CN102956719A - 硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池 - Google Patents

硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种属于太阳能电池技术领域的硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池。其特征在于采用纳米硅浆料和硅刻蚀技术形成的硅微纳米结构在硅片表面形成栅线图形形状，后续采用常规的电池技术，即一次扩散、刻蚀周边、沉积氮化硅、丝印电极，形成一种易于产业化的选择发射极电池。所述太阳能转换装置在P型硅基表面通过旋涂，金属催化腐蚀等方法制备出硅微纳米结构的栅型结构，在硅纳米结构上面制备电极，形成选择型发射区，提高太阳能装置的效率。本发明提供的一种新型的一次扩散太阳能电池选择性发射区的方法，可提高电池效率，直接在硅表面得到可以制备选择性发射区的结构，精简了硅纳米浆料的制备步骤，降低生产成本。

Description

硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种利用微硅纳米结构一次扩散制备选择性发射极光伏太阳电池，属于太阳能技术领域。
背景技术
随着人类社会经济的发展，对能源的需求也越来越大，而传统能源(石油，煤等)属于不可能再生能源，随着人类的使用而逐渐减少。在常规能源日益枯竭，环保意识日益增加的情况下，世界各国都在积极寻找可再生、无污染的能源。目前各个国家对新能源的利用都高度重视，新能源具有环保，可再生等优点。而在众多新能源中，太阳能以其分布广，总量大等特点尤其受到关注。我国太阳能技术及产业近几年得到了迅猛的发展。2010年我国大陆地区的太阳电池产量将达到5GW，单晶硅太阳电池的平均效率已经达到17.5％，多晶硅电池的平均效率也已经达到了16.5％。但要使光伏发电能够与常规能源相竞争，最终实现太阳能从补充能源向替代能源的转化，还需要不断的提高电池转换效率、降低电池成本。因此，开发新型电池、提高电池的转换效率成为未来光伏企业研发的重要目标。
选择性发射极(SelectiveEmitter)高效太阳电池是一种提高电池转换效率，降低生产成本的重要手段。SE高效电池是一种在现有加工制造工艺设备和P型硅片原料的基础上，硅太阳电池的一种改进版本。产业电池的方块电阻为≤45-60Ω/□，以便有较大的工艺窗口和较稳定的良品率，填充因子为0.77-0.78左右。SE使得在金属电极下方形成重杂质区域而在电极间实现浅浓度扩散，发射区的浅浓度扩散即增强了电池对蓝光的响应[4]，又使硅表面易于钝化，可使填充因子达到0.80或者更高，其优点是降低了金属与半导体接触势垒。对于1Ω-cm到10Ω-cm的衬底，SE电池的转换效率也有线性增加0.4-0.6％的趋势，同时反向漏电流减少，表明表面复合速度较常规电池低，而其短波段的光谱响应优于常规BSF太阳电池。
目前，制备选择性发射极主要通过开发和使用掺磷浆料达到选择发射极电池的效果[参见：中国专利申请号CN200810144288.4；中国专利申请号CN200910029713.X；中国专利申请号CN200820137684.X]
在新一代低成本高光电转换效率的太阳能电池研发中，纳米技术作为建造更好的太阳能电池的一种新方法出现。我们设计了一种通过一次扩散制备选择性发射极的光伏太阳装置，利用硅微纳米球浆料以及金属催化刻蚀的硅纳米结构[参见：中国专利CN1382626；中国专利申请号2005100117533；中国专利申请号CN200810084205.7；中国专利申请号CN200810183135.0]，制备高效率，低成本的选择性发射极光伏太阳电池。
发明内容
本发明目的是设计和提供一种低成本，高效率一次扩散制备选择性发射极光伏太阳能电池的方法。
本发明提出的选择性发射极光伏太阳电池，它含有氮化硅减反射膜、n型硅层、p型硅层、硅微纳米结构选择性发射极、二次对准栅型电极、背场电极，其特征在于：所述选择性发射极太阳电池含有下述各层，
(1)氮化硅层在n型硅层之上，作为钝化层以及减反射层；
(2)n型硅层在p型硅层之上形成pn结；
(3)硅微纳米结构位于p型硅层之上，n型硅层之间，形成分散的栅线结构，作为选择性发射极；
(4)银电极在硅微纳米结构之上，成栅线结构，作为电流引出层；
(5)铝金属膜背电极层，其作用是形成电池背面引出电极；
本发明首先在p型硅基底表面制备适用于纳米浆料涂敷及金属催化腐蚀的新型绒面，然后用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法或硅微纳米球浆料(微纳米球尺寸为1纳米至1微米)，在p型硅基片表面制备出宏观成栅线结构的的硅纳米结构阵列(如硅纳米线，硅纳米洞，多孔纳米硅，硅纳米小球等结构)。随后采用一次扩散在p型硅基底上同时形成n型硅层及选择性发射极，利用二次对准工艺，在纳米结构上方制备银电极。然后在电池表面沉积氮化硅薄膜，作为减反射层及钝化层；随后在p型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的选择性发射极光伏太阳能电池。
硅纳米小球主要通过电化学腐蚀法、溶胶凝胶法、激光烧蚀法等方法制备，然后利用甲基、羧基、羟基等碳氧基团以及氨基等基团进行修饰，修饰后的硅微纳米球可以有效的分散在容易中，不团聚，不易氧化。随后将制备好的硅微纳米球转移到苯、氯仿等有机溶剂中，加入添加剂，使硅微纳米球在硅基底上不会扩散，可形成栅线结构。
附图说明
图1为本发明的硅微纳米结构阵列光伏太阳电池结构示意图。
1栅型电极
2氮化硅见反射层
3n型硅层
4重扩散n型硅层
5p型硅基底
6背电极
具体实施方式1
本发明首先在p型硅基底表面制备适用于纳米浆料涂敷及金属催化腐蚀的新型绒面，然后用我们发明的金属催化腐蚀制备有序硅微纳米结构的方法，在p型硅基绒面表面制备出宏观成栅线结构的硅纳米线阵列，随后采用液态源热扩散技术通过一次扩散同时形成n型硅层及选择性发射极，利用二次对准工艺，在选择性发射极表面制备银电极。随后去除磷硅玻璃，然后利用磁控溅射等技术p-n结表面制备具有减反射作用及钝化作用的氮化硅层，然后在p型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的选择性发射极光伏太阳能电池。
具体实施方式2
本发明首先在p型硅基底表面制备适用于纳米浆料涂敷及金属催化腐蚀的新型绒面，然后用我们发明的金属催化腐蚀制备有序硅微纳米结构的方法，在p型硅基绒面表面制备出宏观成栅线结构的硅纳米洞阵列，随后采用液态源热扩散技术通过一次扩散同时形成n型硅层及选择性发射极，利用二次对准工艺，在选择性发射极表面制备银电极。随后去除磷硅玻璃，然后利用磁控溅射等技术p-n结表面制备具有减反射作用及钝化作用的氮化硅层，然后在p型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的选择性发射极光伏太阳能电池。
具体实施方式3
本发明首先在p型硅基底表面制备适用于纳米浆料涂敷及金属催化腐蚀的新型绒面，然后用我们发明的金属催化腐蚀制备有序硅微纳米结构的方法，在p型硅基绒面表面制备出宏观为栅线结构的纳米硅多孔结构，随后采用液态源热扩散技术通过一次扩散同时形成n型硅层及选择性发射极，利用二次对准工艺，在选择性发射极表面制备银电极。随后去除磷硅玻璃，然后利用磁控溅射等技术p-n结表面制备具有减反射作用及钝化作用的氮化硅层，然后在p型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的选择性发射极光伏太阳能电池。
具体实施方式4
本发明首先在p型硅基底表面制备适用于纳米浆料涂敷及金属催化腐蚀的新型绒面，然后利用喷墨方式在p型硅绒面上制备具出宏观为栅线结构的纳米小球结构，随后采用液态源热扩散技术通过一次扩散同时形成n型硅层及选择性发射极，利用二次对准工艺，在选择性发射极表面制备银电极。随后去除磷硅玻璃，然后利用磁控溅射等技术p-n结表面制备具有减反射作用及钝化作用的氮化硅层，然后在p型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的选择性发射极光伏太阳能电池。
具体实施方式5
本发明首先在p型硅基底表面制备适用于纳米浆料涂敷及金属催化腐蚀的新型绒面，然后利用丝网印刷方式在p型硅绒面上制备具出宏观为栅线结构的纳米小球结构，随后采用液态源热扩散技术通过一次扩散同时形成n型硅层及选择性发射极，利用二次对准工艺，在选择性发射极表面制备银电极。随后去除磷硅玻璃，然后利用磁控溅射等技术p-n结表面制备具有减反射作用及钝化作用的氮化硅层，然后在p型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的选择性发射极光伏太阳能电池。

Claims (5)

1.硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池，其特征在于采用纳米硅浆料和硅刻蚀技术形成的硅微纳米结构在硅片表面形成栅线图形形状，后续采用常规的电池技术，即一次扩散、刻蚀周边、沉积氮化硅、丝印电极，形成一种易于产业化的选择发射极电池。主要技术特征依据是纳米硅的熔点随尺寸变化，可在一定温度下与硅很好的键合，一次扩散即可在有硅浆料或硅微纳米结构的地方形成重扩区在而在没有纳米硅浆料的地方形成发射区。
(1)在P型基底上制备单晶硅绒面；
(2)利用硅纳米颗粒，印刷在硅基底上，或在硅基底上通过金属催化腐蚀按栅线形状制备微纳米结构；
(3)硅纳米颗粒通过表面修饰保护基团，溶解在可在硅表面固定成型，同时可有效分散硅纳米颗粒的有机溶剂中；
(4)通过一次扩散制备选择性发射区；
(5)二次对准制备金属电极。
2.根据权利要求1所述的硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池，其主要特征在于：利用硅纳米结构，一次扩散制备选择性发射区光伏太阳电池。
3.根据权利要求1所述的硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池，其主要特征在于：所述步骤(2)的纳米结构可以是纳米小球制备的纳米浆料，通过金属催化腐蚀制备的硅纳米结构。
4.根据权利要求1所述的硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池，其主要特征在于：所述步骤(3)的纳米小球尺寸为1纳米至1微米，小球表面进行官能团修饰，分散在有机溶剂中，官能团保护硅纳米小球不被氧化，同时可以很好的分散。
5.根据权利要求1所述的硅微纳米结构选择性发射极太阳能电池，其主要特征在于：所述步骤(4)通过一次扩散即可制备选择性发射极，扩散条件与制备pn结条件相同，简化工艺。
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