一种具有径向PN结的黑硅太阳电池制备方法

摘要

本发明公开了一种具有径向PN结的黑硅太阳电池制备方法，涉及晶硅太阳电池制备领域，包括如下步骤：(1)采用化学湿法在硅衬底上制作微米尺寸的绒面；(2)在800‑1000℃且含氧量控制在30‑100％的条件下维持10‑60min，将扩散源扩散在所述绒面的表面；(3)通过退火制作所述绒面的所述表面钝化层。该方法可通过简单的扩散工艺实现PN结的场钝化效果，保证良好的陷光能力，较好控制表面复合和俄歇复合，且绒面制备成本较低，可较好地提升电池转换效率。

说明书

技术领域

本发明涉及晶硅太阳电池制备领域，尤其涉及一种具有径向PN结的黑硅太阳电池制备方法。

背景技术

利用纳米线制绒的黑硅能够在没有外加减反层的情况下极大程度降低太阳电池前表面的反射率。因而，黑硅技术一直被认为是提高太阳电池效率的有效手段。但是，对于现有的黑硅技术，由于细长的纳米绒面极大地增加了表面积，以及掺杂分布不理想等因素导致在发射端出现了两条严重的复合通道：表面复合和俄歇复合。Jihun Oh等人全面分析这两个复合通道对电池性能的影响并提出要达到高效电池的两个关键点：降低绒面比表面积和调节发射极的掺杂深度和浓度。而这势必会降低原本黑硅绒面的减反能力，导致了短路电流的不足从而限制了电池转换效率在18％左右，所以仍然需要额外的减反层(比如说氮化硅)来使得电池效率能够超过20％。Hele Savin等人做出了一个重大突破，他们证明了均匀的Al₂O₃膜能够在黑硅纳米绒面上提供优良的化学和场钝化。由80nm的Al₂O₃膜作为钝化和减法层，使得表面复合速率被降低到20cm/s，背接触IBC电池效率突破22％。但是，在IBC电池中能够被很好抑制的俄歇复合在传统前结电池制备中仍是一个棘手的问题。

本发明要解决的技术问题是如何在没有降低黑硅绒面减反能力的同时，有效抑制表面复合和俄歇复合。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有径向PN结的黑硅太阳电池制备方法，该方法可通过简单的扩散工艺实现PN结的场钝化效果，保证良好的陷光能力，较好控制表面复合和俄歇复合，且绒面制备成本较低，可较好地提升电池转换效率。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在没有降低黑硅绒面减反能力的同时，有效抑制表面复合和俄歇复合。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有径向PN结的黑硅太阳电池制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采用化学湿法在硅衬底上制作微米尺寸的绒面；

(2)在800-1000℃且含氧量控制在30-100％的条件下维持10-60min，将扩散源扩散在所述绒面的表面；

(3)通过退火制作所述绒面的所述表面钝化层。

进一步地，所述步骤(1)中的所述绒面的显微形状是柱状结构，所述柱状结构的内切圆直径与高度的比值是1.5-5.0，所述柱状结构是三棱柱、四棱柱、六棱柱或圆柱。

进一步地，所述三棱柱、所述四棱柱、所述六棱柱和所述圆柱的内切圆直径是1-10微米。

进一步地，所述柱状结构之间的平均距离与所述柱状结构的所述内切圆直径的比值是1.1-2.0。

进一步地，所述步骤(2)中的所述扩散源是磷源或硼源。

进一步地，所述步骤(2)中的所述扩散源采用热扩散炉或快速退火炉扩散进所述绒面的表面。

进一步地，所述步骤(3)中所述钝化层是氧化硅、氧化铝或非晶硅。

进一步地，所述的氧化硅在步骤(3)中的所述退火是在700-850℃的纯氧环境下维持10-60min，所述的氧化铝在步骤(3)中的所述退火是在450℃的纯氮环境下进行，所述的非晶硅在步骤(3)中的所述退火是在200℃的纯氮环境下进行。

进一步地，所述氧化硅是通过热氧化方法产生的，所述氧化铝是通过原子沉积方法产生的，所述非晶硅是通过等离子体增强化学气相沉积方法产生的。

该方法可通过简单的扩散工艺实现PN结的场钝化效果，保证良好的陷光能力，较好控制表面复合和俄歇复合，且绒面制备成本较低，可较好地提升电池转换效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的具有径向PN结的黑硅太阳电池结构示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

具体实施方式包括两个实施例。实施例一是P型硅衬底径向P-N⁺结黑硅太阳电池的制备步骤。

1、P型硅衬底的黑硅绒面的制备：

选用直径为1-10微米的聚苯乙烯小球，用注射法将微米小球铺在硅片表面，用反应离子刻蚀设备来缩小小球尺寸到原来小球的50-90％，用电子束镀膜机在铺有小球的一面沉积金属催化剂，将硅片放入到双氧水、氢氟酸和酒精(双氧水、氢氟酸、水、和酒精的体积比是1:5:10:10)的混合溶液中刻蚀不同时间能到不同高度的柱状结构。

再将得到的柱状结构放入AgNO₃(0.0002M)、HF(2M)and>3(0.005M)的混合溶液中刻蚀10-15min，过去离子水，放入10wt％HNO₃溶液中2min去除Ag，再过去离子水。重复刻蚀去除残留银离子步骤多次直到形成上表面带有微米铅笔阵列结构的硅衬底4。

2、径向P-N⁺结的制备：

采用液态磷扩散源旋涂在黑硅绒面上，进行200℃的预烘，然后放入管式退火炉进行热扩散。扩散的温度范围控制在800-950℃之间，时间在10-60min之间，氧含量控制在30-100％之间，以保证其不同的掺杂量，形成不同厚度的N⁺扩散层3，其中扩散层的深度要小于所述柱状绒面的半径，从而形成径向P-N⁺结。

3、钝化层的制备：

用氢氟酸溶液去除磷硅玻璃，然后在700-850℃纯氧环境下进行10-60min的退火，以形成不同厚度的二氧化硅钝化层2。

4、用铝浆制备背电极5，采用光刻工艺制备前电极1。

实施例二是N型硅衬底径向P⁺-N结黑硅太阳电池的制备步骤。

1、N型硅衬底黑硅绒面的制备：

采用光刻的方法制备出阵列周期的光刻胶图案，图案为三棱形，正方形，六边形中的一种。沉积金属催化剂，用丙酮去除光刻胶，再将硅片放入到双氧水、氢氟酸和水(双氧水、氢氟酸和水的体积比是1:5:10)的混合溶液中刻蚀不同时间能到不同高度的柱状结构。

再将得到的柱状结构放入AgNO₃(0.0002M),HF(2M)and>3(0.005M)混合溶液中刻蚀10-15min，过去离子水，放入10wt％HNO₃溶液中2min去除Ag，过去离子水。重复刻蚀去除残留银离子步骤多次直到上表面形状变为锥状结构，形成硅衬底4。

2、径向P⁺-N结的制备：

采用气态硼扩散源进行扩散，扩散的温度范围控制在850-1000℃之间，时间在10-60min之间，氧含量控制在30-100％之间，以保证其不同的掺杂量，形成不同厚度的P⁺扩散层3，其中扩散层的深度要小于所述柱状绒面的半径，从而形成径向P⁺-N结。

3、钝化层的制备：

用氢氟酸溶液去除硼硅玻璃，然后采用原子沉积方法沉积氧化铝，然后在氮气的气氛下450℃退火，形成氧化铝钝化层2。

4、进行背电极5以及前电极1的沉积。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。