CN100388511C

CN100388511C - 单晶硅太阳能电池的表面结构及其制作方法

Info

Publication number: CN100388511C
Application number: CNB021552363A
Authority: CN
Inventors: 莫春东; 李仲明; 张瑶; 何少琪; 李海滨
Original assignee: BEIJING LINUOSANGPU PHOTOVOLTAIC HI-TECH Co Ltd
Current assignee: BEIJING LINUOSANGPU PHOTOVOLTAIC HI-TECH Co Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: CN1507075A

Abstract

本发明涉及一种单晶硅太阳能电池的表面结构，它包括电池本体，其特征在于：在所述电池本体的表面间隔设置有倒金字塔，在所述倒金字塔之间的平面间隔上设置有由若干正金字塔组成的正金字塔区。这种电池表面的制作方法包括以下步骤：(1)在硅片表面生成厚度为1000～3000埃的氧化层；(2)在氧化硅的表面进行光刻，形成所需的倒金字塔窗口；(3)对硅片进行腐蚀，形成倒金字塔；(4)去除残余氧化硅；(5)对硅片进行腐蚀，在倒金字塔之间的平面上随机形成正金字塔。本发明由于采用表面正金字塔和倒金字塔结合的方式，可以最低限度地降低太阳能电池表面的反射率，提高电池的短路电流，同时采用本发明方法，使用普通的光刻机就可以加工，促进了倒金字塔的制作从实验室中走出，走向产业化。本发明可以广泛用于单晶硅太阳能电池的生产中。

Description

单晶硅太阳能电池的表面结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池表面结构及其制作方法，特别是关于一种能够降低太阳能电池表面反射率的单晶硅太阳能电池的表面结构及其制作方法。

背景技术

在太阳能电池的制作中，降低电池表面的反射损失是十分重要的。在单晶硅太阳能电池中，一般采用表面金字塔结构，以对光进行多次反射，这种结构不仅可以降低光的反射损失，延长光程，增加光生载流子的产量，而且表面的金字塔结构可以增加pn结的面积，从而增加对光生载流子的收集率，提高电池的短路电流。

单晶硅表面的金字塔结构是利用硅的各向异性进行定向腐蚀制作而成的，一般来说，晶面间共价键的密度越高，该晶面越难被腐蚀。由于《100》晶面的共价键密度比《111》晶面低，所以《100》晶面比《111》晶面的腐蚀速度快。对于单晶硅而言，选择合适的腐蚀条件，《100》晶面的腐蚀速度可以比《111》晶面的腐蚀速度快数十倍以上。因此《100》晶面的硅片的各向异性腐蚀特性，可以导致在表面形成为《111》晶面的金字塔。

目前制作金字塔的方法主要有两种，一种是制作随机的正金字塔5(如图1所示)，另一种是制作倒金字塔4(如图2所示)。

随机正金字塔的制作采用化学腐蚀的方式进行，控制反应液的浓度，温度及反应时间等因素，可以在单晶硅表面形成大小不等的正四方锥(正金字塔)，即形成绒面状的硅表面(如图1所示)。这种制作方法广泛用于单晶硅太阳能电池的生产中，其工艺比较简单，成本低，但是由于正四方锥的大小不等，其均匀性受到限制。此外，当电池制作中采用表面钝化时，正四方锥顶部的表面钝化容易被破坏，影响钝化效果。

倒金字塔的制作采用光刻和化学腐蚀结合的方式进行。单晶硅片氧化后，进行光刻，即在氧化硅的表面刻出大小一致的窗口，然后进行腐蚀，形成大小一致的倒金字塔(如图2所示)。在倒金字塔的制作过程中，根据所设计的图形，可以控制倒金字塔底边及倒金字塔间距离的尺寸。表面倒金字塔结构对降低反射损失，保护表面钝化层的作用是显而易见的，但是由于需要进行光刻，工艺比较复杂，倒金字塔的制作一般仅用于实验室。此外，由于光刻工艺的限制，倒金字塔间一般有2～4微米的平面间隔，这种平面间隔的表面反射率损失是不可避免的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种既可以保持金字塔大小较为一致，并保护表面钝化层，又可以进一步降低反射率，避免倒金字塔间反射损失的单晶硅太阳能电池的表面结构及其制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种单晶硅太阳能电池的表面结构，它包括电池本体，其特征在于：在所述电池本体的表面设置有倒金字塔，在所述倒金字塔之间的平面间隔上设置有若干正金字塔组成的正金字塔区。

所述倒金字塔的底边大小为8～20微米，倒金字塔的深度为5.6～14微米，所述正金字塔区的宽度为2～8微米，正金字塔的大小为2～8微米。

当所述倒金字塔底边的大小为10～15微米，倒金字塔的深度为7～10微米，所述正金字塔区的宽度为2～4微米，正金字塔的大小为2～4微米时更佳。

一种单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)在硅片表面生成厚度为1000～3000埃的氧化层；

(2)在氧化硅的表面进行光刻，形成所需的倒金字塔窗口；

(3)对硅片进行腐蚀，形成倒金字塔；

(4)去除残余氧化层；

(5)对硅片进行腐蚀，在倒金字塔之间的平面间隔上随机形成正金字塔。

其中步骤(1)中，所述硅片上生成氧化层厚度为1000～2000埃时更佳。

其中步骤(3)中，腐蚀硅片的腐蚀液为氢氧化钾、异丙醇的水溶液，氢氧化钾浓度为5～10％，异丙醇浓度为10～20％，反应温度为75～90℃，腐蚀时间为10～20分钟。

所述氢氧化钾浓度为6～8％，所述异丙醇浓度为14～18％，反应温度为80～90℃，反应时间12～18分钟更佳。

其中步骤(5)中，腐蚀硅片的腐蚀液为氢氧化钠、异丙醇的水溶液，氢氧化钠浓度为0.5～5％，异丙醇浓度为3～10％，反应温度为75～90℃，腐蚀时间为10～30分钟。

所述氢氧化钠浓度为0.5～2％，所述异丙醇浓度为5～10％，反应温度为80～90℃，腐蚀时间为10～20分钟更佳。

本发明由于采用以上设计，其具有以下优点：1、本发明由于在太阳能电池表面倒金字塔之间的平面间隔上设置了正金字塔区，因此既可以具有倒金字塔大小较为一致的优点，又可以有效地避免倒金字塔间平面间隔造成的反射损失，提高了电池的短路电流。2、本发明由于在倒金字塔之间很窄的区域内形成许多很小的正金字塔，因此其不但最大限度地减少了反射损失，而且使正金字塔对钝化层的影响降到最低，提高了电池的开路电压。3、本发明由于采用倒金字塔与正金字塔结合的方式，因此对倒金字塔之间的平面间隔可以适当地放宽而不怕反射损失，进而使倒金字塔的形成工艺要求降低，使用普通的光刻机就可以加工，促进了倒金字塔的制作从实验室中走出，走向产业化。4、本发明的制作方法是利用《100》晶面比《111》晶面的腐蚀速度快的原理，在电池通过光刻腐蚀形成大小一致的倒金字塔之后，去除氧化层，将硅片整个放入腐蚀液中，由于《100》晶面的腐蚀速度可以比《111》晶面快数十倍以上，因此可以在倒金字塔之间的平面间隔上很快地随机形成正金字塔区，但在已形成的倒金字塔表面上却不会形成正金字塔，这种对《111》晶面的轻微腐蚀作用，仅形成毛面，而这一毛面的形成又可以进一步减少反射损失。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是现有技术中表面随机正金字塔(绒面)结构示意图

图2是现有技术中表面倒金字塔结构示意图

图3是本发明硅表面生成氧化硅示意图

图4是本发明光刻技术形成倒金字塔窗口示意图

图5是本发明腐蚀倒金字塔后示意图

图6是本发明去除氧化硅后示意图

图7是本发明腐蚀正金字塔后形成的正、倒金字塔结合结构示意图

具体实施方式

本发明的单晶硅太阳能电池是在电池本体表面设置正、倒金字塔相结合的结构形式，即在倒金字塔之间的平面间隔上设置有由若干正金字塔组成的正金字塔区。

本发明正金字塔和倒金字塔结合的表面结构，可以采用下面的制作方法而成：如图3所示，首先在单晶硅硅片1上生成厚度为1000～3000埃的氧化层2，然后采用光刻技术在硅片1表面形成窗口3(如图4所示)，对窗口3进行腐蚀，在窗口3中形成倒金字塔4(如图5所示)，去除残存的氧化层2后，便可以在硅片1表面形成倒金字塔4(如图6所示)。再对硅片进行第二次腐蚀后，利用硅片1上倒金字塔之间的平面间隔(即《100》晶面)比倒金字塔表面(即《111》晶面)的腐蚀速度快的原理，在倒金字塔4之间的平面间隔上形成由若干很小的正金字塔组成的正金字塔区(如图7所示)，从而形成了本发明倒金字塔4与正金字塔5结合的表面结构。

在上述制作过程中，腐蚀是十分关键的，腐蚀窗口采用氢氧化钾，异丙醇的水溶液。氢氧化钾浓度控制在5～10％，，异丙醇浓度控制在10～20％，反应温度控制在75～90℃，腐蚀时间控制在10～20分钟。

上述氢氧化钾浓度控制在6～8％，异丙醇浓度控制在14～18％，反应温度控制在80～90℃，腐蚀时间控制在12～18分钟更佳。

腐蚀正金字塔的过程也十分关键，腐蚀采用氢氧化钠，异丙醇的水溶液。氢氧化钠浓度控制在0.5～5％，异丙醇浓度控制在3～10％，反应温度控制在75～90℃，腐蚀时间控制在10～30分钟。

上述氢氧化钠浓度控制在0.5～2％，异丙醇浓度控制在5～10％，反应温度控制在80～90℃，腐蚀时间控制在10～20分钟更佳。

下面举几个实施例，进一步说明本发明。

实施例一

如图3～7所示，在硅片1上生成厚度为1100埃的氧化层2，通过光刻形成边长a为10微米，间隔b为3微米的窗口3，然后用氢氧化钾浓度为6.5％，异丙醇浓度为15％的水溶液进行腐蚀，反应温度为85℃，反应时间16分钟，然后去除氧化层2后形成底边a为10微米，间隔b为3微米的倒金字塔4。再用氢氧化钠为2％，异丙醇浓度为10％的水溶液进行腐蚀，反应温度为90℃，反应时间12分钟，即可得到随机形成的若干正金字塔5。

实施例二

在硅片1上生成厚度为1300埃的氧化层2，通过光刻形成的窗口，用氢氧化钾浓度为7％，异丙醇浓度为16％的水溶液进行腐蚀，反应温度为85℃，反应时间14分钟，然后去除氧化层2后形成底边a为12微米，间隔b为2微米的倒金字塔4。再用氢氧化钠浓度为1.5％，异丙醇浓度为6％的水溶液进行腐蚀，反应温度为85℃反应时间15分钟，即可得到随机形成的若干正金字塔5。

实施例三

在硅片1上生成厚度为1500埃的氧化层2，通过光刻形成边长a为14微米，间隔b为3微米的窗口3，用氢氧化钾浓度为7.5％，异丙醇浓度为13％的水溶液进行腐蚀，反应温度为88℃，反应时间15分钟，然后去除氧化层2后形成底边a为14微米，间隔b为3微米的倒金字塔4。再用氢氧化钠浓度为1％，异丙醇浓度为5％的水溶液进行腐蚀，反应温度为82℃，反应时间20分钟，即可得到随机形成的若干正金字塔5。

上述各实施例中，倒金字塔4的底边a可以控制在8～20微米之间，倒金字塔4深度h可以控制在5.6～14微米之间。而正金字塔区的宽度b(也就是倒金字塔4之间的平面间隔)控制2～8微米之间，正金字塔5的大小c控制在2～8微米之间。

上述对正、倒金字塔5、4尺寸的控制中，当倒金字塔底边a为10～15微米，倒金字塔深度h为7～10微米，正金字塔区的宽度b为2～4微米，正金字塔的大小c为2～4微米时更佳。

Claims

1.一种单晶硅太阳能电池的表面结构，它包括电池本体，其特征在于：在所述电池本体的表面间隔设置有倒金字塔，在所述倒金字塔之间的平面间隔上设置有由若干正金字塔组成的正金字塔区。

2.如权利要求1所述的单晶硅太阳能电池的表面结构，其特征在于：所述倒金字塔底边的大小为8～20微米，倒金字塔的深度为5.6～14微米，所述正金字塔区的宽度为2～8微米，正金字塔底边的大小为2～8微米。

3.如权利要求2所述的单晶硅太阳能电池的表面结构，其特征在于：所述倒金字塔底边的大小为10～15微米，倒金字塔的深度为7～10微米，所述正金字塔区的宽度为2～4微米，正金字塔底边的大小为2～4微米。

4.一种单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)在硅片表面生成厚度为1000～3000埃的氧化层；

2)在氧化层的表面进行光刻，形成所需的倒金字塔窗口；

3)对硅片进行腐蚀，形成倒金字塔；

4)去除残余氧化层；

5)对硅片进行腐蚀，在各倒金字塔之间的平面间隔上随机形成正金字塔。

5.如权利要求4所述的单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于：其中步骤1中的所述硅片表面生成的氧化层厚度为1000～2000埃。

6.如权利要求4所述的单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于：其中步骤3中腐蚀硅片的腐蚀液为氢氧化钾、异丙醇的水溶液，氢氧化钾浓度为5～10％，异丙醇浓度为10～20％，反应温度为75～90℃，腐蚀时间为10～20分钟。

7.如权利要求6所述的单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于：所述氢氧化钾浓度为6～8％，所述异丙醇浓度为14～18％，反应温度为80～90℃，反应时间为12～18分钟。

8.如权利要求4所述的单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于：其中步骤5中腐蚀硅片的腐蚀液为氢氧化钠、异丙醇的水溶液，氢氧化钠浓度为0.5～5％，异丙醇浓度为3～10％，反应温度为75～90℃，腐蚀时间为10～30分钟。

9.如权利要求8所述的单晶硅太阳能电池表面的制作方法，其特征在于：所述氢氧化钠浓度为0.5～2％，所述异丙醇浓度为5～10％，反应温度为80～90℃，腐蚀时间为10～20分钟。