[发明专利]一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及黑硅太阳能电池的生产技术领域，特别是一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺。

背景技术

晶体硅由于易提纯、易掺杂、耐高温等优点在半导体行业中具有非常广泛的应用，但同样也存在很多缺陷，如晶体硅表面对可见光至红外光的反射很高，而且因为禁带宽度大，晶体硅不能吸收波长大于1100nm的光波，当入射光的波长大于1100nm时，硅探测器对光的吸收率和响应率将大大降低；在探测这些波段时必须使用锗、砷化镓等其他材料；由于这些材料的价格昂贵、热力学性能和品体质量较差以及不能与现有的成熟的硅工艺兼容等缺点而限制了其在硅基器件方面的应用；因此，减少晶体硅表面的反射、扩展硅基和硅兼容光电探测器的探测波段仍然是目前最热门的研究。

为了减少晶体硅表面的反射，人们采用了许多实验方法和技术，如光刻技术、反应离子束刻蚀、电化学腐蚀等；这些技术都能在一定程度上改变晶体硅表面及近表面形貌，达到减少硅表面反射的目的；在可见光波段，减少反射可以增加吸收.提高器件的效率；但在波长超过1100nm时，如果在硅禁带中引入吸收能级；反射减少仅仅导致透射增加，因为硅的禁带宽度最终限制了其对长波长光的吸收；因此，要扩展硅基和硅兼容器件的敏感波段，就必须在减少硅表面反射的同时增加禁带内的光子吸收。

20世纪90年代末，哈佛大学EricMazur教授等在研究飞秒激光与物质相互作用的过程中获得了一种新材料—黑硅；EricMazur等在研究黑硅的光电性质时惊奇地发现这种表面微构造过的硅材料具有奇特的光电性质，它对近紫外至近红外波段的光几乎全部吸收，具有良好的可见和近红外发光特性以及良好的场致发射特性等；这个发现在半导体界掀起惊涛骇浪，各大杂志对此争相报道。

2001年NewScientist杂志等都发表专栏文章，评述黑硅的发现及其潜在的应用性.认为它在遥感、光通讯及微电子等领域都具有重要的潜在应用价值；目前，国外的很多科学家包括国内的学者都已经开展了很多黑硅的研究工作，并取得了初步的研究成果。

因此，黑硅技术应用于太阳能电池中将是未来高效电池发展的趋势；本项目开发的目的是对黑硅太阳能电池技术进行研究，以期望获得低成本高转换效率的黑硅太阳能电池并达到量产化；通过对黑硅太阳能电池关键技术的研究，将在以下方面获得突破性进展，达到国内领先或先进水平；探索拥有自主知识产权的黑硅太阳电池的关键技术，包括产品的结构及其制造工艺流程；获得前沿的基础研究成果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种黑硅太阳能电池结构，包括N型硅衬底，N型硅衬底的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层及绝缘层，其中，B型扩散层的材质为硼酸盐，绝缘层的材质为SiNx层膜，绝缘层的上表面设置有P型金属电极；

N型硅衬底的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层及钝化层，钝化层下表面设置有n型金属电极。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述的黑硅太阳能电池结构，广谱吸收黑硅材料层采用黑硅材料，该黑硅材料具有间隔为20nm至20μm，横向尺度为20nm至20μm，深度为20nm至20μm的硅锥、硅粒或硅孔，这种材料对0.25μm至2.5μm波长范围内的太阳光具有＞85％的光吸收率。

前述的黑硅太阳能电池结构，P型金属电极与N型硅衬底的边缘之间留有距离，n型金属电极与N型硅衬底的边缘之间留有距离。

前述的黑硅太阳能电池结构，SiNx层膜为氮化硅和二氧化硅构成的叠层膜。

前述的黑硅太阳能电池结构，二氧化硅层膜位于氮化硅层膜的下方，二氧化硅层膜的厚度为41-43nm，氮化硅层膜的厚度为80-83nm。

本发明还设计了一种黑硅太阳能电池结构的制作工艺，选用N型硅衬底作为基底，包括如下具体步骤：

①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底的表面场，并将N型硅衬底放入管式炉中进行扩散，通入N ₂气体作为保护，N₂气体的流量为11slm，扩散温度为910-930℃，扩散时间为11-13min，形成B型扩散层；

硼盐酸溶液的制备为：将B₂O₅溶解到稀盐酸中形成13-16wt％的溶液；

②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒，绒面大小在200-700nm，深度180-220nm；