CN106601836A - 一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，包括如下步骤：1)采用二氧化硅制作自组装掩模版，并将正酸乙酯和乙醇溶液混合，在自组装掩模版制作出二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版；2)二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版，对已经扩散好PN的硅片进行刻蚀，再在硅片的表面进行陷光结构的刻蚀，以制作硅微米柱阵列。本发明降低了反应离子刻蚀法的成本，并通过混合酸溶液的修饰大量减少了刻蚀后缺陷，使得硅柱既能成为良好的陷光结构，又不会使表面刻蚀缺陷激增，从而降低的光伏电池的反射率，增加了电池的光生电流。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏电池陷光结构的制造工艺领域，具体地说，特别涉及到一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺。
背景技术
目前现有晶硅电池的陷光结构主要有金字塔结构(绒面)和薄膜减反层两种。绒面制备的主要方法有：机械制绒、化学腐蚀制绒、反应离子制绒等。光伏电池工业生产一般采用化学腐蚀法进行绒面制备。对于晶向规则的单晶硅片，使用KOH等碱性溶液进行各向异性腐蚀制绒；对于晶向杂乱的多晶硅片，使用HF和HNO3等酸溶液进行各向同性制绒，或碱溶液进行各向异性制绒。
反应离子刻蚀方法是利用SF6、O2混合气体在高频电场下产生辉光放电，将气体电离分解为等离子体，等离体在外加电场作用下高速撞击硅片表面产生的物理化学反应，将硅片表面腐蚀掉，具有较高的纵向刻蚀速度。结合适当的掩模，反应离子刻蚀可达到较为理想的减反陷光结构。另一种表面陷光结构是在晶硅电池表面沉积氮化硅减反层。
目前表面陷光结构研究热点，还有多孔硅制备，黑硅事实制备，以及激光刻槽等。
现有的表面陷光结构各自有自己的局限性。减反层只能针对某一狭窄波段的光波实现减反射作用，不能在硅电池吸收的太阳光谱波段(380-1000nm)实现。各向同性化学腐蚀制单晶硅表面得到的金字塔结构中，金字塔高度有限，不能达到理想的减反射效果。仅依靠延长腐蚀时间，无法实现增加金字塔绒面高度，进一步减小反射的效果。反应离子刻蚀法一般需要使用专门定制的掩模版进行刻蚀。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，提出将自组装二氧化硅纳米颗粒作为掩模版，并将该掩模版用于晶硅电池表面陷光结构的制作。刻蚀后，在晶硅电池表面形成硅微米阵列，高度可达1～2微米，微米柱阵列具有良好的陷光效果。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，包括如下步骤：
1)采用二氧化硅制作自组装掩模版，并将正酸乙酯和乙醇溶液混合，在自组装掩模版制作出二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版；
2)二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版，对已经扩散好PN的硅片进行刻蚀，再在硅片的表面进行陷光结构的刻蚀，以制作硅微米柱阵列。
进一步的，所述二氧化硅纳米颗的尺寸与正酸乙酯和乙醇溶液的配比、反应温度和磁力搅拌器的转速相关。
进一步的，所述陷光结构的形态与刻蚀的时间相关。
进一步的，所述刻蚀完成后，需通过HF与HNO3的混合酸溶液对硅微米柱阵列进行修饰，将其表面的缺陷层腐蚀掉，并根据陷光结构设计需要延长或缩短混合酸溶液对微米柱阵列的修饰时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明的陷光结构使用低成本自组装二氧化硅颗粒作为反应离子刻蚀的掩模版，大大降低的掩模版造价。
2.反应离子刻蚀将在硅片及硅柱表面形成刻蚀后的晶硅缺陷，硅柱阵列具有庞大的表面积，这些表面缺陷将作为载流子复合中心，捕获光生载流子，从而严重影响了光生电流。HF和HNO3的混合酸液处理，将移除这些数量巨大的表面缺陷，使得光生电流得到明显的改善。并且混合算处理还可以进一步修饰硅柱形状，达到更为理想的陷光效果。
3.反应离子刻蚀是在硅片的PN结扩散好之后进行的，友谊效果如下：1、反应离子刻蚀的刻蚀深度可以准确控制；2、若先期进行硅柱刻蚀，再进行PN结扩散，此时硅表面积因硅柱的存在而成倍增加，PN结扩散的均匀性不宜控制，再次刻蚀后硅表面悬挂键激增，更容易成为陷阱捕获杂质原子，增加复合中心。
附图说明
图1为本发明所述的二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版的示意图。
图2为本发明所述的自组织掩模版对光伏电池进行表面刻蚀示意图。
图3a为本发明所述的硅柱阵列的结构示意图。
图3b为本发明所述的修饰后的硅柱阵列的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1、图2、图3a和图3b，本发明所述的一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，包括如下步骤：
1)采用二氧化硅制作自组装掩模版，并将正酸乙酯和乙醇溶液混合，在自组装掩模版制作出二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版；其中，所述二氧化硅纳米颗的尺寸与正酸乙酯和乙醇溶液的配比、反应温度和磁力搅拌器的转速相关。
2)二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版，对已经扩散好PN的硅片进行刻蚀，再在硅片的表面进行陷光结构的刻蚀，以制作硅微米柱阵列。其中，所述陷光结构的形态与刻蚀的时间相关。
所述刻蚀完成后，需通过HF与HNO3的混合酸溶液对硅微米柱阵列进行修饰，将其表面的缺陷层腐蚀掉，并根据陷光结构设计需要延长或缩短混合酸溶液对微米柱阵列的修饰时间。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)采用二氧化硅制作自组装掩模版，并将正酸乙酯和乙醇溶液混合，在自组装掩模版制作出二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版；
2)二氧化硅纳米颗粒自组装掩模版，对已经扩散好PN的硅片进行刻蚀，再在硅片的表面进行陷光结构的刻蚀，以制作硅微米柱阵列。
2.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗的尺寸与正酸乙酯和乙醇溶液的配比、反应温度和磁力搅拌器的转速相关。
3.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，其特征在于，所述陷光结构的形态与刻蚀的时间相关。
4.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒的光伏电池表面陷光结构的制造工艺，其特征在于，所述刻蚀完成后，需通过HF与HNO3的混合酸溶液对硅微米柱阵列进行修饰，将其表面的缺陷层腐蚀掉，并根据陷光结构设计需要延长或缩短混合酸溶液对微米柱阵列的修饰时间。
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