CN102738308A

CN102738308A - 空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法

Info

Publication number: CN102738308A
Application number: CN2012102380966A
Authority: CN
Inventors: 王成林
Original assignee: LIAONING SUNRISE SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LIAONING SUNRISE SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开了一种空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，包括如下工艺步骤：晶体硅衬底单面湿法催化腐蚀形成纳米绒面(直径小于1微米)、空心磷硅玻璃微珠在水中的浮起、背靠背衬底样品花篮中的放置、样品花篮的提拉完成玻磷硅空心玻璃微珠的密排附着、高温退火实现选区梯度掺杂、腐蚀清洗、淀积氮化硅减反射、丝印栅线和铝背场，最后退火合金完成空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池的制造。本发明提供的制造方法，以低成本制造为策略，尽可能地利用现有的工艺，而不增加设备成本。相比传统的太阳能电池，本方法制得的太阳能电池提高了效率。此外，本方法制备工艺简单，具有较好的工艺稳定性。

Description

空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能电池制造工艺，具体涉及一种空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，属于太阳能电池制造技术领域。

【背景技术】

随着全球能源的短缺和气候变暖环境，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火力发电成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。在太阳能电池的发展历史中，非晶硅薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池都已经历了近半个多世纪的发展历程。晶体硅太阳能电池效率较高，而非晶硅薄膜太阳能电池的制造成本较低，但二者优势结合起来形成效率更高、成本更低的第三代太阳能电池结构受到的关注却相对较少。纳米材料和结构，由于其具有新奇的物理特性，在电学、光学上具有一系列特殊的物理性质，正在被广泛地应用于半导体制造、光电子器件、化学化工领域。将纳米材料和结构与传统晶体硅电池结合，形成新一代代太阳能电池，将有助于解决长期困扰这两个领域的效率低，成本高的瓶颈问题，实现太阳能技术的飞跃。

光吸收是太阳能电池永恒的话题和研究对象，光吸收的越大，被利用的可能性越大。对于常规晶体硅电池只能单面受光，且具有尺寸在微米级的金字塔绒面或者蚕卵绒面，靠着几何反射增加光程。而纳米绒面具有非常良好的陷光效应，其陷光机理与常规金字塔绒面或者蚕卵绒面有着质的不同，从紫外波段到近红外波段(350-1100nm，晶体硅太阳能电池具有光谱响应的波段)，有着极低的反射率(可低于0.5％，常规绒面为7％以上)，可以实现几乎均一性的吸收，因此利用纳米绒面提高电池效率是一个产业化热点。而对于这种纳米绒面表面，使用常规的闭管扩散时，无法形成纳米绒面顶部重掺的结构，这对于降低接触电池，提高光电流是不利的；为了解决这个问题，可以实行二次扩散，也可以实行离子注入，但存在着成本高、产量低的特点。

常规的晶体硅太阳能电池具有尺寸在微米级的金字塔绒面或者蚕卵绒面，靠着几何反射增加光程。而纳米绒面具有非常良好的陷光效应，其陷光机理与常规绒面有着质的不同，从紫外波段到近红外波段(350-1100nm，晶体硅太阳能电池具有光谱响应的波段)，有着极低的反射率(可低于0.5％，常规绒面为7％以上)，因此利用纳米绒面提高电池效率是产业界十分关注的话题。但纳米绒面的扩散形成pn结制约了其进一步的应用。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种先进的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其利用纳米绒面具有非常良好的陷光效应，从紫外波段到近红外波段(350-1100nm，晶体硅太阳能电池具有光谱响应的波段)，有着极低的反射率；再利用空心玻璃微珠的悬浮密排特性，在纳米绒表面吸附空心磷硅玻璃微珠掺杂源，从而利用玻璃微珠特殊的几何形状利用磷硅玻璃的密排特性实现选区掺杂，以实现低成本高效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其包括如下工艺步骤：

1)、用化学催化腐蚀的方法在晶体硅衬底201正面制备纳米绒面301结构；

2)、纳米绒面衬底背靠背放入样品花篮，浸入空心硼硅玻璃微珠密布表面的丙酮液体中；

3)、提拉法缓慢提升样品花篮，空心硼硅玻璃微珠密排附着至纳米绒面表面；

4)、氮气气氛下退火扩散形成选区pn结，酸洗清除硼硅玻璃；

5)、氮化硅减反及表面钝化膜沉积形成Si₃N₄减反膜，用丝网印刷机在背面和正面丝印银栅线，背面丝印铝背场，从而形成正负电极；

6)、合金退火，制备出空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤1)的晶体硅衬底为p型125mm×125mm单晶硅片、156mm×156mm单晶硅片或156×156mm多晶硅片。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤1)的腐蚀液选用稀释的氢氟酸溶液、去离子水、银盐的混合液，其浓度为0.01～6.0M；腐蚀时间为1分钟-10小时之间。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤1)的化学催化腐蚀的方法具体为金属诱导腐蚀的方法。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤3)的空心硼硅玻璃微珠按六角密排方式粘附于晶体硅衬底纳米绒面表面，所述空心硼硅玻璃微珠直径在1-50微米之间。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤3)的提拉时速度保持在1mm/s-1m/s。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤4)的退火温度在500度-1200度，退火时间为5分至5小时。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤4)使用HF酸、氨水的混合液；或者HNO3、HF、氨水的混合液进行酸洗，酸洗过程为10秒至100分钟，在0度-120度的温度区间进行。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法进一步为：所述步骤5)中利用管式等离子增强化学气相淀积方法在衬底正面和背面淀积Si₃N₄减反膜，减反膜厚度在70nm-120nm之间。

本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法还可为：所述步骤6)在链式烧结炉中退火合金，正负电极同时退火合金。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

首先，此法利用湿法催化化学腐蚀形成纳米绒面，能够极大降低因干法刻蚀所造成的损伤，而且由于纳米柱阵列的独特减反效果，增加了光能的吸收，有利于提高纳米柱电池的转化效率。

其次，利用空心磷硅玻璃微珠和纳米绒面间的范德瓦尔斯吸附作用，通过提拉法达到密排吸附；而后退火使得磷蒸气通过扩散方式对纳米绒面进行选择性扩散：纳米绒面的顶尖得到重扩散，而其它地方则是相应的轻扩散，形成纳米绒面的选择性扩散。

再次，本方法具有制备工艺简单，并与现有的产业化设备形成良好的兼容特性，能在不增加工艺的复杂度，同时保持较低成本的前提下，制备高转换效率的太阳能电池。

【附图说明】

图1为本发明的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法的流程图。

图2为p型晶体硅的示意图。

图3为制备出正面纳米绒面的示意图。

图4为以丙酮为悬浮液的空心磷硅玻璃微珠提拉法的示意图。

图5为空心磷硅玻璃微珠吸附到纳米绒面表面的示意图。

图6为氮气气氛下退火扩散形成选区pn结的示意图。

图7为酸洗去除表面空心磷硅玻璃微珠的示意图。

图8为Si3N4减反膜淀积的示意图。

图9为丝网印刷正负极以及退火合金的示意图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图9所示，本发明为一种空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其包括如下工艺步骤：

步骤101：用化学催化腐蚀的方法在晶体硅201衬底正面制备纳米绒面301结构；其中，所述晶体硅衬底201为p型125mm×125mm单晶硅片、156mm×156mm单晶硅片或156×156mm多晶硅片；腐蚀液选用稀释的氢氟酸溶液、去离子水、银盐的混合液，其浓度为0.01～6.0M；腐蚀时间为1分钟-10小时之间；所述化学催化腐蚀的方法具体为金属诱导腐蚀的方法；

步骤102：纳米绒面衬底401、402背靠背放入样品花篮，浸入空心硼硅玻璃微珠403密布表面的丙酮液体中；

步骤103：提拉法缓慢提升样品花篮，空心硼硅玻璃微珠403密排附着至纳米绒面表面501；其中，所述空心硼硅玻璃微珠按六角密排方式粘附于晶体硅衬底纳米绒面表面，所述空心硼硅玻璃微珠直径在1-50微米之；提拉时速度保持在1mm/s-1m/s。

步骤104：氮气气氛下退火扩散形成选区pn结602，酸洗清除硼硅玻璃602；其中，酸洗时使用HF酸、氨水的混合液；或者HNO3、HF、氨水的混合液，酸洗过程为10秒至100分钟，在0度-120度的温度区间进行；

步骤105：氮化硅减反及表面钝化膜沉积形成Si₃N₄减反膜801，用丝网印刷机在背面和正面丝印银栅线901，背面丝印铝背场902，从而形成正负电极；其中，利用管式等离子增强化学气相淀积方法在衬底正面和背面淀积Si₃N₄减反膜，减反膜厚度在70nm-120nm之间。

步骤106：合金退火，制备出空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池；其具体在链式烧结炉中退火合金，正负电极同时退火合金，退火过程中无特殊气氛保护，完成欧姆接触合金化的过程。

图2至图9是本发明的一个具体实施例。

其中，步骤101中，先对晶体硅201进行表面清洗，清洗过程为依次利用去离子水、硝酸、去离子水、氢氟酸、去离子水清洗的过程，清洗时间依次为2～3min、1小时、2～3min、30s、2～3min，其中硝酸为浓硝酸，氢氟酸为稀释的氢氟酸。利用0.8M的腐蚀液在室温腐蚀30分钟，形成单面纳米绒面。

步骤102中，将空心3微米空心磷硅玻璃微珠放入到丙酮液体中，空心磷硅玻璃微珠悬浮于丙酮表面；而后将纳米绒面硅衬底浸入到该混合体中，等待液面保持平静。

步骤103中，将花篮以2cm/s的速度在室温下进行提拉(提拉方向垂直向上)，提拉速度可通过电脑来精确控制和监控。纳米绒面表面吸附上密排的空心磷硅玻璃微珠，而后在100度左右进行烘烤，使得丙酮挥发干净。

步骤104中，在850度，N2∶H2＝95∶5的氮气气氛下进行退火，退火时间为32分钟，将磷选择性扩散到纳米绒面表面。而后用浓度为1M的HF酸酸洗12分钟，腐蚀并清洗掉空心磷硅玻璃微珠。

步骤105中，为了制备减反膜，将衬底放入到管式等离子增强化学气相淀积设置中，单面或者双面生长Si₃N₄膜，膜厚为75nm，沉积温度为480度。

步骤106中，用丝网印刷机在背面和正面丝印银栅线；背面铝背场，印刷完毕后在200℃热处理并加以固化。

步骤107中，按照大规模生产线的退火合金方式，对正面的负电极、背正的正电极和负电极进行从300℃至900℃的阶梯式热退火处理，最终完成一种密排空心硼硅玻璃微珠选区掺杂的纳米绒面高效太阳能电池制造。

以上所述制备工艺，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：其包括如下工艺步骤：

1)、用化学催化腐蚀的方法在晶体硅衬底正面制备纳米绒面结构；

4)、氮气气氛下退火扩散形成选区pn结，酸洗清除硼硅玻璃；

5)、氮化硅减反及表面钝化膜沉积Si₃N₄减反膜，用丝网印刷机在背面和正面丝印银栅线，背面丝印铝背场，从而形成正负电极；

2.如权利要求1所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤1)的晶体硅衬底为p型125mm×125mm单晶硅片、156mm×156mm单晶硅片或156×156mm多晶硅片。

3.如权利要求2所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤1)的腐蚀液选用稀释的氢氟酸溶液、去离子水、银盐的混合液，其浓度为0.01～6.0M；腐蚀时间为1分钟-10小时之间。

4.如权利要求3所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤1)的化学催化腐蚀的方法具体为金属诱导腐蚀的方法。

5.如权利要求1所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤3)的空心硼硅玻璃微珠按六角密排方式粘附于晶体硅衬底纳米绒面表面，所述空心硼硅玻璃微珠直径在1-50微米之间。

6.如权利要求5所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤3)的提拉时速度保持在1mm/s-1m/s。

7.如权利要求1所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤4)的退火温度在500度-1200度，退火时间为5分至5小时。

8.如权利要求7所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤4)使用HF酸、氨水的混合液；或者HNO3、HF、氨水的混合液进行酸洗，酸洗过程为10秒至100分钟，在0度-120度的温度区间进行。

9.如权利要求1所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤5)中利用管式等离子增强化学气相淀积方法在衬底正面和背面淀积Si₃N₄减反膜，减反膜厚度在70nm-120nm之间。

10.如权利要求1所述的空心硼硅玻璃微珠掺杂的纳米绒面太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤6)在链式烧结炉中退火合金，正负电极同时退火合金。