CN108807574A - 一种多孔硅太阳能电池结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多孔硅太阳能电池结构，包括p型硅层，在所述p型硅层的一侧形成有n型硅层，在所述n型硅层不与所述p型硅层接触的一侧形成有多孔硅层。制备步骤包括制备p型单晶硅片；在p型单晶硅片正面制备多孔硅结构；采用磷快速热扩散方法制备p‑n结；最后制备上、下电极。本发明相较于传统晶硅电池，是将原先的两个步骤倒金字塔表面织构化和沉积减反射层简化为制作多孔硅层一个步骤，可以大幅度降低制作成本，同时多孔硅的宽带隙使得其可以作为窗口层，吸收高能量光子，提高了太阳能电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种多孔硅太阳能电池结构及其制备方法。
背景技术
在能源问题日益突出、环境污染日益严重的今天，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭、清洁无污染的绿色能源备受瞩目。其中硅基太阳能电池因其制备工艺是所有光伏电池中最完善、最成熟的，成为了光伏市场的主流，其占光伏电池总产量的约92％，而其余约8％由薄膜贡献。但目前晶硅电池无论在效率提升还是降低成本方面都没有很大的改善空间，达不到与传统能源竞争的水平。在传统单晶硅电池中，主要通过研究前表面纹理，在前表面镀抗反射涂层，在后表面获得高反射率和低光吸收率和以及背接触单元来减少光损耗。目前普遍采用倒金字塔表面织构化和沉积减反射层来降低反射率，但该方法工艺复杂，成本也很高，本发明提出一种多孔硅太阳能电池结构及制备方法，充分利用多孔硅的优点，有效地解决了上述问题。同时使用快速热处理法进行磷扩散，大大减少了传统扩散工艺的操作步骤。
发明内容
本发明针对现在广泛应用的晶硅电池效率难以继续提升、电池成本降低空间不大的问题，而提出一种基于快速热处理的多孔硅太阳能电池结构及其制备方法。
一种多孔硅太能能电池结构，包括p型硅层，在p型硅层的一侧形成有n型硅层，其特征在于：在n型硅层不与p型硅层接触的一侧形成有多孔硅层。
进一步，在p型硅层另一侧形成有背电极，多孔硅层不与n型硅层接触的一侧形成正电极。
进一步，多孔硅层形成在发射区上。
进一步，正电极为栅网电极。
一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，包括如下步骤，
步骤1：制备p型单晶硅片；
步骤2：在p型单晶硅片正面制备多孔硅结构；
步骤3：采用磷快速热扩散方法制备p-n结；
步骤4：制备上、下电极。
进一步，步骤1包括：在p型单晶硅片背面涂银，烘干；将P型(100)硅片放入氢氟酸溶液中处理以去除表面的损伤层和氧化层；依次用超纯水、乙醇、超纯水在超声环境下清洗清洗P型(100)硅片。
进一步，步骤2包括：用单槽电化学刻蚀法在p型硅正面制备纳米级多孔硅减反射层；将P型硅的背面在硝酸溶液中浸泡，除去背面的银，迅速使用超纯水清洗，氮气流吹干。
进一步，步骤3包括：液态旋涂磷源，通过快速热处理法进行磷在P型硅中的扩散；进行周边刻蚀，利用氢氟酸清洗表面，去除磷硅玻璃。
进一步，使用HF和无水乙醇的混合溶液，通过调整电流密度、反应时间来控制多孔硅的孔隙度、厚度。HF和无水乙醇的配比为1：1。
有益效果
本发明所涉及多孔硅电池，不同于传统晶硅电池，是将原先的两个步骤倒金字塔表面织构化和沉积减反射层简化为制作多孔硅一个步骤，用快速热处理法取代传统的扩散工艺，可以大幅度降低制作成本，同时多孔硅的宽带隙使得其可以作为窗口层，吸收高能量光子，提高了太阳能电池效率。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多孔硅太阳电池的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种多孔硅太阳电池的多孔硅制备系统示意图；
图3为本发明实施例中制备的多孔硅的表面形貌及侧面图；
图4为本发明实施例中制备的多孔硅的侧面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明一个实施例的一种多孔硅太能能电池结构，如图1所示，包括p型硅层，在p型硅层的一侧形成有n型硅层，在p型硅层另一侧形成有背电极，。在n型硅层不与p型硅层接触的一侧形成有多孔硅层，多孔硅层不与n型硅层接触的一侧形成正电极。正电极可为栅网电极。多孔硅层制作在发射区上，用于增加陷光及更好吸收短波的太阳光。
本发明的电池结构与常见硅电池的不同之处是将倒金字塔表面织构化和沉积减反射层简化为在发射区上制作多孔硅层，在保证了减反射的前提下，大大的降低了成本。多孔硅是多孔硅的一种，有着宽带隙，宽吸收光谱，宽光学传输范围(700-1000nm)，低折射率，可以作为很好的抗反射层，同时其还可以应用于表面钝化和表面织构化。另外从其微观结构和性能分析可以发现：(a)多孔硅的宽带隙使得其可以作为窗口层，吸收高能量光子，从而提高电池效率；(b)多孔硅的表面高度纹理化，可以减少反射损失，用作减反射层；(c)多孔硅有很宽的吸收光谱，可以在更长的波长范围内转换太阳光，吸收更多的太阳光,多孔硅可以将更高能量的太阳辐射转换为光谱光，这样可以更有效地将其吸收到体硅中；(d)多孔硅作为表面层使得太阳能电池表面积增加。
下面以一个实施例来说明本发明的一种多孔硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
1.在P型硅片的未抛光面(背面)涂抹薄而均匀的银浆，120℃下烘干30min，形成银层，以达到很好的欧姆接触。
2.将P型硅片放入5％的氢氟酸溶液中处理5min，以去除表面的损伤层和氧化层，之后依次用超纯水、乙醇、超纯水在超声环境下清洗，每次10min，确保干净。
3.用单槽电化学刻蚀法在p型硅正面制备纳米级多孔硅减反射层。如图2所示。可使用HF和无水乙醇的混合溶液，配比为1：1，电流密度为30mA/cm2通过调整反应时间来控制多孔硅的孔隙度、厚度等参数。下表1为不同反应时间下制备的多孔硅的各参数值。
表1 不同反应时间下的多孔硅参数
4.将P型硅的背面在50％的硝酸溶液中浸泡15min，除去背面的银，迅速使用超纯水清洗，氮气流吹干。
5.液态旋涂磷源，预烘培，然后通过快速热处理法进行磷在P型硅中的扩散。
6.周边刻蚀，氢氟酸清洗表面，去除磷硅玻璃。
7.丝网印刷太阳能电池的上、下电极，使用快速热处理进行烧结。
本发明所涉及多孔硅电池，不同于传统晶硅电池，是将原先的两个步骤倒金字塔表面织构化和沉积减反射层简化为制作多孔硅一个步骤，快速热处理法取代传统的扩散工艺，可以大幅度降低制作成本，同时多孔硅的宽带隙使得其可以作为窗口层，吸收高能量光子，提高了太阳能电池效率。通过电化学阳极氧化方法制备，工艺简单，可以大幅度降低成本。
Claims (10)
1.一种多孔硅太阳能电池结构，包括p型硅层，在所述p型硅层的一侧形成有n型硅层，其特征在于：在所述n型硅层不与所述p型硅层接触的一侧形成有多孔硅层。
2.根据权利要求1所述的一种多孔硅太阳能电池结构，其特征在于：在所述p型硅层另一侧形成有背电极，在所述多孔硅层不与所述n型硅层接触的一侧形成正电极。
3.根据权利要求1所述的一种多孔硅太阳能电池结构，其特征在于：所述多孔硅层形成在发射区上。
4.根据权利要求1所述的一种多孔硅太阳能电池结构，其特征在于：所述正电极为栅网电极。
5.一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，包括如下步骤，
步骤1：制备p型单晶硅片；
步骤2：在所述p型单晶硅片正面制备多孔硅结构；
步骤3：采用磷快速热扩散方法制备p-n结；
步骤4：制备上、下电极。
6.根据权利要求5所述的一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：
在所述p型单晶硅片背面涂银，烘干；
将所述P型硅片放入氢氟酸溶液中处理以去除表面的损伤层和氧化层；
依次用超纯水、乙醇、超纯水在超声环境下清洗P型硅片。
7.根据权利要求6所述的一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括：
用单槽电化学刻蚀法在所述p型硅正面制备纳米级多孔硅减反射层；
将所述P型硅的背面在硝酸溶液中浸泡，除去背面的银，迅速使用超纯水清洗，氮气流吹干。
8.根据权利要求7所述的一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤3包括：
液态旋涂磷源，通过快速热处理法进行磷在所述P型硅中的扩散；
进行周边刻蚀，利用氢氟酸清洗表面，去除磷硅玻璃。
9.根据权利要求7所述的一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，使用HF和无水乙醇的混合溶液，通过调整电流密度、反应时间来控制多孔硅的孔隙度、厚度。
10.根据权利要求9所述的一种多孔硅太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述HF和无水乙醇的配比为1：1。
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