所述硅衬底形成PN结；所述纳米线阵列通过在所述金字塔型绒面上刻蚀形成，每一纳米线包括掺杂类型相同的底部纳米线和顶部纳米线，其中，顶部纳米线比底部纳米线具有更高的掺杂浓度。

其中，所述顶部纳米线的长度为0.2～1μm，所述底部纳米线的长度为100～500nm。

其中，所述硅衬底为太阳能级硅衬底，p型或n型掺杂，晶面指数为(100)；当所述硅衬底为p型掺杂，则所述扩散结构层为磷扩散结构层；当所述硅衬底为n型掺杂，则所述扩散结构层为硼扩散结构层。

进一步地，该太阳能电池还包括Al背场，位于所述背电极与硅衬底之间。

如上的基于硅基纳米线的太阳能电池的制备方法，包括步骤：

S101、提供一硅衬底，并用碱溶液腐蚀获得金字塔型绒面；

S102、在金字塔型绒面上进行第一次扩散，获得第一扩散结构层；

S103、在第一扩散结构层上进行湿法刻蚀，获得纳米线阵列；其中，由第一扩散结构层刻蚀形成顶部纳米线，由金字塔型绒面刻蚀形成底部纳米线；

S104、在金字塔型绒面上进行第二次扩散，获得第二扩散结构层，第二扩散结构层与硅衬底形成PN结，并使顶部纳米线比底部纳米线具有更高的掺杂浓度。

具体地，步骤S101中，所述碱溶液采用浓度为2～6％的KOH或NaOH溶液，腐蚀时间为20～40min，温度85～95℃。

具体地，所述第一扩散结构层和所述第二扩散结构层的方块电阻均为40～90Ω，深度为0.2～1μm。

具体地，步骤S103中，刻蚀溶液采用浓度为4.0～6.0M的氢氟酸和浓度为0.01～0.03M的银或镍的盐溶液的混合溶液，溶液温度为20℃～50℃，刻蚀时间为30s～3min。

进一步地，在步骤S103之后，还包括清洗纳米线阵列的步骤，依次采用去离子水、硝酸溶液、盐酸溶液以及去离子水清洗具有纳米线阵列的硅衬底。

进一步地，该方法还包括步骤：在纳米线阵列上制备钝化层和正面电极；在与纳米线阵列相对一面的硅衬底上依次制备Al背场和背电极。

本发明的有益效果体现在：