CN106158996A - 一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池及其制备方法 - Google Patents
一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106158996A CN106158996A CN201610848701.XA CN201610848701A CN106158996A CN 106158996 A CN106158996 A CN 106158996A CN 201610848701 A CN201610848701 A CN 201610848701A CN 106158996 A CN106158996 A CN 106158996A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- pyramid structure
- inverted pyramid
- based nano
- solar battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 98
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 98
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 53
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 40
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 28
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 25
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 9
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 claims description 5
- 235000009421 Myristica fragrans Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000001115 mace Substances 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 3
- MEYZYGMYMLNUHJ-UHFFFAOYSA-N tunicamycin Natural products CC(C)CCCCCCCCCC=CC(=O)NC1C(O)C(O)C(CC(O)C2OC(C(O)C2O)N3C=CC(=O)NC3=O)OC1OC4OC(CO)C(O)C(O)C4NC(=O)C MEYZYGMYMLNUHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 16
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 16
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910021422 solar-grade silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明是一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于：包括单晶硅基底，所述单晶硅基底正表面采用纳米倒金字塔结构发射极，单晶硅基底的背表面采用背钝化结构；所述硅纳米倒金字塔结构发射极由硅纳米倒金字塔结构和2层钝化介质膜构成。本发明还涉及单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法。本发明是优化电池在短波段和长波段的光谱响应，实现硅基太阳电池在整个波段（300‑1100 nm）上的优异光谱响应，最终实现太阳电池效率的提高。同时保证了正面（短波）和背面（长波）的优异光电性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别是一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池；本发明还涉及前述太阳电池的制备方法。
背景技术
优异的宽波段光谱响应对提高太阳电池的光电转换效率来说具有重大而又决定性的意义。目前，商业生产的大面积晶硅太阳电池已经显示出良好的中波段500 nm-800 nm光谱响应，然而在光谱的两端即短波段300 nm-450 nm和长波段900 nm-1200 nm范围，却表现出不能令人满意的光谱响应，这主要是因为电池正面仍然具有较高的剩余反射和电池背面来自于铝背场较大的表面复合损失。为了进一步改善电池性能，实现电池在宽波段上的优异光谱响应，有必要对商业晶硅太阳电池的正面和背面分别实施光电性能同时优化。
1989年，Green小组通过在电池背表面引入钝化介质膜，成功制备了效率为22.8%、面积为4 cm2的背钝化太阳电池。由于背面介质钝化膜的引入，大大降低了背表面复合速率，实现了电池长波段光谱响应的大大提高。这种提高长波段光谱响应的措施最近被成功应用在大面积（156×156 mm2）、大规模高效（>20.0%）背钝化太阳电池商业化生产。
另外一方面，硅纳米结构阵列吸引了大量的研究兴趣，主要原因在于硅纳米结构具有几乎不依赖于角度的超低反射率以及它在低成本硅基高效太阳电池上的巨大应用潜力。
传统单晶硅太阳电池技术方案是：以单晶硅为基底，正面刻蚀金字塔结构，金字塔上覆盖PECVD-SiNx钝化薄膜，正面、背面采用丝网印刷正银、铝浆和背电极，通过烧结工艺，实现正面欧姆接触和铝背场。其缺陷是：电池器件在短波段（300 nm-450 nm）和长波段（900nm-1200 nm）的光谱响应不高，还有进一步提升的空间。主要原因是，正面金字塔结构的减反射能力一般，导致在短波段的外量子效率不高；背面铝背场表面复合速率较大，导致电池在长波段的外量子效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种优化电池在短波段和长波段的光谱响应，提高太阳电池效率的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了前述单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特点是：包括单晶硅基底，所述单晶硅基底正表面采用纳米倒金字塔结构发射极，单晶硅基底的背表面采用背钝化结构；所述硅纳米倒金字塔结构发射极由硅纳米倒金字塔结构和2层钝化介质膜构成。所述的倒金字塔结构为开口向上的倒置四棱锥体结构（空心）。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其进一步优选的技术方案是：所述的背钝化结构采用PECVD-SiO2/SiNx（x为正整数，下同）叠层钝化。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其进一步优选的技术方案是：所述硅纳米倒金字塔结构上开口边长为700 nm-900 nm，深度为800 nm-1000 nm。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其进一步优选的技术方案是：所述硅纳米倒金字塔结构上开口边长为800 nm，深度为900 nm。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其进一步优选的技术方案是：所述的2层钝化介质膜中：内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜，厚度为9 nm-11 nm，优选10 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜，厚度为65 nm-75 nm，优选70nm。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其进一步优选的技术方案是：所述背钝化结构由2层钝化介质膜组成，内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜，厚度为20 nm-30 nm，优选25 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜，厚度为220 nm-280 nm，优选250 nm。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。本发明还公开了一种如以上技术方案所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其特点是，其步骤如下：
（1）硅片准备：采用p型面切割的、太阳级的Cz硅片作基材，将硅片进行RCA标准工艺清洗，得到单晶硅基底；
（2）纳米多孔硅制备：在由HF、AgNO3、H2O2组成的混合液中，采用MACE即金属辅助化学刻蚀方法在单晶硅基底正表面刻蚀纳米多孔硅结构，刻蚀时间50秒-70秒，再用HNO3溶液将残余的银清洗干净；混合液中：HF的浓度为1.9 M -2.1 M，AgNO3的浓度为0.004 M -0.006 M，H2O2的浓度为1.00 M -1.10 M；
（3）纳米倒金字塔结构制备：将带有纳米多孔的硅片放进75℃-85℃的NaOH溶液中，进行各向异性刻蚀，得到分布均匀的纳米倒金字塔结构；
（4）n+发射极制备：将带有纳米倒金字塔结构的硅片放入石英扩散管中，在780℃-820℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散38 分钟 -42 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极；
（5）背表面处理：在单晶硅基底背表面经过碱工艺抛光后，用PECVD化学沉积方法，在硅片背表面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为420℃-480℃，沉积时间55分钟-65 分钟，SiO2沉积源为NO和SiH4，SiNx沉积源为NH4和SiH4；
（6）正表面处理：将正面的磷硅玻璃用4%-10%的稀HF溶液去掉后，继续用PECVD化学沉积方法，在硅片正面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为420℃-480℃，沉积时间55分钟-65 分钟；
（7）背表面开口：在沉积SiO2/SiNx叠层钝化膜后的背表面，采用激光开窗的方式，在叠层膜上形成线状开口，露出单晶硅基底；
（8）成品：通过丝网印刷工艺，印刷正面银电极、背电极以及背面铝浆，再经过烧结，形成正面、背面欧姆接触以及铝背场，即得。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（2）的混合液中：HF的浓度为2 M，AgNO3的浓度为0.005 M，H2O2的浓度为1.06 M；步骤（3）中将带有纳米多孔的硅片放进80℃的NaOH溶液中进行各向异性刻蚀；步骤（4）中：在800℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散40 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极；步骤（5）和（6）中：沉积温度为450℃，沉积时间分钟 60 分钟。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（7）背表面开口的方法是：在沉积后的背表面，采用波长532nm脉冲宽度10 ps 的激光，在SiO2/SiNx叠层钝化膜上形成50μm宽1 mm周期的线状开口。
本发明所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（5）、（6）中，背表面、正表面PECVD-SiO2薄膜，用热氧化方法取代PECVD沉积；或者，背表面PECVD-SiO2薄膜，用原子层沉积技术沉积Al2O3薄膜代替。
本发明单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池将硅纳米倒金字塔结构和背表面钝化结合起来，能够在短波段和长波段提供互补的光谱响应，这意味着一种非常有效的实现太阳电池器件在全波段上优异的光谱响应。本发明中，我们采用PECVD（等离子体加强的化学气相沉积）-SiO2/SiNx叠层介质膜，对硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池正面和背面同时实施钝化，基于丝网印刷技术，在大面积标准太阳电池尺寸（156×156 mm2）实现高的光电转换效率。本发明单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池硅纳米倒金字塔具有纳米结构的优异光学减反特性，特别是在短波段300-450 nm范围，其减反射能力比传统微米金字塔结构优异得多，因此，将硅纳米倒金字塔结构代替现有的微米金字塔结构，将会提高太阳电池的短波光谱响应，进而提高太阳电池的光电转换效率。
与现有技术相比，本发明是优化电池在短波段和长波段的光谱响应，实现硅基太阳电池在整个波段（300-1100 nm）上的优异光谱响应，最终实现太阳电池效率的提高。同时保证了正面（短波）和背面（长波）的优异光电性能。
附图说明
图1为本发明中硅纳米倒金字塔结构扫描电镜图；
图2为本发明太阳电池结构示意图；
图3为本发明硅纳米倒金字塔结构在短波段的光谱响应优势图；
图4为与传统微米金字塔太阳电池相比，本发明太阳电池在长波段上光谱响应优势图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1和图2，一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池：包括单晶硅基底1，所述单晶硅基底1正表面采用纳米倒金字塔结构发射极5，单晶硅基底1的背表面采用背钝化结构；所述硅纳米倒金字塔结构发射极5由硅纳米倒金字塔结构和2层钝化介质膜构成。
其中，所述的背钝化结构采用PECVD-SiO2/SiNx叠层钝化。所述硅纳米倒金字塔结构上开口边长为700 nm-900 nm，深度为800 nm-1000 nm。
所述的2层钝化介质膜中：内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜2，厚度为9nm-11nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜3，厚度为65 nm-75 nm。
所述背钝化结构由2层钝化介质膜组成，内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜8，厚度为20 nm-30 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜7，厚度为220 nm-280 nm。
实施例2，实施例1所述的一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池中：
所述硅纳米倒金字塔结构上开口边长为800 nm，深度为900 nm。所述的2层钝化介质膜中：内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜2，厚度为10 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜3，厚度为70 nm。所述背钝化结构由2层钝化介质膜组成，内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜8，厚度为25 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜7，厚度为250 nm。
实施例3，一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其步骤如下：
（1）硅片准备：采用p型面切割的、太阳级的Cz硅片作基材，将硅片进行RCA标准工艺清洗，得到单晶硅基底；
（2）纳米多孔硅制备：在由HF、AgNO3、H2O2组成的混合液中，采用MACE即金属辅助化学刻蚀方法在单晶硅基底正表面刻蚀纳米多孔硅结构，刻蚀时间50秒-70秒，再用HNO3溶液将残余的银清洗干净；混合液中：HF的浓度为1.9 M -2.1 M，AgNO3的浓度为0.004 M -0.006 M，H2O2的浓度为1.00 M -1.10 M；
（3）纳米倒金字塔结构制备：将带有纳米多孔的硅片放进75℃-85℃的NaOH溶液中，进行各向异性刻蚀，得到分布均匀的纳米倒金字塔结构；
（4）n+发射极制备：将带有纳米倒金字塔结构的硅片放入石英扩散管中，在780℃-820℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散38 分钟 -42 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极；
（5）背表面处理：在单晶硅基底背表面经过碱工艺抛光后，用PECVD化学沉积方法，在硅片背表面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为420℃-480℃，沉积时间55分钟-65 分钟，SiO2沉积源为NO和SiH4，SiNx沉积源为NH4和SiH4；
（6）正表面处理：将正面的磷硅玻璃用4%-10%的稀HF溶液去掉后，继续用PECVD化学沉积方法，在硅片正面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为420℃-480℃，沉积时间55分钟-65 分钟；
（7）背表面开口：在沉积SiO2/SiNx叠层钝化膜后的背表面，采用激光开窗的方式，在叠层膜上形成线状开口，露出单晶硅基底；
（8）成品：通过丝网印刷工艺，印刷正面银电极、背电极以及背面铝浆，再经过烧结，形成正面、背面欧姆接触以及铝背场，即得。
实施例4，实施例3所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法：步骤（2）的混合液中：HF的浓度为2 M，AgNO3的浓度为0.005 M，H2O2的浓度为1.06 M；步骤（3）中将带有纳米多孔的硅片放进80℃的NaOH溶液中进行各向异性刻蚀；步骤（4）中：在800℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散40 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极；步骤（5）和（6）中：沉积温度为450℃，沉积时间为60 分钟。步骤（7）背表面开口的方法是：在沉积后的背表面，采用波长532nm脉冲宽度10 ps 的激光，在SiO2/SiNx叠层钝化膜上形成50μm宽1 mm周期的线状开口。
实施例5，实施例3或4所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法：步骤（5）、（6）中，背表面、正表面PECVD-SiO2薄膜，用热氧化方法取代PECVD沉积；或者，背表面PECVD-SiO2薄膜，用原子层沉积技术沉积Al2O3薄膜代替。
实施例7，单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备实验：在电池的正面引入硅纳米倒金字塔结构，在电池背面引入背钝化结构，并对正、背面同时实施PECVD-SiO2/SiNx叠层钝化。这种器件结构的优势是同时保证了正面（短波）和背面（长波）的优异光电性能。
具体方案如下：采用p型（100）面切割的、156×156 mm2尺寸（赝平方）、太阳级的Cz硅片，硅片厚度190±10 μm，电阻率~2 Ω cm。制备过程如下： 将原硅片进行RCA标准工艺清洗。纳米多孔硅制备，在HF(2 M)/AgNO3(0.005 M)/H2O2(1.06 M)混合液中，采用MACE（金属辅助化学刻蚀）在硅片表面刻蚀纳米多孔硅结构，刻蚀时间1 分钟，再用HNO3溶液将残余的银清洗干净。纳米倒金字塔结构制备，将带有纳米多孔的硅片放进80℃的NaOH溶液中，进行各向异性刻蚀，得到分别均匀的纳米倒金字塔结构。将带有纳米倒金字塔结构的硅片放入石英扩散管中，在800℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散40 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极。在背面经过碱工艺抛光后，用PECVD化学沉积方法，在硅片背表面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为450℃，沉积时间60 分钟，SiO2沉积源为NO和SiH4，SiNx沉积源为NH4和SiH4。将正面的磷硅玻璃用5%的稀HF溶液去掉后，继续用PECVD化学沉积方法，在硅片正面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为450℃，沉积时间60分钟。在硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池背面，采用波长532 nm脉冲宽度10 ps 的激光，在SiO2/SiNx叠层钝化膜上形成50μm宽1 mm周期的线状开口。通过丝网印刷工艺，印刷正面银电极4、背电极以及背面铝浆6，再经过烧结，形成正面、背面欧姆接触以及铝背场。
通过将硅纳米倒金字塔和背钝化结构结合起来，同时实施PECVD-SiO2/SiNx叠层钝化，这种新型的硅纳米倒金字塔背钝化太阳电池和传统太阳电池比起来，具有更好的短波减反射能力、更好的发射极复合损失抑制、更高的内背反射率以及更低的表面复合速率。得益于电池在正面（短波段，如图3所示）和背面（长波段，如图4所示）光学和电学性能的改进，硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池拥有在宽波段上的优异光谱响应，从而具有更高的光电转换效率。
Claims (10)
1.一种单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于：包括单晶硅基底，所述单晶硅基底正表面采用纳米倒金字塔结构发射极，单晶硅基底的背表面采用背钝化结构；所述硅纳米倒金字塔结构发射极由硅纳米倒金字塔结构和2层钝化介质膜构成。
2.根据权利要求1所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于：所述的背钝化结构采用PECVD-SiO2/SiNx叠层钝化。
3.根据权利要求1所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于：所述硅纳米倒金字塔结构上开口边长为700 nm-900 nm，深度为800 nm-1000 nm。
4.根据权利要求3所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于：所述硅纳米倒金字塔结构上开口边长为800 nm，深度为900 nm。
5.根据权利要求1所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于，所述的2层钝化介质膜中：内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜，厚度为9 nm-11 nm，优选10 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜，厚度为65 nm-75 nm，优选70 nm。
6.根据权利要求1所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池，其特征在于，所述背钝化结构由2层钝化介质膜组成，内层钝化介质膜为PECVD沉积的SiO2薄膜，厚度为20nm-30 nm，优选25 nm；外层钝化介质膜为PECVD沉积的SiNx薄膜，厚度为220 nm-280 nm，优选250 nm。
7.一种如权利要求1-6中任何一项所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
（1）硅片准备：采用p型面切割的、太阳级的Cz硅片作基材，将硅片进行RCA标准工艺清洗，得到单晶硅基底；
（2）纳米多孔硅制备：在由HF、AgNO3、H2O2组成的混合液中，采用MACE即金属辅助化学刻蚀方法在单晶硅基底正表面刻蚀纳米多孔硅结构，刻蚀时间50秒-70秒，再用HNO3溶液将残余的银清洗干净；混合液中：HF的浓度为1.9 M -2.1 M，AgNO3的浓度为0.004 M -0.006 M，H2O2的浓度为1.00 M -1.10 M；
（3）纳米倒金字塔结构制备：将带有纳米多孔的硅片放进75 ℃-85 ℃的NaOH溶液中，进行各向异性刻蚀，得到分布均匀的纳米倒金字塔结构；
（4）n+发射极制备：将带有纳米倒金字塔结构的硅片放入石英扩散管中，在780 ℃-820℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散38 分钟 -42 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极；
（5）背表面处理：在单晶硅基底背表面经过碱工艺抛光后，用PECVD化学沉积方法，在硅片背表面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为420 ℃-480 ℃，沉积时间55 分钟-65 分钟，SiO2沉积源为NO和SiH4，SiNx沉积源为NH4和SiH4；
（6）正表面处理：将正面的磷硅玻璃用4%-10%的稀HF溶液去掉后，继续用PECVD化学沉积方法，在硅片正面沉积叠层钝化膜SiO2/SiNx，沉积温度为420 ℃-480 ℃，沉积时间55 分钟-65 分钟；
（7）背表面开口：在沉积SiO2/SiNx叠层钝化膜后的背表面，采用激光开窗的方式，在叠层膜上形成线状开口，露出单晶硅基底；
（8）成品：通过丝网印刷工艺，印刷正面银电极、背电极以及背面铝浆，再经过烧结，形成正面、背面欧姆接触以及铝背场，即得。
8.根据权利要求7所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤（2）的混合液中：HF的浓度为2 M，AgNO3的浓度为0.005 M，H2O2的浓度为1.06M；步骤（3）中将带有纳米多孔的硅片放进80 ℃的NaOH溶液中进行各向异性刻蚀；步骤（4）中：在800 ℃的条件下，采用PClO3热扩散的方法扩散40 分钟，在硅片表面形成硅基纳米倒金字塔结构n+发射极；步骤（5）和（6）中：沉积温度为450 ℃，沉积时间分钟 60 分钟。
9.根据权利要求7或8所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤（7）背表面开口的方法是：在沉积后的背表面，采用波长532 nm脉冲宽度10 ps 的激光，在SiO2/SiNx叠层钝化膜上形成50μm宽1 mm周期的线状开口。
10.根据权利要求7或8所述的单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤（5）、（6）中，背表面、正表面PECVD-SiO2薄膜，用热氧化方法取代PECVD沉积；或者，背表面PECVD-SiO2薄膜，用原子层沉积技术沉积Al2O3薄膜代替。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610848701.XA CN106158996B (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610848701.XA CN106158996B (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106158996A true CN106158996A (zh) | 2016-11-23 |
| CN106158996B CN106158996B (zh) | 2018-08-21 |
Family
ID=57341186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610848701.XA Active CN106158996B (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106158996B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107393981A (zh) * | 2017-09-13 | 2017-11-24 | 李会欣 | 深置背极光伏电池组件、加工方法及光伏*** |
| CN109545880A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-03-29 | 淮海工学院 | 一种单晶硅基类倒金字塔绒面结构背钝化太阳电池及其制备方法 |
| CN109852953A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-07 | 合肥工业大学 | 一种银/多孔金字塔硅表面增强拉曼基底的制备方法 |
| CN110739357A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-31 | 江苏海洋大学 | 纳米倒金字塔-准微米金字塔背钝化太阳电池及制法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103456804A (zh) * | 2013-09-24 | 2013-12-18 | 上海大学 | 在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面纳米织构的方法及制备短波增强型太阳电池的方法 |
| CN104170095A (zh) * | 2012-03-14 | 2014-11-26 | Imec非营利协会 | 用于制造具有镀敷触点的光伏电池的方法 |
| CN104201215A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-12-10 | 广东爱康太阳能科技有限公司 | 一种背钝化太阳能电池及其制备方法 |
| CN204311157U (zh) * | 2014-08-06 | 2015-05-06 | 中国科学院物理研究所 | 用于太阳能电池的硅片 |
| CN104851925A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-08-19 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构 |
| CN105070792A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-11-18 | 南京航空航天大学 | 一种基于溶液法的多晶太阳电池的制备方法 |
| CN105070772A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-18 | 常州时创能源科技有限公司 | 在单晶硅表面制备均匀倒金字塔绒面的湿化学方法 |
-
2016
- 2016-09-26 CN CN201610848701.XA patent/CN106158996B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104170095A (zh) * | 2012-03-14 | 2014-11-26 | Imec非营利协会 | 用于制造具有镀敷触点的光伏电池的方法 |
| CN103456804A (zh) * | 2013-09-24 | 2013-12-18 | 上海大学 | 在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面纳米织构的方法及制备短波增强型太阳电池的方法 |
| CN204311157U (zh) * | 2014-08-06 | 2015-05-06 | 中国科学院物理研究所 | 用于太阳能电池的硅片 |
| CN104201215A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-12-10 | 广东爱康太阳能科技有限公司 | 一种背钝化太阳能电池及其制备方法 |
| CN104851925A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-08-19 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构 |
| CN105070792A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-11-18 | 南京航空航天大学 | 一种基于溶液法的多晶太阳电池的制备方法 |
| CN105070772A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-18 | 常州时创能源科技有限公司 | 在单晶硅表面制备均匀倒金字塔绒面的湿化学方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107393981A (zh) * | 2017-09-13 | 2017-11-24 | 李会欣 | 深置背极光伏电池组件、加工方法及光伏*** |
| CN107393981B (zh) * | 2017-09-13 | 2023-08-15 | 李会欣 | 深置背极光伏电池组件、加工方法及光伏*** |
| CN109545880A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-03-29 | 淮海工学院 | 一种单晶硅基类倒金字塔绒面结构背钝化太阳电池及其制备方法 |
| CN109852953A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-07 | 合肥工业大学 | 一种银/多孔金字塔硅表面增强拉曼基底的制备方法 |
| CN110739357A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-31 | 江苏海洋大学 | 纳米倒金字塔-准微米金字塔背钝化太阳电池及制法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106158996B (zh) | 2018-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI472049B (zh) | 太陽能電池的製造方法 | |
| WO2022105192A1 (zh) | 一种基于PECVD技术的高效低成本N型TOPCon电池的制备方法 | |
| KR101387715B1 (ko) | 나노 텍스쳐링 구조를 갖는 반도체 웨이퍼 기판을 포함하는벌크형 태양전지의 제조방법 | |
| CN104992990B (zh) | 一种降低硅片表面光反射率的方法 | |
| TW201703277A (zh) | 一種局部背接觸太陽能電池的製備方法 | |
| CN109545880A (zh) | 一种单晶硅基类倒金字塔绒面结构背钝化太阳电池及其制备方法 | |
| Srivastava et al. | Antireflective ultra-fast nanoscale texturing for efficient multi-crystalline silicon solar cells | |
| CN103456804A (zh) | 在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面纳米织构的方法及制备短波增强型太阳电池的方法 | |
| CN106158996B (zh) | 单晶硅基纳米倒金字塔结构背钝化太阳电池 | |
| CN104362221B (zh) | 一种rie制绒的多晶硅太阳电池的制备方法 | |
| CN104576813B (zh) | 一种光电材料表面的纳米结构绒面及其制备方法 | |
| CN102403369A (zh) | 一种用于太阳能电池的钝化介质膜 | |
| CN110534595A (zh) | 一种perc双面太阳能电池及其制备方法 | |
| Zhang et al. | An 18.9% efficient black silicon solar cell achieved through control of pretreatment of Ag/Cu MACE | |
| CN104124286B (zh) | 一种利用自生长贵金属等离基元纳米结构 | |
| CN206040656U (zh) | 一种单晶硅纳微米复合结构太阳电池 | |
| Huang et al. | Efficiency improvement of silicon nanostructure-based solar cells | |
| Basu et al. | Single-component damage-etch process for improved texturization of monocrystalline silicon wafer solar cells | |
| CN104362209B (zh) | 一种背面抛光晶硅太阳能电池及其制备工艺 | |
| CN109671802A (zh) | 一种背钝化高效多晶硅perc双面电池工艺 | |
| Chen et al. | Improvement of conversion efficiency of multi-crystalline silicon solar cells using reactive ion etching with surface pre-etching | |
| Kulesza-Matlak et al. | Black silicon obtained in two-step short wet etching as a texture for silicon solar cells-surface microstructure and optical properties studies | |
| JP5375414B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| CN116646424A (zh) | 硅基太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110739357A (zh) | 纳米倒金字塔-准微米金字塔背钝化太阳电池及制法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |