CN103700728A - 一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，将清洗后的黑硅硅片扩散后，在扩散炉内，在干氧和大氮或者通入湿氧和大氮气氛中，于550℃～750℃退火氧化处理30～60min；然后清洗除去PSG，即完成黑硅硅片表面纳米微结构的修正。修正后的黑硅硅片表面尖锐的纳米微结构变得圆钝，表面反射率上升1%～5%，结深为0.3～0.6微米；具有低的表面复合速率、高的开路电压，由其制备的黑硅太阳电池的光电转换效率提升了0.2%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅片表面微结构的修正方法，尤其涉及一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，属于太阳能技术领域。
背景技术
随着太阳能电池组件的广泛应用，光伏发电在新能源中越来越占有重要比例，获得了飞速发展。目前商业化的太阳电池产品中，晶体硅(单晶和多晶)太阳电池的市场份额最大，一直保持85%以上的市场占有率。
黑硅是一种新型材料结构，通常指吸收率很高的硅表面或者硅基薄膜。黑硅太阳电池因为具有较低的表面反射率、较高的短路电流，从而受到业内广泛的关注，黑硅硅片有望成为制备高效太阳电池的理想材料。但由于黑硅硅片表面为非平坦结构，导致其表面积较大、表面复合比较严重，具有较大的表面复合速率，从而降低了少子寿命和开路电压，造成黑硅太阳电池的光电转换效率相比常规电池提升不明显，甚至比常规电池效率还低。因此，如何减小表面复合速率，提高黑硅太阳电池开压成为黑硅太阳电池产业化的关键。
在黑硅太阳电池的制作过程中，由于黑硅硅片表面纳米微结构的存在，产线正常的磷扩散工艺会造成尖锐的纳米微结构顶端掺杂浓度较高，导致黑硅硅片表面复合加重，从而影响开路电压。对黑硅硅片表面纳米微结构的去尖锐化修正可以降低其表面积，减小表面复合速率，从而提高黑硅太阳电池开压。
现有技术中，一般在扩散之前，要利用酸液或碱液对黑硅硅片表面尖锐的纳米微结构进行修正腐蚀，使其变得圆钝，从而有利于开路电压的提升。然而，酸液或碱液腐蚀速率较快，不宜控制；且增加的额外化学腐蚀工序增加了黑硅太阳电池的制造成本；另外，酸碱化学物质还会造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，由其制备的黑硅太阳电池具有高的少子寿命和开路电压。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，包括如下步骤：
(1) 将黑硅硅片清洗干净；
(2) 将清洗后的黑硅硅片放进通入携三氯氧磷的氮气的扩散炉内，于800℃～840℃下扩散60～90min，得到扩散后的黑硅硅片；
(3) 在扩散炉内停止通入携三氯氧磷的氮气，同时通入干氧和大氮，或者通入湿氧和大氮；然后将扩散炉内的温度降至550℃～750℃，对上述扩散后的黑硅硅片进行退火氧化处理，处理时间为30～60min，自然降温后即得到氧化后的黑硅硅片；
(4) 取出上述氧化后的黑硅硅片，清洗除去杂质玻璃，即完成黑硅硅片表面纳米微结构的修正。
本发明中，黑硅硅片没有特别限制；步骤(1)中对硅片的清洗属于常规技术；经过步骤(4)清洗除去杂质玻璃（PSG）后的黑硅硅片表面尖锐的纳米微结构变得圆钝，反射率上升了1%～5%。
上述技术方案中，所述步骤(3)中，通入干氧和大氮时，干氧流量为10L/min~20L/min，大氮流量为10L/min~20L/min；
通入湿氧和大氮时，湿氧流量为10L/min~20L/min，大氮流量为10L/min~20L/min。
上述技术方案中，所述步骤(3)得到的氧化后的黑硅硅片上的杂质玻璃的厚度为50～100 nm。
上述技术方案中，所述步骤(3)得到的氧化后的黑硅硅片的扩散方阻为70～110Ω/sq，结深为0.3～0.6微米。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明利用退火氧化技术直接在黑硅硅片扩散工序完成后对黑硅硅片表面纳米微结构进行修正，无需添加额外的工序，同时还避免了现有湿法腐蚀速度快、不易控制的问题。
2、实验证明：采用本发明的修正方法修正后的黑硅硅片表面掺杂浓度较低，具有结构圆钝的纳米微绒面结构、低的表面复合速率、高的开路电压，其反射率上升了1%～5%；由其制备的黑硅太阳电池的光电转换效率提升了0.2%以上，取得了意想不到的技术效果。
3、本发明公开的方法简单易行，与现有的工业化生产工艺兼容性好，不增加任何其它设备、工序和附加成本，具有良好的可行性和适应性，适合工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例一中修正前后的黑硅硅片表面微结构的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例、对比例及附图对本发明作进一步描述：
实施例一
一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，包括如下步骤：
首先，将黑硅硅片清洗干净；
然后将清洗干净后的黑硅硅片放入扩散炉内进行扩散，扩散温度为800℃～840℃，运行时间为60～90min；
其次，待扩散步骤结束后，将扩散炉内的温度降至550℃～750℃，并停止携三氯氧磷的氮气、同时通入干氧和大氮进行退火氧化处理，其中干氧流量为10L/min~30L/min，大氮流量为10L/min~30L/min，退火氧化处理运行时间为30~60min；
最后，出舟取出黑硅硅片即为表面纳米微结构经过修正的黑硅硅片，测得其PSG厚度为50～100nm，方块电阻为70～110Ω/sq。
后续将上述修正后的黑硅硅片依次经过常规清洗刻蚀、PECVD、印刷烧结制得黑硅太阳电池。
附图1为上述修正前后的黑硅硅片表面微结构的示意图，从图中可以看出，经过清洗刻蚀去除PSG层后，黑硅硅片表面尖锐的纳米微结构变得圆钝。
经过测试修正后的黑硅硅片表面反射率上升5%；ECV测试结果显示结深为0.3~0.6微米。
对比例一
常规黑硅太阳电池的制备：首先将黑硅硅片清洗干净；然后将清洗干净后的黑硅硅片放入扩散炉内进行扩散，扩散温度为800℃～840℃，运行时间为60～90min；结束出舟取出黑硅硅片，测得其PSG厚度为20～40nm，方块电阻为70～90Ω/sq。
后续将上述黑硅硅片依次经过常规清洗刻蚀、PECVD、印刷烧结制得黑硅太阳电池。
对上述实施例与对比例中的黑硅太阳电池进行性能表征，结果见下表。
| Uoc | Isc | FF | EFF | |
| 实施例一 | 0.6274 | 8.761 | 74.49 | 17.96% |
| 对比例一 | 0.6241 | 8.710 | 79.44 | 17.75% |
由表可见，利用本发明方法修正后的黑硅硅片制得的黑硅太阳电池相对比常规黑硅太阳电池效率提升0.21%。取得了意想不到的技术效果。
Claims (4)
1.一种黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将黑硅硅片清洗干净；
(2) 将清洗后的黑硅硅片放进通入携三氯氧磷的氮气的扩散炉内，于800℃～840℃下扩散60～90min，得到扩散后的黑硅硅片；
(3) 在扩散炉内停止通入携三氯氧磷的氮气，同时通入干氧和大氮，或者通入湿氧和大氮；然后将扩散炉内的温度降至550℃～750℃，对上述扩散后的黑硅硅片进行退火氧化处理，处理时间为30～60min，自然降温后即得到氧化后的黑硅硅片；
(4) 取出上述氧化后的黑硅硅片，清洗除去杂质玻璃，即完成黑硅硅片表面纳米微结构的修正。
2.根据权利要求1所述黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通入干氧和大氮时，干氧流量为10L/min~20L/min，大氮流量为10L/min~20L/min；
通入湿氧和大氮时，湿氧流量为10L/min~20L/min，大氮流量为10L/min~20L/min。
3.根据权利要求1所述黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，其特征在于：所述步骤(3)得到的氧化后的黑硅硅片上的杂质玻璃的厚度为50～100 nm。
4.根据权利要求1所述黑硅硅片表面纳米微结构的修正方法，其特征在于：所述步骤(3)得到的氧化后的黑硅硅片的扩散方阻为70～110Ω/sq，结深为0.3～0.6微米。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108604615A (zh) * | 2015-12-18 | 2018-09-28 | 荷兰能源研究中心基金会 | 混合串联太阳能电池 |
| CN109360869A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-02-19 | 浙江昱辉阳光能源江苏有限公司 | 一种低成本黑硅太阳能电池制作方法 |
| US11239378B2 (en) | 2018-05-09 | 2022-02-01 | International Business Machines Corporation | Solar cell with reduced surface recombination |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101789462A (zh) * | 2010-02-24 | 2010-07-28 | 中国科学院半导体研究所 | 一种广谱吸收的黑硅太阳能电池结构及其制作方法 |
| CN101807616A (zh) * | 2010-02-24 | 2010-08-18 | 中国科学院半导体研究所 | 一种背光面黑硅太阳能电池结构及其制作方法 |
| CN101916787A (zh) * | 2010-05-25 | 2010-12-15 | 中国科学院微电子研究所 | 一种黑硅太阳能电池及其制备方法 |
| CN102280513A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-14 | 中国科学院半导体研究所 | 广谱吸收的非晶硅黑硅异质结太阳能电池结构及制作方法 |
-
2013
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101789462A (zh) * | 2010-02-24 | 2010-07-28 | 中国科学院半导体研究所 | 一种广谱吸收的黑硅太阳能电池结构及其制作方法 |
| CN101807616A (zh) * | 2010-02-24 | 2010-08-18 | 中国科学院半导体研究所 | 一种背光面黑硅太阳能电池结构及其制作方法 |
| CN101916787A (zh) * | 2010-05-25 | 2010-12-15 | 中国科学院微电子研究所 | 一种黑硅太阳能电池及其制备方法 |
| CN102280513A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-14 | 中国科学院半导体研究所 | 广谱吸收的非晶硅黑硅异质结太阳能电池结构及制作方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108604615A (zh) * | 2015-12-18 | 2018-09-28 | 荷兰能源研究中心基金会 | 混合串联太阳能电池 |
| US11239378B2 (en) | 2018-05-09 | 2022-02-01 | International Business Machines Corporation | Solar cell with reduced surface recombination |
| CN109360869A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-02-19 | 浙江昱辉阳光能源江苏有限公司 | 一种低成本黑硅太阳能电池制作方法 |
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