CN102110724B

CN102110724B - 双面微纳复合结构的太阳能电池及其制备方法

Info

Publication number: CN102110724B
Application number: CN201010543469A
Authority: CN
Inventors: 张晓升; 邸千力; 朱福运; 张海霞
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: CN102110724A

Abstract

本发明公开了一种双面微纳复合结构的太阳能电池及其制备方法。其中，太阳能电池包括位于太阳能电池的正面的第一微纳复合结构和位于太阳能电池的背面的第二微纳复合结构；第一微纳复合结构包括在硅基衬底上表面制作的掺杂扩散层、在掺杂扩散层上腐蚀获取的正面微米尺度吸光层；以及在正面微米尺度吸光层上刻蚀获得的正面纳米尺度黑硅减反射层；第二微纳复合结构包括在硅基衬底下表面上腐蚀获取的背面微米尺度吸光层；以及在背面微米尺度吸光层上刻蚀获得的背面纳米尺度黑硅减反射层。本发明解决了传统黑硅太阳能电池结构中，将黑硅材料层代替微米尺度吸光层，虽然拓展了对太阳光谱的吸收范围，但转化效率低的问题。

Description

双面微纳复合结构的太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅基太阳能电池技术领域，尤其涉及一种双面微纳复合结构的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能储量巨大，清洁无污染，是一种取之不尽用之不竭的能源，被誉为21世纪新兴能源之首。利用半导体材料的光伏效应，将太阳能直接转化为电能是目前世界各国的研究热点，其中硅基太阳能电池由于原料储量丰富，工艺技术成熟，成为太阳能发电技术的首选。由于光电转化效率仍然很低，导致硅基太阳能电池发电的单位成本居高不下，这成为限制硅基太阳能电池应用和发展的最大问题。导致太阳能电池转化效率低下的主要原因有以下几种：迎光面反射率高，不能全部吸收入射太阳光；光照产生的载流子复合；低频段太阳光波穿透电池，被底电极吸收转换成热流失；电极接触不良或设计不合理导致串联电阻增加，无法有效收集载流子电流。针对这些限制，许多研究人员进行了深入探索，采取了一系列措施：采用透明减反射膜、表面粗糙化(金字塔织构表面、多孔硅表面等)等来降低迎光面反射率；通过表面钝化膜层、加背电场及控制掺杂浓度等手段减小载流子复合；设计背反射结构减小长波穿透；合理设计电极减小串联电阻。这些措施将硅基太阳能电池的光电转化效率提高到了25％。基于λ/4入射波反射波相消原理的透明减反射膜仅对固定波长太阳光具有明显减反射效果，而粗糙化表面虽能在较宽频谱范围(250nm～1200nm)内有效降低反射率，但在更低频段反射率指标明显恶化。太阳光光谱由紫外光区(0～0.40μm)，可见光区(0.40～0.76μm)及红外光区(0.76～∞μm)三部分组成，它们在整个太阳光光谱中所占总能量的百分数分别为：8.3％、40.3％和51.4％。可见提高硅基太阳能电池光电转化效率的有效途径是扩展其对太阳光光谱有效吸收的范围，尤其是对红外区光波的吸收。

上世纪末，黑硅作为高深宽比刻蚀工艺的负效应首次被研究人员发现，由于它对较宽频谱范围内的太阳光具有良好的吸收效果，表面呈现黑色，故而被命名为“黑硅”(Black Silicon)。黑硅结构通常由纳米尺度的柱体或者筛孔构成，其尺寸与光波长度相近，光线入射后会沿柱体或筛孔表面多次反射和吸收，从而具有很低的反射率。黑硅制备工艺主要包括光刻胶微掩膜法、纳米球光刻法、电子束光刻法(EBL)、聚焦离子束法(FIB)和激光刻蚀法等。前两种工艺需要刻蚀掩膜，增加了工艺成本和复杂性，且在微米尺度结构表面制作掩膜依然是一大技术难题，更为重要的是利用它们在微米尺度结构上制作纳米尺度黑硅结构时，会刻蚀去除大量微米尺度结构，从而导致微米尺度结构失效，甚至消失。而后三种工艺虽然可以在微米尺度结构上刻蚀形成纳米尺度黑硅结构，但单次工艺作用范围小，只适用于小尺寸加工，并不能满足大尺寸如晶片(Wafer)级加工，而太阳能电池单元尺寸通常大于10cm×10cm，且更为重要的是利用它们在微米尺度结构上制作纳米尺度黑硅结构时，由于微米尺度结构表面的不平整和非均一性，很难在整个表面同时制备高深宽比高密度纳米尺度黑硅结构。故而传统制备黑硅工艺无法实现大面积高深宽比高密度微纳复合结构。

人们将纳米尺度的黑硅用于太阳能电池迎光面，希望利用其宽带吸收特性提高光电转化效率，但实际效果远远低于预期，最高只获得了16.8％的转化效率，远没有基于微米尺度的化学织构(栅格、金字塔等)表面太阳能电池转化效率高。造成这一现象的原因被认为是纳米尺度黑硅材料迁移率低、载流子寿命短、俄歇复合严重等。由于上述黑硅制备工艺的限制，无法大面积实现高密度高深宽比微纳复合结构，目前的研究都将纳米尺度黑硅材料取代微米尺度的化学织构表面，直接在硅基衬底上刻蚀形成黑硅迎光面，导致这些问题特别突出，极大地制约了黑硅太阳能电池效率的提高。亦有研究人员认为直接在太阳能电池背光面制作黑硅层，可提高其对长波太阳光的吸收，改善性能，但背光面黑硅层虽能吸收长波太阳光，却依然存在载流子复合严重，转化为热能耗散的问题，并未有效解决黑硅虽具有超宽带吸收特性，但转化效率低下的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双面微纳复合结构的太阳能电池及其制备方法，将微米尺度结构高吸光率和转化率特性，与纳米尺度黑硅结构的超宽带极低反射率和自清洁特性相结合，且形成具有双面微纳复合结构太阳能电池，以解决传统硅基太阳能电池吸收光谱范围窄，无法有效吸收和转化1.2μm以上波长太阳光，及基于纳米尺度黑硅结构太阳能电池效率低下的问题。

本发明一种双面微纳复合结构的太阳能电池，包括第一微纳复合结构和第二微纳复合结构，所述第一微纳复合结构位于所述太阳能电池的正面，所述第二微纳复合结构位于所述太阳能电池的背面；其中，第一微纳复合结构包括：在硅基衬底上表面制作的掺杂扩散层、在所述掺杂扩散层上腐蚀获取的正面微米尺度吸光层；以及在所述正面微米尺度吸光层上刻蚀获得的正面纳米尺度黑硅减反射层。第二微纳复合结构包括：在硅基衬底下表面上腐蚀获取的背面微米尺度吸光层；以及在所述背面微米尺度吸光层上刻蚀获得的背面纳米尺度黑硅减反射层。

上述太阳能电池，优选所述纳米尺度黑硅减反射层的直径为50nm～1000nm，高度100nm～10000nm，间距100nm～1000nm的硅锥，且纳米尺度黑硅减反射层对波长范围200nm～3300nm的太阳光具有＜1％的反射率。

上述太阳能电池，优选所述微米尺度吸光层的特征尺寸为1μm～50μm，具有：类球形、棱台形、棱锥形或柱状结构阵列所形成的微米尺度结构，或V形槽或U形槽的栅状微米尺度结构。

上述太阳能电池，优选所述硅基衬底为单晶硅、多晶硅或无定形硅，其导电类型为N型或P型，厚度为100μm～800μm。

本发明公开一种双面微纳复合结构的太阳能电池制备方法，包括：步骤1：通过热扩散或离子注入，在硅基衬底上表面制作掺杂扩散层，其导电类型与硅基衬底相反，形成PN结；步骤2：通过热扩散或离子注入，在掺杂扩散层上制作正面重掺杂扩散区，其导电类型与掺杂扩散层相同；在硅基衬底下表面制作背面重掺杂扩散区，其导电类型与硅基衬底相同；步骤3：通过热氧化或淀积

二氧化硅或氮化硅，然后光刻腐蚀，分别在掺杂扩散层上和硅基衬底下表面制作微米尺度吸光层掩膜；步骤4：通过化学或物理腐蚀，利用微米尺度吸光层掩膜，在掺杂扩散层上制作正面微米尺度吸光层，在硅基衬底下表面制作背面微米尺度吸光层；步骤5：利用基于无掩膜深反应离子刻蚀(DRIE)制备黑硅的工艺，直接在正面微米尺度吸光层上制作正面纳米尺度黑硅减反射层，在背面微米尺度吸光层上制作背面纳米尺度黑硅减反射层；步骤6：通过光刻腐蚀，分别在正面纳米尺度黑硅减反射层上刻蚀正面减反射层通孔，在背面纳米尺度黑硅减反射层上刻蚀背面减反射层通孔；步骤7：通过溅射或淀积，分别在正面纳米尺度黑硅减反射层上制作正面栅电极，在背面纳米尺度黑硅减反射层上制作背面反射电极金属层，通过减反射层通孔与重掺杂扩散区形成电接触。

上述制备方法，优选所述步骤5进一步为：采用等离子刻蚀或非等离子刻蚀对硅片表面进行粗糙化处理；对DRIE设备进行初始化和等离子稳定；控制所述DRIE制备黑硅的工艺参数，直接制备黑硅；其中，所述DRIE制备黑硅的工艺参数包括：线圈功率为800W～900W；压强为20mTorr～30mTorr；刻蚀气体SF₆流量为20sccm～45sccm，钝化气体C₄F₈流量为30sccm～50sccm；SF₆和C₄F₈气体流量比为1∶1～1∶2；刻蚀平板功率为6W～10W；钝化平板功率为0W～1W；刻蚀/钝化时间比为10s∶10s～4s∶4s；刻蚀/钝化循环60～200次；温度为20℃～30℃。

相对于现有技术而言，本发明充分利用了纳米尺度黑硅材料的超宽带低反射率特性，与微米尺度吸光层结构转化效率高、开路电压高等优点相结合，在200nm～3300nm波长范围内实现了＜1％的极低反射率超宽带硅基太阳能电池；解决了传统黑硅太阳能电池结构中，将黑硅材料层代替微米尺度吸光层，虽然拓展了对太阳光谱的吸收范围，但转化效率低的问题。

附图说明

图1为本发明的双面微纳复合结构的太阳能电池结构；

图2为微米尺度吸光层结构示意图；

图3为纳米尺度黑硅减反射层结构示意图；

图4为采用无掩膜DRIE工艺制备的一种纳米尺度黑硅减反射层的吸收光谱测试图；

图5为采用无掩膜DRIE工艺制备的几种微纳复合结构实际效果图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，图1为本发明的双面微纳复合结构的太阳能电池结构。图中包括：正面纳米尺度黑硅减反射层1、正面减反射层通孔1-1，正面微米尺度吸光层2，掺杂扩散层3，正面重掺杂扩散区4-1、背面重掺杂扩散区4-2，硅基衬底5，背面微米尺度吸光层6，背面纳米尺度黑硅减反射层7、背面减反射层通孔7-1，正面栅电极8，背面反射电极金属层9。

其中，正面纳米尺度黑硅减反射层1制作于正面微米尺度吸光层2上，背面纳米尺度黑硅减反射层7制作于背面微米尺度吸光层6底部，正面纳米尺度黑硅减反射层1和背面纳米尺度黑硅减反射层7是直径为50nm～1000nm，高度100nm～10000nm，间距100nm～1000nm的硅锥，纳米尺度黑硅减反射层对波长范围200nm～3300nm的太阳光具有＜1％的反射率。

正面微米尺度吸光层2制作于硅基衬底5上表面，背面微米尺度吸光层6制作于硅基衬底5下表面上，正面微米尺度吸光层2和背面微米尺度吸光层6是类球形或棱台形或棱锥形或柱状结构阵列所形成的微米尺度结构，或“V”形槽或“U”形槽的栅状的微米尺度结构，其特征尺寸为1μm～50μm。

硅基衬底5为单晶硅或多晶硅或无定形硅，其导电类型为N型或P型，厚度为100μm～800μm。

掺杂扩散层3是采用硼或锑掺杂形成的P型扩散层，或采用磷或砷掺杂形成的N型扩散层，厚度为0.5μm～50μm，掺杂浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3。

正面重掺杂扩散区4-1和背面重掺杂扩散区4-2是采用硼或锑掺杂形成的P型扩散区，或采用磷或砷掺杂形成的N型扩散区，厚度为0.01μm～10μm，掺杂浓度为10¹⁹～10²⁰cm^-3。

正面栅电极8制作于正面纳米尺度黑硅减反射层1上，为导电金属材料，宽度为0.5μm～5μm，厚度为0.5μm～5μm。

背面反射电极金属层9制作于背面纳米尺度黑硅减反射层7底部，为铝或银，厚度为5μm～50μm。

正面减反射层通孔1-1制作于正面纳米尺度黑硅减反射层1上，背面减反射层通孔7-1制作于背面纳米尺度黑硅减反射层7上，为边长1μm～10μm的通孔，间距10μm～100μm。

图1所示结构的制备步骤如下：

步骤1：通过热扩散或离子注入，在硅基衬底5上表面制作掺杂扩散层3，其导电类型与硅基衬底5相反，形成PN结，厚度为0.5μm～50μm，掺杂浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3。

步骤2：通过热扩散或离子注入，在掺杂扩散层3上制作正面重掺杂扩散区4-1，其导电类型与掺杂扩散层3相同；在硅基衬底5下表面制作背面重掺杂扩散区4-2，其导电类型与硅基衬底5相同；正面重掺杂扩散区4-1和背面重掺杂扩散区4-2，厚度为0.01μm～10μm，掺杂浓度为10¹⁹～10²⁰cm^-3。

步骤3：通过热氧化或淀积

二氧化硅或氮化硅，然后光刻腐蚀，分别在掺杂扩散层3上和硅基衬底5下表面制作微米尺度吸光层掩膜。

步骤4：通过化学或物理腐蚀，利用微米尺度吸光层掩膜，在掺杂扩散层3上制作正面微米尺度吸光层2，在硅基衬底5下表面制作背面微米尺度吸光层6，其特征尺寸为1μm～50μm。

步骤5：利用基于无掩膜深反应离子刻蚀(DRIE)制备黑硅的工艺，直接在正面微米尺度吸光层2上制作正面纳米尺度黑硅减反射层1，在背面微米尺度吸光层6底部制作背面纳米尺度黑硅减反射层7，是直径为50nm～1000nm，高度100nm～10000nm，间距100nm～1000nm的硅锥。

步骤6：通过光刻腐蚀，分别在正面纳米尺度黑硅减反射层1上刻蚀正面减反射层通孔1-1，在背面纳米尺度黑硅减反射层7上刻蚀背面减反射层通孔7-1，为边长1μm～10μm的通孔，间距10μm～100μm。

步骤7：通过溅射或淀积，分别在正面纳米尺度黑硅减反射层1上制作正面栅电极8，为导电金属材料，通过正面减反射层通孔1-1与正面重掺杂扩散区4-1形成电接触，宽度为0.5μm～5μm，厚度为0.5μm～5μm；在背面纳米尺度黑硅减反射层7上制作背面反射电极金属层9，为铝或银，厚度为5μm～50μm，通过背面减反射层通孔7-1与背面重掺杂扩散区4-2形成电接触。

上述方案中，步骤5中所述基于无掩膜深反应离子刻蚀(DRIE)制备黑硅的工艺，包括以下步骤：采用等离子刻蚀或非等离子刻蚀对硅片表面进行粗糙化处理；对DRIE设备进行初始化和等离子稳定；控制所述DRIE制备黑硅的工艺参数，直接制备黑硅。DRIE制备黑硅的工艺参数包括：线圈功率为800W～900W；压强为20mTorr～30mTorr；刻蚀气体SF₆流量为20sccm～45sccm，钝化气体C₄F₈流量为30sccm～50sccm(SF6和C₄F₈气体流量比为1∶1～1∶2)；刻蚀平板功率为6W～10W；钝化平板功率为0W～1W；刻蚀/钝化时间比为10s∶10s～4s∶4s；刻蚀/钝化循环60～200次；温度为20℃～30℃。

参照图2，图2为本发明的微纳复合结构的微米尺度吸光层结构示意图。上述步骤4中所述类球形结构阵列所形成的微米尺度结构见图2a所示，其直径为1μm～50μm，中心距为3μm～150μm。上述步骤4中所述“V”形槽所形成的栅状微米尺度结构，见图2b所示，其槽深为1μm～50μm，槽宽为1μm～50μm，间距1μm～50μm。

参照图3，图3为本发明的微纳复合结构的纳米尺度黑硅减反射层结构示意图。上述步骤5中所述纳米尺度黑硅减反射层，采用基于无掩膜深反应离子刻蚀(DRIE)工艺制备，具有无需掩膜，一步刻蚀实现大面积高密度高深宽比纳米尺度黑硅结构，此纳米尺度黑硅结构为非均一性硅锥。

参照图4，图4为采用无掩膜DRIE工艺制备的一种纳米尺度黑硅减反射层的吸收光谱测试图。上述步骤5中所述纳米尺度黑硅减反射层，具有超宽带极低反射率特性，在200nm～3300nm波长的太阳光谱范围内，具有＜1％的反射率。

参照图5，图5为采用无掩膜DRIE工艺制备的微纳复合结构实际效果图。其中，图5a为棱台形阵列微纳复合结构，图5b为柱状阵列微纳复合结构，图5c为“U”形槽所形成栅状微纳复合结构，图5d为“V”形槽所形成栅状微纳复合结构。

本发明具有如下技术优势：

1、本发明提出的具有双面微纳复合结构的太阳能电池结构，由于采用无需掩膜DRIE工艺，在不破坏原有微米尺度结构的基础上，生长纳米尺度黑硅结构，突破了传统黑硅加工工艺的限制，实现了大面积高密度高深宽比微纳复合结构。在微米尺度吸光层上直接制作纳米尺度黑硅减反射层，充分利用了纳米尺度黑硅材料的超宽带低反射率特性，与微米尺度吸光层结构转化效率高、开路电压高等优点相结合，在200nm～3300nm波长范围内实现了＜1％的极低反射率超宽带硅基太阳能电池。解决了传统黑硅太阳能电池结构中，将黑硅材料层代替微米尺度吸光层，虽然拓展了对太阳光谱的吸收范围，但转化效率低的问题。

2、本发明提出的具有双面微纳复合结构的太阳能电池结构，由于采用双面微纳复合结构，其背面纳米尺度黑硅减反射层同样具有超宽带极低反射率的特性，可以充分吸收穿透太阳能电池的长波太阳光，并再次将纳米尺度黑硅材料的超宽带低反射率特性，与微米尺度吸光层结构转化效率高、开路电压高等优点相结合，解决了传统结构中单纯以黑硅材料层作为太阳能电池背面吸光层所带来的载流子复合严重，转化效率不高的问题，最大化地提高基于黑硅材料太阳能电池的转化效率。

3、本发明提出的具有双面微纳复合结构的太阳能电池结构，表面由微纳复合结构构成，其中微米尺度结构增大了表面积体积比；而纳米尺度黑硅减反射层，由于高密度高深宽比(10∶1～30∶1)纳米锥体的表面形貌，极大地增加了表面积体积比，因而具有良好的超疏水特性；且由于所采用的DRIE工艺的钝化环节，在纳米锥体表面生成一层

聚合物薄膜，进一步增大了其超疏水特性。因此本发明提出的基于微纳复合结构加工技术的太阳能电池结构，具有极好的超疏水特性，其接触角约为150～160°，滚动角约为1°～3°，可实现自清洁功能，使得太阳能电池寿命长、适应恶劣环境能力强，且维护简单。

4、本发明提出的制备方法，首先在硅基衬底上表面制作掺杂扩散层，然后在掺杂扩散层上腐蚀实现微米尺度吸光层，最后在微米尺度吸光层上刻蚀实现纳米尺度黑硅减反射层。通过微米尺度和纳米尺度两次刻蚀，极大地减小了掺杂扩散层的厚度，从而极大地降低了光生载流子的复合，增加光生电流；同时微米纳米复合结构可以构成密度梯度和反射率梯度，使得进入太阳能电池表面的入射光经多次反射和折射，几乎全部被吸收。

5、本发明提出的制备方法，步骤3和步骤4中所述二氧化硅或氮化硅作为微米尺度吸光层结构的刻蚀掩膜，在刻蚀得到微米尺度吸光层后，该掩膜无需单独工艺步骤腐蚀去除，可直接由制作纳米尺度黑硅减反射层时所采用的无掩膜DRIE工艺中的刻蚀环节直接去除，从而极大地简化了太阳能电池的工艺步骤，充分降低单位成本。

6、本发明提出的制备方法，步骤7中所述在正面纳米尺度黑硅减反射层上制作正面栅电极，在背面纳米尺度黑硅减反射层上制作背面反射电极金属层，由于采用无掩膜DRIE工艺实现纳米尺度黑硅减反射层，在DRIE工艺中的钝化环节中纳米尺度黑硅减反射层表面淀积的聚合物薄膜，具有良好的绝缘性，可直接作为钝化层，从而减小电极与重掺杂扩散区的电接触面积，从而减小串联电阻、降低载流子复合，进一步提高转化效率、开路电压和短路电流。而且与传统太阳能电池制作过程中需单独制作钝化层相比，极大地简化了工艺步骤。

以上对本发明所提供的一种双面微纳复合结构的太阳能电池及其制备方法进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种双面微纳复合结构的太阳能电池，其特征在于，包括第一微纳复合结构和第二微纳复合结构，所述第一微纳复合结构位于所述太阳能电池的正面，所述第二微纳复合结构位于所述太阳能电池的背面；其中：

所述第一微纳复合结构包括：在硅基衬底上表面制作的掺杂扩散层、在所述掺杂扩散层上腐蚀获取的正面微米尺度吸光层；以及在所述正面微米尺度吸光层上利用基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的工艺获得的正面纳米尺度黑硅减反射层；

所述第二微纳复合结构包括：在硅基衬底下表面上腐蚀获取的背面微米尺度吸光层；以及在所述背面微米尺度吸光层上利用基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的工艺获得的背面纳米尺度黑硅减反射层；

其中，

所述纳米尺度黑硅减反射层的直径为50nm～1000nm，高度100nm～10000nm，间距100nm～1000nm的硅锥，且纳米尺度黑硅减反射层对波长范围200nm～3300nm的太阳光具有＜1％的反射率；

所述微米尺度吸光层的特征尺寸为1μm～50μm，具有：

球形、棱台形、棱锥形或柱状结构阵列所形成的微米尺度结构；或

V形槽或U形槽的栅状微米尺度结构。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅基衬底为单晶硅、多晶硅或无定形硅，其导电类型为N型或P型，厚度为100μm～800μm。

3.一种双面微纳复合结构的太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：通过热扩散或离子注入，在硅基衬底上表面制作掺杂扩散层，其导电类型与硅基衬底相反，形成PN结；

步骤2：通过热扩散或离子注入，在掺杂扩散层上制作正面重掺杂扩散区，其导电类型与掺杂扩散层相同；在硅基衬底下表面制作背面重掺杂扩散区，其导电类型与硅基衬底相同；

步骤3：通过热氧化或淀积

～

二氧化硅或氮化硅，然后光刻腐蚀，分别在掺杂扩散层上和硅基衬底下表面制作微米尺度吸光层掩膜；

步骤4：通过化学或物理腐蚀，利用微米尺度吸光层掩膜，在掺杂扩散层上制作正面微米尺度吸光层，在硅基衬底下表面制作背面微米尺度吸光层；

其中，

所述微米尺度吸光层的特征尺寸为1μm～50μm，具有：

V形槽或U形槽的栅状微米尺度结构；

步骤5：利用基于无掩膜深反应离子刻蚀(DRIE)制备黑硅的工艺，直接在正面微米尺度吸光层上制作正面纳米尺度黑硅减反射层，在背面微米尺度吸光层上制作背面纳米尺度黑硅减反射层；

其中，

步骤6：通过光刻腐蚀，分别在正面纳米尺度黑硅减反射层上刻蚀正面减反射层通孔，在背面纳米尺度黑硅减反射层上刻蚀背面减反射层通孔；

步骤7：通过溅射或淀积，分别在正面纳米尺度黑硅减反射层上制作正面栅电极，在背面纳米尺度黑硅减反射层上制作背面反射电极金属层，通过减反射层通孔与重掺杂扩散区形成电接触。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5进一步为：

采用等离子刻蚀或非等离子刻蚀对硅片表面进行粗糙化处理；对DRIE设备进行初始化和等离子稳定；控制所述DRIE制备黑硅的工艺参数，直接制备黑硅；其中，所述DRIE制备黑硅的工艺参数包括：

线圈功率为800W～900W；压强为20mTorr～30mTorr；刻蚀气体SF₆流量为20sccm～45sccm，钝化气体C₄F₈流量为30sccm～50sccm；SF₆和C₄F₈气体流量比为1∶1～1∶2；刻蚀平板功率为6W～10W；钝化平板功率为0W～1W；刻蚀/钝化时间比为10s∶10s～4s∶4s；刻蚀/钝化循环60～200次；温度为20℃～30℃。