CN105742406A - 一种黑硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黑硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：(1)将待处理的硅片表面进行抛光处理；(2)在硅片的抛光面上形成掺杂结；(3)利用HF溶液进行回刻，在硅片表面去除死层的同时形成黑硅结构；(4)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触，即可得到黑硅太阳能电池。本发明在硅片表面去除死层的同时形成黑硅结构，不仅降低了表面复合，而且有效地提高了太阳能电池的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种黑硅太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在所有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳电池中，晶体硅太阳电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时晶体硅太阳电池相比其他类型的太阳能电池有着优异的电学性能和机械性能，因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。
另一方面，黑硅(blacksilicon)是最新研究发现的一种能大幅提高光电转换效率的新型电子材料。黑硅材料是在晶硅表面形成一层纳米量级的微结构，几乎能陷住所有可见光，反射率可低至零，当光照射在黑硅表面时，光子进入尖锥结构后没有被直接反射，而是经多次折射后进入尖锥底部，减少了光的反射。黑硅不仅在可见光范围内反射率低，在红外光区域亦是如此，因此在光电探测以及太阳能电池领域具有很强的优势。
现有的黑硅太阳能电池的制造流程为：表面清洗及织构化、扩散制结、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。其中，扩散制结是太阳电池发电的关键步骤，因此扩散结的特性好坏影响了电池的效率。当横向薄层电阻低于100欧姆时，太阳电池表面会不可避免地存在一个区域，在该区域中由于光被吸收所产生的载流子会因为寿命太短而在扩散到PN结之前就被复合，从而对电池效率没有贡献，该特殊区域被称为扩散死层。扩散死层中存在着大量的填隙原子、位错和缺陷，少子寿命较低，太阳光在死层中发出的光生载流子都被复合掉了，导致电池的转换效率下降。
目前，去除扩散死层基本有如下3种方法：(1)浅结：一般把发射结深做的浅一点，0.1微米可以避免这种现象；现有的黑硅太阳能电池的制造流程就是采用这种方法，然而，这大大增加了制备工艺的难度，而且，这样会增大串联电阻，因为死层的存在是无法避免的，只能通过一定的工艺减少死层的产生；(2)透氧化层P扩散：先形成氧化层，再进行P扩散；但该方法去死层的效果不理想；(3)扩散后回刻：利用腐蚀性化学液进行回刻，去除死层；现有技术中，为了提高腐蚀速率，一般采用HF和HNO3的混合液，然而，实际应用发现，该腐蚀工艺很难控制，腐蚀均匀性很差，且成本较高，一直无法大量应用。
因此，开发一种工艺简单、光电转换效率较高的黑硅太阳能电池的制备方法，并能有效去除扩散死层，显然具有积极的现实意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种黑硅太阳能电池的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种黑硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)将待处理的硅片表面进行抛光处理；
(2)在硅片的抛光面上形成掺杂结；结深为600～700nm；
(3)利用金属离子催化刻蚀技术进行回刻，在去除死层的同时形成黑硅结构；
(4)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触，即可得到黑硅太阳能电池。
上文中，所述步骤(4)是现有技术。
所述金属离子催化刻蚀技术可以采用现有技术，优选采取含有银离子的氧化还原体系，优选H2O2、HNO3、AgNO3体系。
所述步骤(1)的抛光会使方阻的均匀性更好。所述抛光可以对硅片进行单面抛光或者双面抛光。
优选的，所述步骤(3)中，所述回刻的温度为20～30℃，回刻时间为40～60秒。
优选的，所述步骤(2)中，所述结深为650～700nm。
优选的，所述步骤(2)中，所述结深为680～700nm。
优选的，所述步骤(2)中，采用扩散的方法在硅片的抛光面上形成掺杂结。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，形成掺杂结后的方阻为40～50Ω/□。
上述技术方案中，所述步骤(3)中，回刻后的方阻为100～120Ω/□。
上述技术方案中，所述步骤(3)中，回刻后的结深为300～400nm。
上述技术方案中，所述步骤(3)中，回刻后硅片的方阻不均匀度小于5％。
上述技术方案中，所述步骤(3)之后，硅片的方阻升高50～80Ω/□。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种新的黑硅太阳能电池的制备方法，通过制备掺杂结和金属催化刻蚀两个步骤的结合在硅片表面去除死层的同时保留有效发射结并形成纳米绒面结构，不仅降低了表面复合，有效地提高了太阳能电池的转化效率，而且简化了工艺步骤；实验证明：采用本发明的方法获得的太阳能电池的开路电压可提升3.4mV，相应的电池片转化效率可提升0.15％，取得了意想不到的效果；
2、本发明采用了抛光工艺，结合后续的深结扩散和金属催化刻蚀回刻工艺，可以得到方阻均匀性极好的电池，实验证明，相比现有工艺，本发明得到的硅片的方阻不均匀性小于5％，使得的PN结更加均匀，复合中心减少，从而增加了开压和效率；
3、本发明的方法简单可行，成本较低，适于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
一种黑硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)将待处理的硅片表面进行抛光处理；
(2)采用扩散的方法在硅片的抛光面上形成掺杂结；结深为600～700nm；形成掺杂结后的方阻为40～50Ω/□；
(3)利用金属催化刻蚀技术进行回刻，在去除死层的同时形成黑硅结构；回刻后的方阻为100～120Ω/□；回刻后的结深为300～400nm；
(4)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触，即可得到黑硅太阳能电池。
将上述电池片通过四探针测试其方块电阻，结果如下：
接着，测试上述电池片的方阻均匀性，其结果如下：
由上表可见，步骤(3)去死层前方块电阻平均值为45.2Ω/□，去死层后方块电阻平均值为103.3Ω/□，硅片表面的掺杂浓度明显降低，显然最上层的杂质已被去除，从而达到去死层的效果。
对比例一：
一种常规黑硅太阳能电池的制备方法，采用与实施例相同的硅片，包括如下步骤：
(1)使用RENA制绒形成微米级绒面结构，然后用金属催化刻蚀技术形成黑硅绒面；
(2)采用扩散的方法形成掺杂结；结深为300～400nm；
(3)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触，即可得到黑硅太阳能电池。
将上述电池片通过四探针测试其方块电阻，结果如下：
接着，测试上述电池片的方阻均匀性，其结果如下：
测得实施例和对比例的电性能，结果如下：
由实施例和对比例可见，开路电压提升明显，相应的电池片转化效率也得到较大提升，在对比实验中，开压得到3.4mv提升，效率提升0.15％；取得了意想不到的效果。由此可见，本发明减少了表面复合，也大大提高了电池的转化效率。此外，对比例的片内不均匀性都在8％以上。
对比例二：
一种常规太阳能电池的制备方法，采用与实施例相同的硅片，包括如下步骤：
(1)清洗去损伤层并制备微米级绒面；
(2)采用扩散的方法形成掺杂结；结深为300～400nm；
(3)利用腐蚀性浆料进行回刻
(4)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触，即可得到黑硅太阳能电池。
测试上述电池片的方阻均匀性，其结果如下：
由实施例和对比例相比可知，本发明可以得到方阻均匀性极好的电池，本发明得到的硅片的方阻不均匀性小于5％，使得的PN结更加均匀，复合中心减少，从而增加了开压和效率。
Claims (10)
1.一种黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将待处理的硅片表面进行抛光处理；
(2)在硅片的抛光面上形成掺杂结；结深为600～700nm；
(3)利用金属离子催化刻蚀技术进行回刻，在去除死层的同时形成黑硅结构；
(4)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触，即可得到黑硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述回刻的温度为20～30℃，回刻时间为40～60秒。
3.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述结深为650～700nm。
4.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用扩散的方法在硅片的抛光面上形成掺杂结。
5.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，形成掺杂结后的方阻为40～50Ω/□。
6.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，回刻后的方阻为100～120Ω/□。
7.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，回刻后的结深为300～400nm。
8.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，回刻后硅片的方阻不均匀度小于5％。
9.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)之后，硅片的方阻升高50～80Ω/□。
10.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述结深为680～700nm。
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