[发明专利]一种全背电极晶体硅太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种以晶体硅材料为衬底的太阳电池的制备方法，特别是一种基于电池绒面形貌结构改进的、可以取得更高光电流密度与电池转换效率的全背电极晶体硅太阳电池的制备方法。

背景技术

全背电极电池由于拥有非常独特的器件结构优势与取得更高光电转换效率的良好潜能，在过去很长一段时间直到现在都是很多机构研究与关注的焦点。它的首要特点在于将栅线电极全部转移到电池的背面，直接消除电极遮挡与反射引起的光吸收损失，这样就使得该器件结构相对其它正面电池结构获得更高的光电流密度，进而也就提升了电池的转换效率。

目前，在晶体硅电池制作方面，表面陷光结构通常是利用较低浓度碱溶液对晶体硅的选择性腐蚀，在其表面产生随机分布的金字塔绒面，它会使得入射光经多次反射后的实际光程增加，也即提高光的吸收，降低电池表面反射率，提高电池效率。但是，现有的碱制绒处理还存在一些局限性：(1)制绒后衬底表面金字塔结构尺寸往往不均且分布较广，大多仅达到12～14％(350-1100nm)的有效反射率结果，且在可见紫外波段的光量子吸收偏少；(2)一般的高浓度碱液抛光去除表面损伤会导致硅片减薄量过大，易造成碎片率高及硅片在后道后续中发生粘连、翘曲等问题，这些状况尤其在薄硅片中反应更加突出；(3)在制绒后衬底表面的微缺陷密度会大幅增加，通常的清洗制绒环节中间缺失针对性的绒面形貌优化去缺陷处理，很可能就不利于后道的钝化及发射结制作工艺等的高质量实施；(4)为了补救一般绒面减反射效果的不足，在现有电池工艺中会采用叠层减反射膜来达成，这样会增加电池每瓦成本。

因此，现有的硅片表面碱制绒工艺在应用于全背电极电池上存在一定的技术缺陷，有必要设计一种针对全背电极电池的制绒工艺，以使硅片表面反射率大幅降低，最终提高电池的电性能与良率。

发明内容

本发明针对现有技术中硅片表面碱制绒工艺存在的上述技术问题，提供一种快速经济的晶体硅二次制绒方法，并将其应用于全背电极电池的制备，使得金字塔的尺寸大小及制绒工艺的稳定性方便可控，硅片表面反射率大幅降低，最终提高电池的电性能与良率。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种全背电极晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

S1预清洗：将准备好的太阳能级直拉单晶硅片置于由碱液与氧化剂组成的预清洗液中进行预处理，以消除衬底表层的小分子有机及无机污染物；

S2：去损伤：使用去损伤液将硅片表面的机械损伤层部分地去除，使处理后硅片表面呈现一定的抛光状；

S3：掩膜保护：采用自动贴片机或喷墨打印机在硅片的一个抛光面上贴覆一层耐酸碱腐蚀的保护膜；

S4：金字塔绒面的制备：将经过步骤S1-S3预处理后的硅片置于配制好的第一制绒液中经过第一制绒时间进行首次制绒，以在硅片表明获得随机分布的金字塔结构，之后将硅片浸泡于去氧化液中，以脱去硅片表面的氧化层；

S5：绒面的第二次制备：将得到金字塔绒面的硅片转移到具有助氧化催化离子的第二制绒液中，反应第二制绒时间，在金字塔绒面表面沉积一定数量的金属纳米粒子，随后将硅片置于第一蚀刻液中，在蚀刻温度下刻蚀第一蚀刻时间，以制得单面带有簇状纳米粒子包覆修饰的绒面金字塔结构；

S6：绒面后处理：首先将硅片置于体积比为3:1～7:1的TMAH(四甲基铵)溶液与H₂O₂(双氧水)的混合液中进行清洗处理，H₂O₂的浓度为30％，TMAH的浓度为39％，控制反应温度在60～80℃，反应时间为5～15min；然后在由HF(氢氟酸)与HNO3(硝酸)组成的第二蚀刻液中刻蚀20s-70s，控制反应温度在10～20℃，其中，HF与HNO3的体积比为1:25～1:50，HF的浓度为49wt％，HNO3的浓度为69wt％。

S7：后清洗：将保护膜剥离，随后将硅片置于RCAⅡ溶液中进行清洗，HF浸渍后再进行RCAⅠ溶液中清洗，最终使得硅片表面获得高洁净度；

S8：全背电极电池制作：绒面制备后，首先通过等离子体化学沉积或高温扩散的方法依次在硅片的非绒面表面制备发射结、背面电场，在绒面表面制备正面电场；然后，在电池正反面选择沉积匹配的钝化薄膜层与减反射层；最后，选择使用相匹配的背面金属化工艺以完成电池制作。

进一步地，在步骤S1中，所述预清洗液为体积比为1:3-1:6的NaClO与NaOH的混合溶液，反应温度控制在65-80℃，时间控制在3-10min。