CN103035782B - 一种太阳能电池表面低温钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅太阳能电池的钝化技术领域，公开了一种太阳能电池表面低温钝化方法，将氧气O2或水蒸汽H2O与氧气O2的混合物作为反应源，加入调节钝化层折射率的反应物，再加入抑制纳米结构与发射极中掺杂物质扩散的反应物，完成反应源的配制；将已经制备好纳米结构的纳米表面硅太阳能电池样品放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入已配制好的反应源，密封后加热，高浓度反应源弥散进入纳米表面硅太阳能电池表面纳米结构的缝隙中，热氧化形成的氧化硅钝化层完全覆盖于纳米表面硅表面，纳米结构与发射极完全被氧化硅钝化层包覆。本发明在较低的温度下即可完成氧化硅钝化层的制备，避免了高温对原型器件的破坏；反应源中方便加入掺杂剂，可调节钝化层折射率。
Description
技术领域
本发明涉及硅太阳能电池的钝化技术领域，特别涉及一种用于纳米表面硅太阳能电池表面的低温钝化方法，适用于多种具有纳米表面的纳米表面硅太阳能电池。
背景技术
纳米表面硅作为一种新型低反射率的硅材料，具有超低的反射率和良好的广谱吸收特性，并且支持大角度的光吸收，使其在光电子器件，尤其太阳能电池方面具有巨大的应用前景。虽然纳米表面硅表面的纳米结构降低了光的反射，但也因此加大了太阳能电池的表面积，表面过多的复合中心加剧了光生载流子的复合，从而限制了转换效率的提高。为了提高纳米表面硅电池转换效率，必须进行有效表面钝化。
现在用于硅太阳能电池的钝化技术包括化学气相沉积介质薄膜钝化法和表面热氧化钝化法。但是由于纳米表面硅太阳能电池表面的纳米结构存在细小的间隙，化学气相沉积的介质很难达到细小间隙的底部，不能完全覆盖到电池表面，很难达到钝化的效果。传统的热氧化钝化可以解决覆盖问题，但通常要在高于800℃的条件下进行，这样高的温度又会破坏太阳电池的原有结构，如发射极的方块电阻、pn结的特性。如何在低温下实现纳米表面硅表面的完全钝化是发展纳米表面硅太阳能电池的一个关键问题。
发明内容
本发明的目的是：为解决上述背景技术中的技术问题，提供一种纳米表面硅太阳能电池的低温钝化方法，本发明不用以往的化学气相沉积法和高温热氧化法，而是采用低温高压氧化法，通过反应源低温热氧化制备钝化层，既能够完全覆盖于纳米表面硅表面，又不破坏器件原始结构，并有效降低纳米表面硅表面复合中心，从而提高纳米表面硅太阳能电池效率。具有工艺简单易行，成本低廉的优点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种太阳能电池表面低温钝化方法，将氧气O2或水蒸汽H2O与氧气O2的混合物作为反应源，首先加入调节钝化层折射率的反应物，然后加入抑制纳米结构6与发射极3中掺杂物质扩散的反应物，完成反应源的配制；将已经制备好纳米结构6的纳米表面硅太阳能电池样品放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入已配制好的反应源，密封后加热，高压条件下高浓度反应源极易弥散进入纳米表面硅太阳能电池表面纳米结构6的缝隙中，热氧化形成的氧化硅钝化层5完全覆盖于纳米表面硅表面，达到纳米结构6与发射极3完全被氧化硅钝化层5包覆的效果。
主体为氧化硅的钝化层的成膜速度取决于反应气压、加热温度、反应源种类：
所述高压反应釜中的反应气压为30-80个大气压。
所述加热温度为300—500℃。
所述反应源为氧气O2时，氧化硅钝化层5的成膜速度为5-20nm/10min。
所述反应源水蒸汽H2O与氧气O2的混合物时，氧化硅钝化层5的成膜速度为5-50nm/10min。
纳米表面硅太阳能电池样品是在高压条件下进行热氧化反应，器件表面的反应气体处于高浓度状态，由于高浓度差使得反应气体中的氧气O2和水蒸汽H2O持续渗入器件表面，在较低的温度下即可完成氧化硅钝化层的制备，避免了高温对原型器件的破坏。
本发明的有益效果是：
1、在较低的温度下即可完成氧化硅钝化层的制备，避免了高温对原型器件的破坏。
2、热氧化形成的氧化硅钝化层完全覆盖于纳米表面硅太阳能电池表面。
3、高浓度的氧化源使得热氧化形成的氧化硅钝化层更加致密。
4、反应源中方便加入掺杂剂，可调节钝化层折射率。
附图说明
图1是纳米表面硅太阳能电池结构示意图。
图2是纳米表面硅太阳能电池钝化前后的I-V测试曲线对比图。
图3是纳米表面硅太阳能电池钝化前后的量子效率对比图。
附图标识：1-金属下电极，2-基极，3-发射极，4-金属上电极，5-氧化硅钝化层，6-纳米结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
公知的纳米表面硅太阳能电池结构如图1所示。其结构包括：由基极2与发射极3组成的PN结、金属下电极1、金属上电极4、纳米结构6、钝化层5。器件的制备顺序如下：制备
PN结2与3，制备纳米结构6，制备钝化层5，制备上下电极1与4。本发明提供的钝化方法发生在制备纳米结构6之后，也可发生在制备上下电极1与4之后。
本发明一种太阳能电池表面低温钝化方法，将氧气O2或水蒸汽H2O与氧气O2的混合物作为反应源，首先加入调节钝化层折射率的反应物，然后加入抑制纳米结构6与发射极3中掺杂物质扩散的反应物，完成反应源的配制；将已经制备好纳米结构6的纳米表面硅太阳能电池样品放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入已配制好的反应源，密封后加热，高压条件下高浓度反应源极易弥散进入纳米表面硅太阳能电池表面纳米结构6的缝隙中，热氧化形成的氧化硅钝化层5完全覆盖于纳米表面硅表面，达到纳米结构6与发射极3完全被氧化硅钝化层5包覆的效果。
主体为氧化硅的钝化层的成膜速度取决于反应气压、加热温度、反应源种类：
所述高压反应釜中的反应气压为30-80个大气压。
所述加热温度为300—500℃。
所述反应源为氧气O2时，氧化硅钝化层5的成膜速度为5-20nm/10min。
所述反应源水蒸汽H2O与氧气O2的混合物时，氧化硅钝化层5的成膜速度为5-50nm/10min。
纳米表面硅太阳能电池样品是在高压条件下进行热氧化反应，器件表面的反应气体处于高浓度状态，由于高浓度差使得反应气体中的氧气O2和水蒸汽H2O持续渗入器件表面，在较低的温度下即可完成氧化硅钝化层的制备，避免了高温对原型器件的破坏。
实施例1：
将已经制备好的具有纳米结构6的纳米表面硅太阳能电池的原型样品放入高压反应釜内，向高压反应釜内通入20个大气压的纯氧气O2；再将密封好的高压反应釜加热至400℃，此时反应釜的气压随之增加到4.3×106 Pa，样品在此条件下持续加热25分钟。
如图1 所示此方法钝化后的样品采用丝网印刷法制备金属下电极1和金属上电极4， 采用太阳能电池效率测试系统对钝化前和钝化后的纳米表面硅太阳能电池进行测试，测试结果表明纳米表面硅太阳能电池效率由未钝化的10.6%升高至钝化后的12.2%，短路电流与填充因子明显的提高。效率测试系统测得的I-V参照图2，钝化前后量子效率测试参照图3。
实施例2：
已经制备好的具有纳米结构6的纳米表面硅太阳能电池的原型样品放入高压反应釜内；向密封反应釜的进气口持续通入40个大气压、400℃的流动的纯氧气O2，调节反应釜出气口的出气量使反应釜内部气压维持在40个大气压；反应釜内部温度保持在400℃条件下；样品在此条件下持续加热25分钟。测试结果表明纳米表面硅太阳能电池效率由未钝化的10.6%升高至钝化后的12.1%，短路电流与填充因子明显的提高。效率测试系统测得的I-V参照图2，钝化前后量子效率测试参照图3。
实施例3：
将已经制备好的具有纳米结构6的纳米表面硅太阳能电池的原型样品放入高压反应釜内，在反应釜中加入1毫升水；
向高压反应釜内通入10个大气压的纯氧气O2；再将密封好的高压反应釜加热至300℃，此时反应釜的气压随之增加并控制在4.0×106 Pa，样品在此条件下持续加热25分钟。
测试结果表明纳米表面硅太阳能电池效率由未钝化的10.6%升高至钝化后的12.8%，短路电流与填充因子明显的提高。效率测试系统测得的I-V参照图2，钝化前后量子效率测试参照图3。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种太阳能电池表面低温钝化方法，其特征在于：将氧气O2或水蒸汽H2O与氧气O2的混合物作为反应源，首先加入调节钝化层折射率的反应物，然后加入抑制纳米结构(6)与发射极(3)中掺杂物质扩散的反应物，完成反应源的配制；将已经制备好纳米结构(6)的纳米表面硅太阳能电池样品放入高压反应釜中，向高压反应釜中通入已配制好的反应源，密封后加热，加热温度为300—500℃，高浓度反应源弥散进入纳米表面硅太阳能电池表面纳米结构(6)的缝隙中，热氧化形成的氧化硅钝化层(5)完全覆盖于纳米表面硅表面，纳米结构(6)与发射极(3)完全被氧化硅钝化层(5)包覆；所述高压反应釜中的反应气压为30-80个大气压；所述反应源为氧气O2时，氧化硅钝化层(5)的成膜速度为5-20nm/10min；所述反应源为水蒸汽H2O与氧气O2的混合物时，氧化硅钝化层(5)的成膜速度为5-50nm/10min。
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