[发明专利]一种激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201510173010.X 申请日: 2015-04-13
公开(公告)号: CN104868019A 公开(公告)日: 2015-08-26
发明(设计)人: 严辉;张悦;张永哲;张铭 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: H01L31/20 分类号: H01L31/20;H01L31/0747;H01L31/0236
代理公司: 北京思海天达知识产权代理有限公司 11203 代理人: 张慧
地址: 100124 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 激光 si 径向 异质结 电池 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于太阳电池领域,是一种涉及硅微米柱阵列制备以及多种气相沉积技术与激光刻蚀技术结合的新型高效a-Si/c-Si太阳电池。

背景技术

近年来,能源紧缺问题和全球变暖的环境问题日益严重,人类对清洁的可再生能源需求空前急切。光伏太阳能是一种重要的可再生能源,具有能源广泛,地域限制少,安全可靠等诸多优势。

自1954年第一块硅太阳电池应用至今,太阳电池经过了第一代单晶硅太阳电池,第二代薄膜电池的发展,但是当前高的发电成本仍然严重限制太阳电池的进一步广泛应用,因此从目前光伏太阳电池的发展来看,其技术发展趋势是成本降低,效率提高。

径向结电池相对于平面结电池,可以有效的对载流子进行分离、降低光生载流子的复合几率,能够有效提高太阳电池的短路电流。本发明采用光刻结合ICP刻蚀技术制备大面积硅微米柱阵列,具有一定程度的减反陷光效果,300-1200nm平均反射率可低至15%,相对于平面硅的36%左右有明显改善;激光烧蚀形成电极图案结合丝网印刷精确对准丝印电极,可显著改善硅基微纳结构电极接触问题;本征非晶硅对晶硅表面可以实现良好的钝化效果,c-Si/a-Si异质结具有较传统晶硅电池更高的开路电压;在此基础上形成的异质结,解决了原有平面结电池的结构问题,有效提高短路电流。这种电池结构具有较低的反射率、增强光吸收,电极接触明显改善、填充因子得到提高,径向异质结具有高的开路电压同时还能有效降低载流子的复合,最终转换为光电流,实现更高的电池效率。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的上述问题。本发明的目的是提出一种激光刻栅c-Si/a-Si径向异质结电池及其制备方法。

本发明实施例提出了一种微米结构激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结太阳电池的制备方法,包括以下步骤:

a)对N型双抛单晶硅衬底(201)进行清洗;

b)采用光刻工艺在单晶硅衬底上形成微米柱图形,此面称为正面;

c)在正面采用ICP刻蚀机进行刻蚀,形成硅微米柱阵列结构(203);

d)去除步骤c)N型衬底残余光刻胶(202);

e)采用激光烧蚀对步骤d)得到的N型硅衬底正反两面进行刻蚀形成电极沟槽图案(204);

f)对步骤e)对激光烧蚀电极沟槽图案(204)区进行清洗,去除激光烧蚀区损伤层及堆积物;

g)在步骤f)N型衬底的正反两面分别沉积本征非晶硅(i-a-Si)(205);

h)在步骤g)N型衬底有微米柱的正面沉积在P型非晶硅(p-a-Si)(206),在另一面反面沉积N型非晶硅(n-a-Si)(207);

i)采用PVD在步骤h)的N型衬底正反两面均沉积ITO(208);

j)采用丝网印刷在步骤i)N型衬底正面对应的激光烧蚀形成的电极沟槽图案(204)内精确对准印刷Ag电极(209),并烘烤,反面印刷全Ag电极,并烘烤。

根据本发明进一步的优选,所述的N型硅片进行清洗的步骤,是使用标准的RCA清洗流程对硅片进行清洗,之后去离子水清洗,氮气吹干。

根据本发明进一步的优选,所述的采用光刻工艺形成的微米柱图形的尺寸为2μm。

根据本发明进一步的优选,所述的采用光刻工艺形成微米柱图形的具体过程包括:

气相成底膜:采用六甲基二硅胺烷(HMDS)成底膜,温度200℃,时间20min;,旋转涂胶:在N型衬底在硅片一面采用匀胶机将正胶(包括但不限于9912)均匀旋涂;前烘:匀胶之后的硅片在85℃-120℃下真空热板上烘烤30-60s;对准曝光;显影;坚膜。

根据本发明进一步的优选,所述的ICP刻蚀形成的硅微米柱的长度为5μm。

根据本发明进一步的优选,所述的去除N型衬底表面残余光刻胶的具体过程包括:硅片在丙酮溶液中浸泡60min;在酒精中浸泡10min;去离子水冲洗10遍;氮气吹干。

根据本发明进一步的优选,所述的采用激光烧蚀对N型硅衬底两面进行刻蚀形成电极沟槽图案的步骤中,所用的激光波长为1064nm、532nm或355nm。

根据本发明进一步的优选,所述的采用激光烧蚀对N型硅衬底两面进行刻蚀形成电极沟槽图案的步骤中,烧蚀宽度依据设计栅线的宽度而定,一般烧蚀宽度宽于栅线宽度15-25μm。

根据本发明进一步的优选,所述的对激光烧蚀区进行清洗,去除激光烧蚀区损伤层及堆积物的步骤中,清洗的腐蚀液为稀的NaOH溶液,之后去离子水冲洗10遍,氮气吹干。

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