CN109473487B - 基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池及其制备方法，所述晶体硅太阳电池包括硅片及位于硅片表面的复合陷光结构，所述硅片包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面下方形成有PN结，所述复合陷光结构包括位于硅片第一表面上的介质层及位于介质层上或介质层内的金属纳米颗粒阵列层。本发明中晶体硅太阳电池的开路电压、短路电流均有明显的提升，光电转换效率有了大幅度的提高，取得了意想不到的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，尤其是一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池及其制备方法。
背景技术
光伏发电是新能源的重要组成，近年来获得了飞速发展。但光伏发电要成为未来主力能源形势，必须要实现高效率与低成本。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，一直保持接近九成的市场占有率。
提高晶体硅太阳电池效率主要途径之一是提高其表面陷光能力。目前，在晶体硅太阳电池的生产工艺中，绒面工艺和介质减反膜工艺都是为了降低太阳电池的表面反射率，从而提高太阳电池的光电转换效率。然而，目前采用绒面工艺和介质减反膜工艺的陷光系统仍存在一定的光反射损失。另外，为了进一步降低光伏发电的成本，硅片薄片化是必然的发展趋势。而使用薄硅片一方面会增加绒面工艺的难度，另一方面会导致太阳电池吸收厚度的降低，从而降低太阳电池的短路电流。
在硅片表面利用金属纳米颗粒能够进一步降低其表面反射率，现有技术中，中国发明专利201310009297.3已公开了一种基于LSP效应陷光增效新型减反射结构的制备方法，具体步骤如下：
a.将电阻率为8Ω·cm～13Ω·cm的(100)单晶硅片浸泡在丙酮溶液中，在35℃水浴中超声10min～20min；然后用去离子水冲洗干净后，超声10min～15min；取出样品，放在CP4A清洗液中常温浸泡3min～5min，所述CP4A清洗液为质量分数为40％的氢氟酸、乙酸、质量分数为65％～68％的硝酸及超纯水组成的混合溶液，其中质量分数为40％的氢氟酸、乙酸、质量分数为65％～68％的硝酸及超纯水的体积比为3:5:3:22；最后用质量分数为14％的氢氟酸溶液浸泡2min～3min后，取出用去离子水冲洗干净，然后用氮气吹干，放入干燥器中备用；
b.用质量分数为3％的氢氧化钠、体积分数为8％的异丙醇配置刻蚀液，其中质量分数为3％的氢氧化钠与体积分数为8％的异丙醇溶液的体积比为25：2，在80℃水浴条件下刻蚀经步骤1处理好的样品30min～50min，在硅表面刻蚀出锥体结构；
c.利用高分辨磁控离子溅射仪在已刻蚀的锥体结构表面镀银，溅射电流为15mA～50mA、溅射时间为15s～30s；
d.步骤c所得锥体结构表面镀银样品在氮气保护下，在350℃～400℃条件下，退火2h～3h，待冷却后，在硅表面形成一层粒径在40nm～100nm之间的非连续银纳米颗粒，即得到基于LSP效应陷光增效新型减反射结构。
然而上述方法中金属银纳米颗粒是直接在硅片表面通过离子溅射制备，一方面，金属银颗粒直接与硅表面接触，会导致硅片严重的表面复合；另一方面，离子直接轰击硅片表面会诱导表面损伤，虽然降低了太阳电池表面的反射率，但表面金属-硅接触复合以及轰击损伤均会导致开路电压的降低，从而影响太阳电池的光电转换效率。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池及其制备方法。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池及其制备方法。
本发明在晶体硅太阳电池的上制备介质层和金属纳米颗粒阵列层，有效避免了金属与硅片的直接接触，同时也避免金属纳米颗粒制备过程中对硅片表面PN结的破坏。
在不影响电池片表面钝化的前提下，通过金属纳米颗粒的散射效应以及等离子激元共振近场增强效应，大幅提高了光的吸收，可应用于各类结构的晶体硅太阳电池中。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池，所述晶体硅太阳电池包括硅片及位于硅片表面的复合陷光结构，所述硅片包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面下方形成有PN结，所述复合陷光结构包括位于硅片第一表面上的介质层及位于介质层上或介质层内的金属纳米颗粒阵列层。
作为本发明的进一步改进，所述复合陷光结构包括位于硅片第一表面上的第一介质层、及位于第一介质层上的金属纳米颗粒阵列层。
作为本发明的进一步改进，所述复合陷光结构包括位于硅片第一表面上的第一介质层、位于第一介质层上的金属纳米颗粒阵列层、及位于金属纳米颗粒阵列层上的第二介质层。
作为本发明的进一步改进，所述第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第一介质层的厚度为1～100nm。
作为本发明的进一步改进，所述第二介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第二介质层的厚度为1～100nm。
作为本发明的进一步改进，所述金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm。
作为本发明的进一步改进，所述硅片为去除损伤层后第一表面具有微结构的硅片或通过制绒工艺在第一表面上形成有绒面结构的硅片。
作为本发明的进一步改进，所述硅片为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片，硅片的厚度范围为20μm～200μm。
本发明另一实施例提供的技术方案如下：
一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：
S1、对硅片进行扩散制备PN结；
S2、在硅片的第一表面上制备复合陷光结构，复合陷光结构包括沉积于硅片第一表面上的介质层及沉积于介质层上或介质层内的金属纳米颗粒阵列层；
S3、在硅片的第一表面和/或第二表面上制备电极。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1前还包括：
将硅片放入碱溶液或酸溶液中去除硅片表面损伤层。
12、根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1后还包括：
对硅片进行刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的PSG层。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1前还包括：
在硅片的第一表面上制备绒面结构。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：
在硅片的第一表面上沉积第一介质层，第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种；
在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：
在硅片的第一表面上沉积第一介质层，第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第一介质层厚度为1～100nm；
在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm；
在金属纳米颗粒阵列层上沉积第二介质层，第二介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第二介质层厚度为1～100nm。
本发明的有益效果是：
本发明中晶体硅太阳电池的开路电压、短路电流均有明显的提升，光电转换效率有了大幅度的提高，取得了意想不到的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一、二和三中晶体硅太阳电池的池结构示意图；
图2为本发明实施例四中晶体硅太阳电池的池结构示意图；
图3为本发明实施例五中晶体硅太阳电池的池结构示意图；
图4为本发明实施例六中晶体硅太阳电池的池结构示意图；
图5为本发明实施例一、二和三与对比例一的波长-反射率曲线对比图；
图6为本发明实施例四与对比例二的波长-反射率曲线对比图；
图7为本发明实施例五与对比例三的波长-反射率曲线对比图；
图8为本发明实施例六与对比例四的波长-反射率曲线对比图；
图9为本发明实施例一中第一层介质层上纳米银颗粒阵列的SEM图；
图10为本发明实施例二中第一层介质层上纳米银颗粒阵列的SEM图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池，其包括硅片及位于硅片表面的复合陷光结构，硅片包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面下方形成有PN结，复合陷光结构包括位于硅片第一表面上的介质层及位于介质层上或介质层内的金属纳米颗粒阵列层。
本发明中所指的第一表面为硅片的前表面(即正面)，第二表面为硅片的背表面(即背面)。
具体地，复合陷光结构可以包括位于硅片第一表面上的第一介质层、及位于第一介质层上的金属纳米颗粒阵列层；也可以包括位于硅片第一表面上的第一介质层、位于第一介质层上的金属纳米颗粒阵列层、及位于金属纳米颗粒阵列层上的第二介质层。
其中，第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2等中的一种或多种，第一介质层的厚度为1～100nm；第二介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2等中的一种或多种，第二介质层的厚度为1～100nm；金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al等纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm，金属纳米颗粒阵列层距离硅片内PN结表面的距离为1～100nm。
本发明中的硅片可以为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片等，硅片的厚度范围为20μm～200μm。复合陷光结构可以直接形成于去除损伤层后第一表面具有微结构的硅片上，也可以形成于第一表面上制备有绒面结构的硅片上。
本发明还公开了一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池的制备方法，包括：
S1、对硅片进行扩散制备PN结；
S2、在硅片的第一表面上制备复合陷光结构，复合陷光结构包括沉积于硅片第一表面上的介质层及沉积于介质层上或介质层内的金属纳米颗粒阵列层；
S3、在硅片的第一表面和/或第二表面上制备电极。
优选地，步骤S1前还包括：
将硅片放入碱溶液或酸溶液中去除硅片表面损伤层。
优选地，步骤S1后还包括：
对硅片进行刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的PSG层。
优选地，步骤S1前还包括：
在硅片的第一表面上制备绒面结构。
在本发明的一实施例中，步骤S2具体为：
在硅片的第一表面上沉积第一介质层，第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2等中的一种或多种；
在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm。
在本发明的另一实施例中，步骤S2具体为：
在硅片的第一表面上沉积第一介质层，第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2等中的一种或多种，第一介质层厚度为1～100nm；
在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm；
在金属纳米颗粒阵列层上沉积第二介质层，第二介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2等中的一种或多种，第二介质层厚度为1～100nm。
本发明中在晶体硅太阳电池上制备介质层和金属纳米颗粒阵列层，有效避免了金属与硅片的直接接触，同时也避免金属纳米颗粒制备过程中对硅片表面PN结的破坏。
在不影响电池片表面钝化的前提下，通过金属纳米颗粒的散射效应以及等离子激元共振近场增强效应，大幅提高了光的吸收，可应用于各类结构的晶体硅太阳电池中。
以下结合具体实施例作进一步说明。
实施例一：
参图1所示，本实施例中的晶体硅太阳电池包括硅片11及位于硅片表面的复合陷光结构，硅片为P型多晶硅片，硅片11内形成有PN结111，复合陷光结构包括位于硅片11正面的第一介质层121、位于第一介质层121上的金属纳米颗粒阵列层122、及位于金属纳米颗粒阵列层122上的第二介质层123。
本实施例中第一介质层121为5nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10，第二介质层123为75nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05，金属纳米颗粒阵列层122包括Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为5nm，Ag颗粒间平均间距为10nm。参图9所示为本实施例中第一层介质层上纳米银颗粒阵列的SEM图。
另外，本实施例中在硅片11形成有第一电极131，硅片11的后表面设有背场132及第二电极(未图示)，优选地，第一电极采用Ag栅线电极，背场采用Al背场。
本实施例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有KOH的溶液中腐蚀去除损伤层，其中KOH的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；
2、将上述硅片清洗干净并烘干；
3、将上述硅片的正面进行磷扩散制备PN结；
4、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
5、在上述硅片正面沉积一层5nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10；
6、在上述硅片正面继续沉积一层Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为5nm，Ag颗粒间平均间距为10nm；
7、在上述硅片正面继续沉积一层75nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05；
8、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
实施例二：
与实施例一不同之处在于：
本实施例中第一介质层121为15nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10，第二介质层123为65nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05，金属纳米颗粒阵列层122包括Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为15nm，Ag颗粒间平均间距为10nm。参图10所示为本实施例中第一层介质层上纳米银颗粒阵列的SEM图。
本实施例中晶体硅太阳电池的其他结构及制备方法均与实施例一相同，此处不再进行赘述。
实施例三：
与实施例一不同之处在于：
本实施例中第一介质层121为2nm厚的SiO2介质层，折射率为1.45，第二介质层123为80nm厚的SiNx介质层，折射率为2.08，金属纳米颗粒阵列层122包括Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为10nm，Ag颗粒间平均间距为10nm。
本实施例中晶体硅太阳电池的其他结构及制备方法均与实施例一相同，此处不再进行赘述。
实施例四：
参图2所示，本实施例中的晶体硅太阳电池包括硅片11及位于硅片表面的复合陷光结构，硅片为P型多晶硅片，硅片11内形成有PN结111，复合陷光结构包括位于硅片11的第一介质层121、位于第一介质层121上的金属纳米颗粒阵列层122、及位于金属纳米颗粒阵列层122上的第二介质层123。
本实施例中第一介质层121为15nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10，第二介质层123为65nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05，金属纳米颗粒阵列层122包括Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为5nm，Ag颗粒间平均间距为10nm。
另外，本实施例中在硅片11形成有第一电极131，硅片11的后表面设有背场132及第二电极(未图示)，优选地，第一电极采用Ag栅线电极，背场采用Al背场。
本实施例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有HF/HNO3的溶液中腐蚀去除损伤层，其中49％质量浓度HF：69％质量浓度HNO3＝1:4，反应温度为8℃，反应时间为120s；
2、将上述硅片清洗干净并烘干；
3、将上述硅片的进行磷扩散制备PN结；
4、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
5、在上述硅片沉积一层5nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10；
6、在上述硅片继续沉积一层Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为5nm，Ag颗粒间平均间距为10nm；
7、在上述硅片继续沉积一层75nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05；
8、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
与实施例一种不同的是，本实施例中采用酸溶液腐蚀去除损伤层，去除损伤层后的硅片表面呈凹陷的微结构。
实施例五：
参图3所示，本实施例中的晶体硅太阳电池包括硅片11及位于硅片表面的复合陷光结构，硅片为制备有绒面结构的P型多晶硅片，硅片11内形成有PN结111，复合陷光结构包括位于硅片11的第一介质层121、位于第一介质层121上的金属纳米颗粒阵列层122、及位于金属纳米颗粒阵列层122上的第二介质层123。
本实施例中第一介质层121为10nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10，第二介质层123为70nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05，金属纳米颗粒阵列层122包括Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为20nm，Ag颗粒间平均间距为10nm。
进一步地，硅片11背面沉积有第三介质层124和第四介质层125，本实施例中第三介质层124为10nm厚的Al2O3介质层，第四介质层125为100nm厚的SiNx介质层。
另外，本实施例中在硅片11形成有第一电极131，硅片11的后表面设有贯穿第三介质层和第四介质层的背场132及第二电极(未图示)，优选地，第一电极采用Ag栅线电极，背场采用Al背场。
本实施例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有KOH的溶液中腐蚀去除损伤层，其中KOH的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；
2、将上述硅片放入含有Ag离子的HF/H2O2溶液中腐蚀制备纳米绒面，并利用HF/HNO3溶液扩孔制备400～600nm绒面结构；
3、将上述硅片清洗干净并烘干；
4、将上述硅片进行磷扩散制备PN结；
5、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
6、将上述硅片背面先后沉积10nm厚的Al2O3介质层和100nm厚的SiNx介质层；
7、在上述硅片沉积一层10nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10；
8、在上述硅片继续沉积一层Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为20nm，Ag颗粒间平均间距为10nm；
9、在上述硅片继续沉积一层70nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05；
10、将上述硅片的背面进行激光开槽；
11、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
实施例六：
与实施例五不同之处在于：
参图4所示，本实施例中的硅片表面绒面结构为金字塔绒面，其余结构均与实施例五相同。
本实施例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有制绒添加剂的KOH溶液中腐蚀制备金字塔绒面，其中KOH的质量浓度为1.5％，反应温度为80℃，反应时间为600s；
2、将上述硅片清洗干净并烘干；
3、将上述硅片进行磷扩散制备PN结；
4、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
5、将上述硅片背面先后沉积10nm厚的Al2O3介质层和100nm厚的SiNx介质层；
6、在上述硅片沉积一层10nm厚的SiNx介质层，折射率为2.10；
7、在上述硅片继续沉积一层Ag纳米颗粒阵列，Ag颗粒平均尺寸为20nm，Ag颗粒间平均间距为10nm；
8、在上述硅片继续沉积一层70nm厚的SiNx介质层，折射率为2.05；
9、将上述硅片的背面进行激光开槽；
10、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
对比例一：
本对比例中硅片表面未设置复合陷光结构，硅片仅沉积了一层80nm厚的SiNx介质层，其余均与实施例一相同。
本对比例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有KOH的溶液中腐蚀去除损伤层，其中KOH的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；
2、将上述硅片清洗干净并烘干；
3、将上述硅片的进行磷扩散制备PN结；
4、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
5、在上述硅片沉积一层80nm厚的SiNx介质层，折射率为2.07；
6、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
通过上述方法制备的晶体硅太阳电池的反射率与实施例一、二、三中晶体硅太阳电池的反射率的对比图参图5所示。
对比例二：
本对比例中硅片表面未设置复合陷光结构，硅片仅沉积了一层80nm厚的SiNx介质层，其余均与实施例四相同。
本对比例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有HF/HNO3的溶液中腐蚀去除损伤层，其中49％质量浓度HF：69％质量浓度HNO3＝1:4，反应温度为8℃，反应时间为120s；
2、将上述硅片清洗干净并烘干；
3、将上述硅片的进行磷扩散制备PN结；
4、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
5、在上述硅片沉积一层80nm厚的SiNx介质层，折射率为2.07；
6、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
通过上述方法制备的晶体硅太阳电池的反射率与实施例四中晶体硅太阳电池的反射率的对比图参图6所示。
对比例三：
本对比例中硅片表面未设置复合陷光结构，硅片仅沉积了一层80nm厚的SiNx介质层，其余均与实施例五相同。
本对比例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有KOH的溶液中腐蚀去除损伤层，其中KOH的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；
2、将上述硅片放入含有Ag离子的HF/H2O2溶液中腐蚀制备纳米绒面，并利用HF/HNO3溶液扩孔制备400～600nm绒面结构；
3、将上述硅片清洗干净并烘干；
4、将上述硅片进行磷扩散制备PN结；
5、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
6、将上述硅片背面先后沉积10nm厚的Al2O3介质层和100nm厚的SiNx介质层；
7、在上述硅片沉积一层80nm厚的SiNx介质层，折射率为2.07；
8、将上述硅片的背面进行激光开槽；
9、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
通过上述方法制备的晶体硅太阳电池的反射率与实施例五中晶体硅太阳电池的反射率的对比图参图7所示。
对比例四：
本对比例中硅片表面未设置复合陷光结构，硅片仅沉积了一层80nm厚的SiNx介质层，其余均与实施例六相同。
本对比例中晶体硅太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：
1、将P型多晶硅片放在含有制绒添加剂的KOH溶液中腐蚀制备金字塔绒面，其中KOH的质量浓度为1.5％，反应温度为80℃，反应时间为600s；
2、将上述硅片清洗干净并烘干；
3、将上述硅片进行磷扩散制备PN结；
4、将上述硅片进行背面及边结刻蚀，并去除表面PSG层；
5、将上述硅片背面先后沉积10nm厚的Al2O3介质层和100nm厚的SiNx介质层；
6、在上述硅片沉积一层80nm厚的SiNx介质层，折射率为2.07；
7、将上述硅片的背面进行激光开槽；
8、将上述硅片分别进行背面电极、背场以及正面电极金属化接触。
通过上述方法制备的晶体硅太阳电池的反射率与实施例六中晶体硅太阳电池的反射率的对比图参图8所示。
由图5-图8可以看出，本发明中通过在硅片表面沉积介质层和金属纳米颗粒阵列层，形成复合陷光结构，能够显著降低晶体硅太阳电池的反射率。
另外，针对上述各实施例及对比例中制备得到的晶体硅太阳电池进行性能测试，测试结果参下表1-表4所示，可以看出，本发明中制备的晶体硅太阳电池的短路电流Isc、开路电压Uoc均有明显提升，光电转换效率EFF均有不同程度的提升，取得意想不到的效果。
表1晶体硅太阳电池的性能测试表一
表2晶体硅太阳电池的性能测试表二
| Uoc(mV) | Isc(A) | FF(％) | EFF(％) | |
| 实施例四 | 635.1 | 8.87 | 80.3 | 18.41 |
| 对比例二 | 635.0 | 8.75 | 80.2 | 18.14 |
表3晶体硅太阳电池的性能测试表三
| Uoc(mV) | Isc(A) | FF(％) | EFF(％) | |
| 实施例五 | 655.5 | 9.55 | 79.1 | 20.15 |
| 对比例三 | 655.0 | 9.40 | 79.0 | 19.92 |
表4晶体硅太阳电池的性能测试表四
| Uoc(mV) | Isc(A) | FF(％) | EFF(％) | |
| 实施例六 | 665.0 | 9.94 | 80.5 | 21.78 |
| 对比例四 | 664.5 | 9.83 | 80.6 | 21.55 |
应当理解的是，上述实施例一至实施例六中硅片均以两层介质层为例进行说明，在其他实施例中也可以仅设置第一介质层，而不设置第二介质层，金属纳米颗粒阵列层直接沉积于第一介质层上，同样可以达到陷光效果。第一介质层和/或第二介质层也不限于上述单一的介质层，其可以是SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2等介质层中的任意一种或多种的组合。
当然，在其他实施例中，金属纳米颗粒阵列层也不限于Ag纳米颗粒，其可以包括Ag、Cu、Au、Pt、Al等纳米颗粒中的一种或多种的组合，金属纳米颗粒阵列层可以为一层金属纳米颗粒阵列，也可以为多层金属纳米颗粒阵列。
综上，凡是采用介质层和金属纳米颗粒阵列层的组合，以达到陷光效果的实施方案均属于本发明的保护范围，此处不再一一举例说明。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明中晶体硅太阳电池的开路电压、短路电流均有明显的提升，光电转换效率有了大幅度的提高，取得了意想不到的技术效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池，其特征在于，所述晶体硅太阳电池包括硅片及位于硅片表面的复合陷光结构，所述硅片包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面下方形成有PN结，所述复合陷光结构由位于硅片第一表面上的第一介质层、位于第一介质层上的金属纳米颗粒阵列层、及位于金属纳米颗粒阵列层上的第二介质层构成；
所述第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第一介质层的厚度为1~100nm；
所述第二介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第二介质层的厚度为1~100nm。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池，其特征在于，所述金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1~200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1~500nm。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池，其特征在于，所述硅片为去除损伤层后第一表面具有微结构的硅片或通过制绒工艺在第一表面上形成有绒面结构的硅片。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池，其特征在于，所述硅片为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片，硅片的厚度范围为20μm~200μm。
5.一种基于复合陷光结构的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1、对硅片进行扩散制备PN结；S2、在硅片的第一表面上制备复合陷光结构，复合陷光结构包括沉积于硅片第一表面上的介质层及沉积于介质层内的金属纳米颗粒阵列层；S3、在硅片的第一表面和/或第二表面上制备电极；所述步骤S2具体为：在硅片的第一表面上沉积第一介质层，所述第一介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第一介质层的厚度为1~100nm；在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层；在金属纳米颗粒阵列层上沉积第二介质层，所述第二介质层包括SiNx、SiO2、SiOxNy、Al2O3、TiO2中的一种或多种，第二介质层的厚度为1~100nm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括：将硅片放入碱溶液或酸溶液中去除硅片表面损伤层。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1后还包括：对硅片进行刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的PSG层。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括：在硅片的第一表面上制备绒面结构。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒阵列层包括Ag、Cu、Au、Pt、Al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1~200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1~500nm。
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