CN102487105A - 一种制备立体结构高效太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备立体结构高效太阳能电池的方法，包括：对晶硅电池片进行热氧化，在表面形成SiO2薄膜；对晶硅电池片进行激光刻槽，将晶硅电池片划成垂直于表面方向相互连接的“耸立建筑物状”结构；采用碱性溶液清除晶硅电池片表面的损伤；采用酸性溶液中和过剩的碱，去除晶硅电池片表面的氧化物；在晶硅电池片表面制绒或纳米柱结构；对晶硅电池片表面进行扩散形成PN结，并去除扩散过程中形成的磷硅玻璃；对晶硅电池片表面进行氧化，然后沉积SiN薄膜进行表面钝化形成复合减薄层；印刷铝背场，激光烧结铝电极；在晶硅电池片的另一面丝网印刷或蒸镀金属电极，然后电极合金化形成立体结构高效太阳能电池。利用本发明，提高了太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种制备立体结构高效太阳能电池的方法，采用激光器提高晶硅太阳能电池效率，将电池片划成“建筑物状”，制备立体结构太阳能电池，提高电池的陷光性能。
背景技术
为满足人类日益增长的生活需求，对能源的需求越来越多，能源开采利用日渐加剧。石油和煤等化石能源储量有限，而且即将开采殆尽。由于化石能源的开采利用，对人类赖以生存的地球环境造成了极大破坏，直接威胁着人类的生存。因此，寻找新的能源以解决人类的生存和发展问题迫在眉睫。
在已知的能源中唯有太阳辐射能资源丰富，分布广泛，不受地域和季节的限制，而且具有清洁的特点，是传统化石能源最具潜力的替代能源。自贝尔实验室的第一个商品化硅太阳能电池问世以来，太阳能电池已从第一代的单晶硅太阳能电池发展到现在的第三代高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。
晶硅电池虽然具有转换效率不高(大规模量产可达到17％)、价格昂贵等缺点，但目前晶硅电池依然占到了90％以上的市场份额，因此发电成本的降低，除依赖于原材料价格外，更重要的是提高现有电池的转换效率。常规提高晶硅太阳能电池效率的手段多种多样，如选区发射、背表面场、表面钝化等，但这些技术继续提升太阳能电池效率的能力有限。
因此，探索新的原理、尝试新的材料、改用新的结构来提高晶硅电池的转换效率越来越受到研发人员的重视。本发明正是在这一背景下提出的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的是提供一种制备立体结构高效太阳能电池的方法，以能够尽可能多的吸收太阳能，提高太阳能电池的转换效率。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种制备立体结构高效太阳能电池的方法，该方法包括：
步骤1：对晶硅电池片进行热氧化，在表面形成SiO2薄膜；
步骤2：对覆盖SiO2薄膜的晶硅电池片进行激光刻槽，将晶硅电池片划成垂直于表面方向、相互连接的“耸立建筑物状”结构；
步骤3：采用碱性溶液清除晶硅电池片表面的损伤；
步骤4：采用酸性溶液中和过剩的碱，去除晶硅电池片表面的氧化物；
步骤5：在晶硅电池片表面制绒或纳米柱结构；
步骤6：对晶硅电池片表面进行扩散形成PN结，并去除扩散过程中形成的磷硅玻璃；
步骤7：对晶硅电池片表面进行氧化，然后沉积SiN薄膜进行表面钝化形成复合减薄层；
步骤8：印刷铝背场，激光烧结铝电极；
步骤9：在晶硅电池片的另一面丝网印刷或蒸镀金属电极，然后电极合金化形成立体结构高效太阳能电池。
上述方案中，步骤1中所述晶硅电池片是小尺寸碎片，或者是生产中使用的125单晶硅片或156多晶硅片；所述对晶硅电池片进行热氧化是将晶硅电池片置入氧化炉中，在800℃～1000℃温度下采用干法氧化或湿法氧化，得到厚度10～120nm的SiO2薄膜。
上述方案中，步骤2中所述对晶硅电池片进行激光刻槽采用激光器、机械划痕或者腐蚀的方式进行，刻得的槽是盲槽或划透的槽。
上述方案中，步骤3中所述碱性溶液采用10％～50％的NaOH/KOH碱性抛光溶液。
上述方案中，步骤4中所述酸性溶液采用1％～30％的HF酸。
上述方案中，步骤5中所述在晶硅电池片表面制绒，是将厚度为140～250μm的晶硅电池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液中，在晶硅电池片表面化学腐蚀出各向异性绒面，绒面形状呈倒金字塔形。
上述方案中，所述步骤6包括：将具有绒面结构的电池片置入扩散炉中，利用三氯氧磷为扩散源对晶硅电池片表面进行扩散，形成结深为200～500nm的PN结，然后利用一定浓度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃，并用去离子水清洗烘干。
上述方案中，所述步骤7包括：对晶硅电池片表面进行氧化，得到厚度为5～40nm的SiO2薄膜，然后采用PECVD方法在SiO2薄膜上沉积10～100nm厚的SiN薄膜进行表面钝化形成复合减反膜。
上述方案中，步骤8中所述激光烧结铝电极是在氮气或者惰性气体保护下进行的。
上述方案中，步骤9中所述金属电极是银电极、铝电极或者复合金属电极。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、采用这种方法制备的高效太阳能电池具有“建筑物状”的立体结构，而且外表面均制备有绒面，光线一旦射入，便在“建筑物”之间来回反射不能射出，极大地增强了陷光效果，因此该立体型“建筑物状”高效太阳能电池具有开路电压高、短路电流大、转换效率高的优势。
2、这种电池的大尺度片子可以使用激光加工，小片电池既可以使用激光加工，也可以采用光刻的方法处理，因而具有生产工艺简单，易于产业化的特点。
3、本发明还具有制备技术简单，能与现有工艺兼容的特点，可在现有设备条件下，实现大规模量产，达到提高效率降低成本的目的。
附图说明
图1为本发明提供的制备立体结构高效太阳能电池的方法流程图。
图2为表面热氧化的电池片结构示意图。
图3为激光划槽后的电池片结构示意图。
图4为去除表面损伤、酸洗后的电池片示意图。
图5为表面制绒后的电池片示意图。
图6为扩散后清除磷硅玻璃的电池示意图。
图7为表面钝化后的示意图。
图8印刷铝背场，激光烧结后(LFC)的电池示意图。
图9为丝网印刷银电极示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的制备立体结构高效太阳能电池的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：对晶硅电池片进行热氧化，在表面形成SiO2薄膜；
步骤2：对覆盖SiO2薄膜的晶硅电池片进行激光刻槽，将晶硅电池片划成垂直于表面方向、相互连接的“耸立建筑物状”结构；
步骤3：采用碱性溶液清除晶硅电池片表面的损伤；
步骤4：采用酸性溶液中和过剩的碱，去除晶硅电池片表面的氧化物；
步骤5：在晶硅电池片表面制绒或纳米柱结构；
步骤6：对晶硅电池片表面进行扩散形成PN结，并去除扩散过程中形成的磷硅玻璃；
步骤7：对晶硅电池片表面进行氧化，然后沉积SiN薄膜进行表面钝化形成复合减薄层；
步骤8：印刷铝背场，激光烧结铝电极；
步骤9：在晶硅电池片的另一面丝网印刷或蒸镀金属电极，然后电极合金化形成立体结构高效太阳能电池。
图2至图9是依照本发明实施例的示意图。
图2中步骤201，选取的晶硅电池片为商用125单晶或者156多晶，衬底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5～3Ω·cm，多晶电阻率为0.5～6Ω·cm；步骤202将样品置入氧化炉中，800℃～1000℃温度下采取干法氧化/湿法氧化，得到厚度10～120nm的SiO2薄膜。
图3中使用激光器在被SiO2覆盖的电池片上划槽，将电池片划成垂直于表面方向、相互连接的“耸立建筑物状”结构。
图4中步骤401，在质量分数为10％～50％的NaOH/KOH碱性抛光溶液中抛光，处理表面损伤。步骤402，在体积分数为1％～30％的HF酸中中和过剩的碱，去除表面氧化物。
图5中将厚度为140～250μm的晶硅电池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液中(NaOH∶H2O＝1.76％wt；C2H5OH∶H2O＝5.0％vol；Na2SiO3∶H2O＝1.26％wt)，在晶硅表面化学腐蚀出各向异性绒面，绒面呈金字塔形状。
图6中步骤601，将具有绒面结构的电池片置入扩散炉中，进行扩散。扩散方法采用常规的扩散工艺，扩散源为液态POCl3。扩散出结深大约200～500nm的PN结，扩散后的方块电阻约为20～50Ω/□。
步骤602，采用HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃，去离子水清洗烘干后备用。
图7中步骤701，将样品置入氧化炉中表面氧化5～40nm。
步骤702，在30～90W功率条件下PECVD沉积10～100nm厚的SiN薄膜进行表面钝化形成复合减反膜。
图8中步骤801，印刷铝背场。
步骤802，氮气保护下激光烧结(LFC)铝电极。
图9步骤901印刷银电极。
步骤902合金化电极形成立体结构高效太阳能电池。
上述制备工艺仅是本发明的一实例，而非对本发明的限制。在本发明技术方案范围内对某些技术内容稍作修改视为等效实例，一切依据本发明“立体结构高效太阳能电池”的技术实质对上述实例所作的任何形式的修改、等同变化与修饰，譬如：激光开槽时开透，背面一次沉积铝薄膜，再沉积SiOx膜，最后用化学腐蚀的方法将槽区铝膜与表面铝膜割断等等，均属本发明技术方案。
Claims (10)
1.一种制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：对晶硅电池片进行热氧化，在表面形成SiO2薄膜；
步骤2：对覆盖SiO2薄膜的晶硅电池片进行激光刻槽，将晶硅电池片划成垂直于表面方向、相互连接的“耸立建筑物状”结构；
步骤3：采用碱性溶液清除晶硅电池片表面的损伤；
步骤4：采用酸性溶液中和过剩的碱，去除晶硅电池片表面的氧化物；
步骤5：在晶硅电池片表面制绒或纳米柱结构；
步骤6：对晶硅电池片表面进行扩散形成PN结，并去除扩散过程中形成的磷硅玻璃；
步骤7：对晶硅电池片表面进行氧化，然后沉积SiN薄膜进行表面钝化形成复合减薄层；
步骤8：印刷铝背场，激光烧结铝电极；
步骤9：在晶硅电池片的另一面丝网印刷或蒸镀金属电极，然后电极合金化形成立体结构高效太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤1中所述晶硅电池片是小尺寸碎片，或者是生产中使用的125单晶硅片或156多晶硅片；
所述对晶硅电池片进行热氧化是将晶硅电池片置入氧化炉中，在800℃～1000℃温度下采用干法氧化或湿法氧化，得到厚度10～120nm的SiO2薄膜。
3.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤2中所述对晶硅电池片进行激光刻槽采用激光器、机械划痕或者腐蚀的方式进行，刻得的槽是盲槽或划透的槽。
4.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤3中所述碱性溶液采用10％～50％的NaOH/KOH碱性抛光溶液。
5.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤4中所述酸性溶液采用1％～30％的HF酸。
6.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤5中所述在晶硅电池片表面制绒，是将厚度为140～250μm的晶硅电池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液中，在晶硅电池片表面化学腐蚀出各向异性绒面，绒面呈金字塔形状。
7.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤6包括：
将具有绒面结构的电池片置入扩散炉中，利用三氯氧磷为扩散源对晶硅电池片表面进行扩散，形成结深为200～500nm的PN结，然后利用一定浓度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃，并用去离子水清洗烘干。
8.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤7包括：
对晶硅电池片表面进行氧化，得到厚度为5～40nm的SiO2薄膜，然后采用PECVD方法在SiO2薄膜上沉积10～100nm厚的SiN薄膜进行表面钝化形成复合减反膜。
9.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤8中所述激光烧结铝电极是在氮气或者惰性气体保护下进行的。
10.根据权利要求1所述的制备立体结构高效太阳能电池的方法，其特征在于，步骤9中所述金属电极是银电极、铝电极或者复合金属电极。
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