CN101866957B - 太阳能电池的抗反射层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池的抗反射层及其制备方法，所述抗反射层是以由设在太阳能电池受光面上的栅指电极之间表面上的众多微米结构突起，和设在微米结构突起上的众多纳米结构突起所构成的微纳米复合结构层为其主要特征，而其制备方法，是以用FIB聚焦离子束刻蚀加工，先刻蚀微米结构突起，继而在微米结构突起上再刻蚀纳米结构突起为其主要特征，具有所述抗反射层结构合理，抗反射能力强等特点，而所述制备方法，具有方法简便易控，制成品质量好等特点。

Description

太阳能电池的抗反射层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的抗反射层及其制备方法，属于太阳能能量转换技术。
背景技术
太阳能电池是光电转换的一种器件，其光电转换效率与其表面抗反射率有着直接的关系。也就是说，其表面抗反射率越高，其光电转换率越高。
传统的太阳能电池表面所采取的抗反射技术，是绒面或倒金字塔多坑表面结构。这种结构虽然取得了一定的效果，但其抗反射效率仍不够理想。而近年来的已有技术，采取表面镀膜技术，以求减少太阳光的反射。诸如在太阳能电池表面镀布SiN钝化膜以及其它金属氧化物膜或金属氮氧化物膜等等。都在一定程度上提升了太阳能电池表面的抗反射能力，有效提高了太阳能电池的光电转换效率。这种在太阳能电池表面采取镀膜方式用以减少太阳光的反射技术，已成为当前的一种具有代表性的太阳能电池抗反射的研发方向。但由于其所需要的镀膜装备比较昂贵，工艺相对比较复杂，电能耗用量较大，在制备过程中硅片会受到内在损伤等问题，而从一定程度上制约了这种太阳能电池表面镀膜技术的应用。为此，提供一种方法简单可行，制成品质量稳定的太阳能电池的抗反射层及其制备方法，便成为业内的期待。
发明内容
本发明旨在提供一种太阳能电池的抗反射层，与此同时提供一种所述太阳能电池抗反射层的制备方法。
本发明实现其目的的技术构想是，所述抗反射层，是设置在太阳能电池表面，具体地说，是设置在太阳能电池受光面上的栅指电极之间表面的抗反射层，且所述抗反射层是由微米结构和纳米结构所构成的复合结构。这种所述微米纳米复合结构的抗反射层，通过有效提高太阳能电池表面的光照面积，以及入射阳光在所述抗反射层内的漫反射，以最大限度地提升太阳能电池的抗反射能力。
而其所述微纳米复合结构抗反射层的制备方法，采取FIB聚焦离子束刻蚀加工的方法，通过调节离子束流，所施加的电压和刻蚀的时间，来制备不同长、宽、高尺寸的三维微米纳米复合结构的抗反射层。且所述微纳米结构，是设置在栅指电极之间表面的众多微米突起，和设置在微米突起上的众多纳米突起，从而构成三维微纳米复合结构的抗反射层。由于其制备方法，采用已经很成熟完美的FIB刻蚀法，因而工艺相对比较简单，能耗相对较少，制成品质量保证，从而实现本发明的目的。
有鉴于上述技术构想，本发明实现其目的的技术方案是：
一种太阳能电池的抗反射层，其创新点在于，所述抗反射层，是由FIB聚焦离子束刻蚀加工的，设在太阳能电池受光面上的栅指电极之间表面上的众多微米结构突起，和设在微米结构突起上的众多纳米结构突起所构成的微纳米复合结构层。
在上述技术方案中，本发明主张，所述微米结构突起和纳米结构突起的长度和宽度尺寸分别在1～10μm范围内和1～740nm范围内，其高度尺寸均＜200nm。但不局限于此。应当说明的是，所述微米突起和纳米突起的长度和宽度尺寸越小，而其高度(即表面深度)尺寸越大，其抗反射的能力越强。以上所给出的微米突起和纳米突起的长度、宽度和高度尺寸，是本发明通过多次反复实验所优选的，具有很高的性价比。
在上述技术方案中，本发明主张，所述微米结构突起和纳米结构突起均呈锥台状；所述众多锥台状微米结构突起，呈队列方阵式布置在太阳能电池的位于栅指电极之间的表面上；所述众多锥台状纳米结构突起，呈队列方阵式布置在微米结构突起上。但不局限于此。所述的两种突起的形状，也可以是跳棋状，或呈倒锥台状等等，但所述跳棋状或倒锥台状突起的刻蚀加工比较烦难，而其抗反射能力可能要高一些。如果在所述纳米突起上，再刻蚀加工更微细的纳米突起，其抗反射能力可能会更加强。
制备上述太阳能电池抗反射层的方法的技术方案是：
一种上述太阳能电池的抗反射层的制备方法，在太阳能电池的栅指电极之间的受光表面，采用FIB聚焦离子束刻蚀法首先刻蚀微米结构突起，继而在微米结构突起上刻蚀纳米结构突起。
在上述制备方法的技术方案中，本发明主张，通过调节FIB聚焦离子束刻蚀的离子束流、所施加的电压、和刻蚀的时间，制备不同长、宽、高尺寸的三维微米纳米复合结构。在这一技术方案中，所述离子束流和电压的强度，与刻蚀的时间成反比。但有鉴于硅晶体芯片的物理性能，就正常生产而言，本发明并不主张采用较强的离子束流和电压，以保证硅片的质量。
为此，本发明所主张的，FIB刻蚀微米结构的离子束流在50PA～100PA范围内，所施加的电压在20KV～30KV范围内，刻蚀时间在10s～30s范围内；FIB刻蚀纳米结构的离子束流在8PA～50PA范围内，所施加的电压在10KV～20KV范围内，刻蚀时间在5s～10s范围内。这是根据刻蚀加工所述突起的尺寸大小，所优选的离子束流、所施加的电压和刻蚀时间，有效保证了制成品的质量，提高了其实际使用的寿命。
上述技术方案得以实施后，本发明太阳能电池的抗反射层所具有的结构合理，抗反射率强，以及本发明的制备方法所具有方法合理，操作简便易控，制成品质量好等特点，是显而易见的。
附图说明
图1是本发明太阳能电池的抗反射层的结构简示图，图中所示5为背电极；4为P型半导体(硅片)；3为n型半导体(硅片)，2为栅指电极，1为三维微纳米复合结构抗反射层。
具体实施方式
以下对照附图，通过具体实施方式的描述，对本发明作进一步说明。
具体实施方式之一，如附图1所示。
一种太阳能电池的抗反射层，所述抗反射层1，是由FIB聚焦离子束刻蚀加工的，设在太阳能电池受光面上的栅指电极2之间表面上的众多微米结构突起1-1，和设在微米结构突起1-1上的众多纳米结构突起1-2所构成的微纳米复合结构层。所述微米结构突起1-1和纳米结构突起1-2的长度和宽度尺寸分别在1～10μm范围内和1～740nm范围内，其高度尺寸均＜200nm。所述微米结构突起1-1和纳米结构突起1-2均呈锥台状；所述众多锥台状微米结构突起1-1，呈队列方阵式布置在太阳能电池的位于栅指电极2之间的表面上；所述众多锥台状纳米结构突起1-2，呈队列方阵式布置在微米结构突起1-1上。
具体实施方式之二，请参读附图1。
一种太阳能电池抗反射层的制备方法，在太阳能电池的栅指电极之间的受光表面，采用FIB聚焦离子束刻蚀法首先刻蚀微米结构突起1-1，继而在微米结构突起1-1上刻蚀纳米结构突起1-2。通过调节FIB聚焦离子束刻蚀的离子束流、所施加的电压、和刻蚀的时间，制备不同长、宽、高尺寸的三维微米纳米复合结构。FIB刻蚀微米结构的离子束流在50PA～100PA范围内，所施加的电压在20KV～30KV范围内，刻蚀时间在10s～30s范围内；FIB刻蚀纳米结构的离子束流在8PA～50PA范围内，所施加的电压在10KV～20KV范围内，刻蚀时间在5s～10s范围内。
以上所述太阳能电池的抗反射层的微米结构突起1-1的尺寸由1μm至10μm；纳米结构突起1-2的尺寸由1nm至740nm。在其中采用小于太阳光波长380～740nm深度小于200nm的微纳米复合结构抗反射层，可以有效减少太阳光的反射。实验结果显示，本发明所述抗反射层，使太阳光波长在380nm～740nm范围内的反射率降低3％，而其吸收率达＞95％。
采用本发明制备抗反射太阳能电池的步骤简要描述是：
(1)扩散形成PN结；并清除扩散过程形成的磷硅玻璃等杂质；
(2)制备抗反射层1；首先在栅指电极4之间的表面，采用FIB刻蚀加工长、宽均为5μm深200nm的微米结构突起1-1，尔后再在微米结构突起1-1上刻蚀长、宽均为100nm，深为200nm的纳米结构突起1-2。
(3)丝网印刷上下电极。通过印刷机和模板，将银铝浆印刷在太阳能电池的正背面，以形成正负电极引线。
本发明小试效果是十分令人满意。

Claims (6)

1.一种太阳能电池的抗反射层，其特征在于，所述抗反射层(1)，是由FIB聚焦离子束刻蚀加工的，设在太阳能电池受光面上的栅指电极(2)之间表面上的众多微米结构突起(1-1)，和设在微米结构突起(1-1)上的众多纳米结构突起(1-2)所构成的。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的抗反射层，其特征在于，所述微米结构突起(1-1)和纳米结构突起(1-2)的长度和宽度尺寸分别在1～10μm范围内和1～740nm范围内，其高度尺寸均＜200nm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的抗反射层，其特征在于，所述微米结构突起(1-1)和纳米结构突起(1-2)均呈锥台状；所述众多锥台状微米结构突起(1-1)，呈队列方阵式布置在太阳能电池的位于栅指电极(2)之间的表面上；所述众多锥台状纳米结构突起(1-2)，呈队列方阵式布置在微米结构突起(1-1)上。
4.一种制备如权利要求1所述的太阳能电池的抗反射层的方法，其特征在于，在太阳能电池的栅指电极之间的受光表面，采用FIB聚焦离子束刻蚀法首先刻蚀微米结构突起(1-1)，继而在微米结构突起(1-1)上刻蚀纳米结构突起(1-2)。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池抗反射层的制备方法，其特征在于，通过调节FIB聚焦离子束刻蚀的离子束流、所施加的电压、和刻蚀的时间，制备不同长、宽、高尺寸的三维微米纳米复合结构。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池抗反射层的制备方法，其特征在于，FIB刻蚀微米结构的离子束流在50PA～100PA范围内，所施加的电压在20KV～30KV范围内，刻蚀时间在10s～30s范围内；FIB刻蚀纳米结构的离子束流在8PA～50PA范围内，所施加的电压在10KV～20KV范围内，刻蚀时间在5s～10s范围内。
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