CN103474518B - 多孔金字塔减反射结构制备方法及hit太阳能电池制备工艺 - Google Patents

多孔金字塔减反射结构制备方法及hit太阳能电池制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔金字塔减反射结构制备方法及HIT太阳能电池制备工艺，多孔金字塔减反射结构制备方法的步骤如下：1）对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面；2）将具有所述金字塔结构的单晶硅衬底浸没在酸性溶液中进行处理；3）采用反应离子刻蚀方法对经过步骤2）处理的单晶硅衬底进行刻蚀，在金字塔结构上制备纳米结构，使经过步骤2）处理的单晶硅衬底表面形成多孔状金字塔结构；4）将经过步骤3）处理后的单晶硅衬底进行碱刻蚀，得到该太阳能电池表面的多孔金字塔减反射结构。本发明能够降低衬底的反射率，从而提高短路电流密度的同时提高了衬底的钝化效果，适当地提高了电池的开路电压，提高了电池的转换效率。

Description

多孔金字塔减反射结构制备方法及HIT太阳能电池制备工艺
技术领域
本发明涉及一种多孔金字塔减反射结构制备方法及HIT太阳能电池制备工艺，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，HIT太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高效率和高稳定性，同时由于制备过程中不存在高温过程，能耗小，工艺相对简单。同时HIT电池还具有比单晶硅电池更好的温度特性，在高温下也能有较高的输出，因此，HIT电池作为高效率、低成本的太阳能电池，近年来备受人们的关注，已经成为太阳能电池的发展方向之一。
目前三洋公司产业化的HIT 电池效率已达到21%，其实验室效率更是超过了23%。三星，Jusung等公司也达到了大于21%的效率。然而清洗制绒是制备电池的第一步，也是关键的一步。通常，控制好硅衬底的清洗和制绒，可以得到5-10微米大小的金字塔结构，这可以降低硅片衬底的反射率，同时改善硅片衬底内部的反射，从而提高电池的短路电流密度。在沉积非晶硅薄膜之前，很好的控制硅衬底的表面可以提高钝化作用，提高电池的开路电压。目前，采用的清洗制绒方法所得的5-10微米大小的金字塔结构的平均反射率在11%~12%之间，通过沉积减反射膜TCO薄膜后，可使其平均反射降至4%。努力降低衬底表面反射成为提高电池的短路电流密度的一个至关重要的环节，故可以采用一种新异的组合结构--多孔的金字塔结构，使得清洗制绒后的硅衬底反射率直接低于4%，使得最后制得的HIT电池短路电流密度至少提高2%的同时，还可以适当提高HIT电池的开路电压。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多孔金字塔减反射结构制备方法，它能够降低衬底的反射率，反射率甚至能够降至4%，从而提高短路电流密度的同时提高了衬底的钝化效果，适当地提高了电池的开路电压，提高了电池的转换效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多孔金字塔减反射结构制备方法，该方法的步骤如下：
1）对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面；
2）将具有所述金字塔结构的单晶硅衬底浸没在酸性溶液中进行处理；
3）采用反应离子刻蚀方法对经过步骤2）处理的单晶硅衬底进行刻蚀，在金字塔结构上制备纳米结构，使经过步骤2）处理的单晶硅衬底表面形成多孔状金字塔结构，并通过控制刻蚀的时间，控制多孔状金字塔结构的孔洞的尺寸大小；
4）将经过步骤3）处理后的单晶硅衬底进行碱刻蚀，使多孔状金字塔结构的孔洞的尺寸大小控制在0.8~2微米，得到该太阳能电池表面的多孔金字塔减反射结构；
进一步，在步骤1）中，采用KOH和异丙醇的混合溶液，对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面，其中，KOH的溶液百分比浓度为1%~5%，异丙醇的溶液百分比浓度为5%~10%，处理的温度范围在75℃-85℃，处理时间为20-30min。
进一步，在步骤2）中，所述的酸性溶液为Na2S2O8和AgNO3的混合溶液，并通过HNO3控制溶液的PH值小于3，处理时间为4-8min，处理温度为60℃，其中，n(Na2S2O8)：n(AgNO3)=0.05%~0.1%。
进一步，在步骤4）中，采用溶液百分比浓度为10%~15%的KOH溶液对单晶硅衬底进行碱刻蚀，并控制处理时间为1~2min，处理温度为70℃-80℃。
本发明还提供了一种HIT太阳能电池制备工艺，该方法的步骤如下：
1）提供一单晶硅衬底；
2）采用该多孔金字塔减反射结构的制备方法在单晶硅衬底上制备多孔金字塔减反射结构；
3）在单晶硅衬底的正面上沉积本征非晶硅膜；
4）在步骤3）中的本征非晶硅膜的正面上沉积P型重掺杂非晶硅膜；
5）在单晶硅衬底的背面上沉积本征非晶硅膜；
6）在步骤5）的本征非晶硅膜的背面上沉积N型重掺杂非晶硅膜；
7）在P型重掺杂非晶硅膜的正面上沉积TCO透明导电薄膜；
8）在N型重掺杂非晶硅膜的背面上沉积TCO透明导电薄膜；
9）在步骤8）中的TCO透明导电薄膜的背面上丝网印刷背面电极；
10）在步骤7）中的TCO透明导电薄膜的正面上丝网印刷正面电极。
进一步，所述的步骤3）、步骤4）、步骤5）和步骤6）中的沉积方法采用等离子体增强化学气相沉积法。
进一步，所述的步骤7）和步骤8）中的沉积方法采用PRD沉积法。
更进一步，所述的两层本征非晶硅膜的厚度为5~10nm，所述的P型重掺杂非晶硅膜的厚度为8nm，所述的N型重掺杂非晶硅膜的厚度为20nm~30nm，所述的两层TCO透明导电薄膜的厚度为80nm。
采用了上述技术方案后，这种在衬底上形成的多孔金字塔减反射结构，保证了衬底的少子寿命，使得其获得更低的反射率，以提高光的利用率，从而增加短波内的光的量子效率，提高电池的短路电流密度的同时适当增加了开路电压，提高了HIT电池或其他电池的转换效率。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
一种多孔金字塔减反射结构制备方法，该方法的步骤如下：
1）对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面；并且单晶硅衬底的表面要求光亮，无斑点，划痕，水痕等。
2）将具有所述金字塔结构的单晶硅衬底浸没在酸性溶液中进行处理；
3）采用反应离子刻蚀方法对经过步骤2）处理的单晶硅衬底进行刻蚀，在金字塔结构上制备纳米结构，使经过步骤2）处理的单晶硅衬底表面形成多孔状金字塔结构，并通过控制刻蚀的时间，控制多孔状金字塔结构的孔洞的尺寸大小；
4）将经过步骤3）处理后的单晶硅衬底进行碱刻蚀，使多孔状金字塔结构的孔洞的尺寸大小控制在0.8~2微米，可以优先为1微米，得到该太阳能电池表面的多孔金字塔减反射结构；
在步骤1）中，采用KOH和异丙醇的混合溶液，对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面，其中，KOH的溶液百分比浓度为1%~5%，异丙醇的溶液百分比浓度为5%~10%，处理的温度范围在75℃-85℃，处理时间为20-30min。
在步骤2）中，所述的酸性溶液为Na2S2O8和AgNO3的混合溶液，并通过HNO3控制溶液的PH值小于3，处理时间为4-8min，处理温度为60℃，其中，n(Na2S2O8)：n(AgNO3)=0.05%~0.1%。
在步骤4）中，采用溶液百分比浓度为10%~15%的KOH溶液对单晶硅衬底进行碱刻蚀，并控制处理时间为1~2min，处理温度为70-80℃。
一种HIT太阳能电池制备工艺，该方法的步骤如下：
1）提供一单晶硅衬底；
2）采用上述多孔金字塔减反射结构的制备方法在单晶硅衬底上制备多孔金字塔减反射结构；
3）在单晶硅衬底的正面上沉积本征非晶硅膜（a-Si：H薄膜）；
4）在步骤3）中的本征非晶硅膜的正面上沉积P型重掺杂非晶硅膜（p-a-Si：H薄膜）；
5）在单晶硅衬底的背面上沉积本征非晶硅膜（a-Si：H薄膜）；
6）在步骤5）的本征非晶硅膜的背面上沉积N型重掺杂非晶硅膜（n-a-Si：H薄膜）；
7）在P型重掺杂非晶硅膜的正面上沉积TCO透明导电薄膜；
8）在N型重掺杂非晶硅膜的背面上沉积TCO透明导电薄膜；
9）在步骤8）中的TCO透明导电薄膜的背面上丝网印刷背面电极，；
10）在步骤7）中的TCO透明导电薄膜的正面上丝网印刷正面电极，背面电极和正面电极可以采用银栅极。
步骤3）、步骤4）、步骤5）和步骤6）中的沉积方法采用等离子体增强化学气相沉积法，也就是PECVD方法。步骤7）和步骤8）中的沉积方法采用PRD沉积法。这样可以减少其对非晶硅的损伤，保持非晶硅的钝化效果，PRD沉积法指的是活性等离子体沉积法，沉积的基底温度为130℃，同时通入Ar与O2，且O2/Ar约为0.15。
两层本征非晶硅膜的厚度为5~10nm，P型重掺杂非晶硅膜的厚度为8nm，N型重掺杂非晶硅膜的厚度为20nm~30nm，两层TCO透明导电薄膜的厚度为80nm。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多孔金字塔减反射结构制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面；
2)将具有所述金字塔结构的单晶硅衬底浸没在酸性溶液中进行处理；
3)采用反应离子刻蚀方法对经过步骤2)处理的单晶硅衬底进行刻蚀，在金字塔结构上制备纳米结构，使经过步骤2)处理的单晶硅衬底表面形成多孔状金字塔结构，并通过控制刻蚀的时间，控制多孔状金字塔结构的孔洞的尺寸大小；其中，所述的酸性溶液为Na2S2O8和AgNO3的混合溶液，并通过HNO3控制溶液的PH值小于3，处理时间为4-8min，处理温度为60℃，其中，n(Na2S2O8)：n(AgNO3)＝0.05％～0.1％；
4)将经过步骤3)处理后的单晶硅衬底进行碱刻蚀，使多孔状金字塔结构的孔洞的尺寸大小控制在0.8～2微米，得到太阳能电池表面的多孔金字塔减反射结构；其中，采用溶液百分比浓度为10％～15％的KOH溶液对单晶硅衬底进行碱刻蚀，并控制处理时间为1～2min，处理温度为70℃-80℃。
2.根据权利要求1所述的多孔金字塔减反射结构制备方法，其特征在于：在步骤1)中，采用KOH和异丙醇的混合溶液，对单晶硅衬底进行清洗制绒，使其表面形成金字塔结构的绒面，其中，KOH的溶液的百分比浓度为1％～5％，异丙醇的溶液百分比浓度为5％～10％，处理的温度范围在75℃-85℃，处理时间为20-30min。
3.一种HIT太阳能电池制备工艺，其特征在于该工艺的步骤如下：
1)提供一单晶硅衬底；
2)采用如权利要求1至2中任一项所述的多孔金字塔减反射结构的制备方法在单晶硅衬底上制备多孔金字塔减反射结构；
3)在单晶硅衬底的正面上沉积本征非晶硅膜；
4)在步骤3)中的本征非晶硅膜的正面上沉积P型重掺杂非晶硅膜；
5)在单晶硅衬底的背面上沉积本征非晶硅膜；
6)在步骤5)的本征非晶硅膜的背面上沉积N型重掺杂非晶硅膜；
7)在P型重掺杂非晶硅膜的正面上沉积TCO透明导电薄膜；
8)在N型重掺杂非晶硅膜的背面上沉积TCO透明导电薄膜；
9)在步骤8)中的TCO透明导电薄膜的背面上丝网印刷背面电极；
10)在步骤7)中的TCO透明导电薄膜的正面上丝网印刷正面电极。
4.根据权利要求3所述的HIT太阳能电池制备工艺，其特征在于：所述的步骤3)、步骤4)、步骤5)和步骤6)中的沉积方法采用等离子体增强化学气相沉积法。
5.根据权利要求3所述的HIT太阳能电池制备工艺，其特征在于：所述的步骤7)和步骤8)中的沉积方法采用PRD沉积法。
6.根据权利要求3所述的HIT太阳能电池制备工艺，其特征在于：在单晶硅衬底的正面上沉积的本征非晶硅膜和在单晶硅衬底的背面上沉积的本征非晶硅膜的厚度为5～10nm，所述的P型重掺杂非晶硅膜的厚度为8nm，所述的N型重掺杂非晶硅膜的厚度为20nm～30nm，在P型重掺杂非晶硅膜的正面上沉积的TCO透明导电薄膜和在N型重掺杂非晶硅膜的背面上沉积的TCO透明导电薄膜的厚度为80nm。
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