一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺制造技术

技术编号:15510294 阅读:166 留言:0更新日期:2017-06-04 03:48
本发明专利技术公开了一种黑硅太阳能电池结构,包括N型硅衬底,N型硅衬底的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层及绝缘层,其中,B型扩散层的材质为硼酸盐,绝缘层的材质为SiNx层膜,绝缘层的上表面设置有P型金属电极;N型硅衬底的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层及钝化层,钝化层下表面设置有n型金属电极;本发明专利技术还设计了一种黑硅太阳能电池结构的制作工艺,本发明专利技术操作简单,反应复杂简单、产量高、能够显著提效0.5%以上,大幅降低硅片制绒后反射率,提升转换效率0.4%‑0.8%,硅片制绒后反射率从现有的20降至5左右。

Black silicon solar cell structure and manufacturing process thereof

The invention discloses a black silicon solar cell structure, including N type silicon substrate surface field bottom N type silicon substrate are laid with a B type diffusion layer and the insulating layer, wherein, the B type diffusion layer is made of borate, insulating layer is made of SiNx film, on the surface of the insulating layer set type P metal electrode; N type silicon substrate back surface field is provided from top to bottom have broad absorption of black silicon layer and a passivation layer, a passivation layer is arranged on the lower surface of N type metal electrode; the invention also designs a manufacture process of black silicon solar cell structure, the invention has the advantages of simple operation, simple and complex reaction high yield, can significantly improve efficiency more than 0.5%, significantly reduce the silicon texturing after reflectivity, improving the conversion efficiency of 0.4% 0.8%, silicon texturing after reflection from the existing 20 to about 5.

【技术实现步骤摘要】
一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺
本专利技术涉及黑硅太阳能电池的生产
,特别是一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺。
技术介绍
晶体硅由于易提纯、易掺杂、耐高温等优点在半导体行业中具有非常广泛的应用,但同样也存在很多缺陷,如晶体硅表面对可见光至红外光的反射很高,而且因为禁带宽度大,晶体硅不能吸收波长大于1100nm的光波,当入射光的波长大于1100nm时,硅探测器对光的吸收率和响应率将大大降低;在探测这些波段时必须使用锗、砷化镓等其他材料;由于这些材料的价格昂贵、热力学性能和品体质量较差以及不能与现有的成熟的硅工艺兼容等缺点而限制了其在硅基器件方面的应用;因此,减少晶体硅表面的反射、扩展硅基和硅兼容光电探测器的探测波段仍然是目前最热门的研究。为了减少晶体硅表面的反射,人们采用了许多实验方法和技术,如光刻技术、反应离子束刻蚀、电化学腐蚀等;这些技术都能在一定程度上改变晶体硅表面及近表面形貌,达到减少硅表面反射的目的;在可见光波段,减少反射可以增加吸收.提高器件的效率;但在波长超过1100nm时,如果在硅禁带中引入吸收能级;反射减少仅仅导致透射增加,因为硅的禁带宽度最终限制了其对长波长光的吸收;因此,要扩展硅基和硅兼容器件的敏感波段,就必须在减少硅表面反射的同时增加禁带内的光子吸收。20世纪90年代末,哈佛大学EricMazur教授等在研究飞秒激光与物质相互作用的过程中获得了一种新材料—黑硅;EricMazur等在研究黑硅的光电性质时惊奇地发现这种表面微构造过的硅材料具有奇特的光电性质,它对近紫外至近红外波段的光几乎全部吸收,具有良好的可见和近红外发光特性以及良好的场致发射特性等;这个发现在半导体界掀起惊涛骇浪,各大杂志对此争相报道。2001年NewScientist杂志等都发表专栏文章,评述黑硅的发现及其潜在的应用性.认为它在遥感、光通讯及微电子等领域都具有重要的潜在应用价值;目前,国外的很多科学家包括国内的学者都已经开展了很多黑硅的研究工作,并取得了初步的研究成果。因此,黑硅技术应用于太阳能电池中将是未来高效电池发展的趋势;本项目开发的目的是对黑硅太阳能电池技术进行研究,以期望获得低成本高转换效率的黑硅太阳能电池并达到量产化;通过对黑硅太阳能电池关键技术的研究,将在以下方面获得突破性进展,达到国内领先或先进水平;探索拥有自主知识产权的黑硅太阳电池的关键技术,包括产品的结构及其制造工艺流程;获得前沿的基础研究成果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺。为了解决以上技术问题,本专利技术提供一种黑硅太阳能电池结构,包括N型硅衬底,N型硅衬底的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层及绝缘层,其中,B型扩散层的材质为硼酸盐,绝缘层的材质为SiNx层膜,绝缘层的上表面设置有P型金属电极;N型硅衬底的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层及钝化层,钝化层下表面设置有n型金属电极。本专利技术进一步限定的技术方案是:进一步的,前述的黑硅太阳能电池结构,广谱吸收黑硅材料层采用黑硅材料,该黑硅材料具有间隔为20nm至20μm,横向尺度为20nm至20μm,深度为20nm至20μm的硅锥、硅粒或硅孔,这种材料对0.25μm至2.5μm波长范围内的太阳光具有>85%的光吸收率。前述的黑硅太阳能电池结构,P型金属电极与N型硅衬底的边缘之间留有距离,n型金属电极与N型硅衬底的边缘之间留有距离。前述的黑硅太阳能电池结构,SiNx层膜为氮化硅和二氧化硅构成的叠层膜。前述的黑硅太阳能电池结构,二氧化硅层膜位于氮化硅层膜的下方,二氧化硅层膜的厚度为41-43nm,氮化硅层膜的厚度为80-83nm。本专利技术还设计了一种黑硅太阳能电池结构的制作工艺,选用N型硅衬底作为基底,包括如下具体步骤:①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底的表面场,并将N型硅衬底放入管式炉中进行扩散,通入N2气体作为保护,N2气体的流量为11slm,扩散温度为910-930℃,扩散时间为11-13min,形成B型扩散层;硼盐酸溶液的制备为:将B2O5溶解到稀盐酸中形成13-16wt%的溶液;②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒,绒面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅衬底的背表面场采用PCLO3扩散方法,控制扩散的流量900sccm,扩散时间为4-6min,扩散温度880-900℃,控制整体方阻100-120,控制结深2.7un,表面弄6.0E+20,均匀性小于7%,形成掺磷梯度层;在N型硅衬底的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层;③在B型扩散层的上表面采用硝酸氧化制作厚度为41-43nm的二氧化硅层膜,在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为80-83nm的氮化硅层膜,二氧化硅层膜作为钝化层,氮化硅层作为减反射层,控制反射率小于8%,钝化层与减反射层共同作为绝缘层;④在广谱吸收黑硅材料层的下表面制作钝化层,采用硅烷进行两层钝化镀膜而成,第一层钝化镀膜时增大硅烷流量150,第二步中钝化镀膜时缩减硅烷流量50,控制钝化层的厚度为84-87um;⑤在绝缘层上印刷Ag/Al浆,制作P型金属电极,在钝化层的下表面印刷Al浆,制作n型金属电极。前述的黑硅太阳能电池结构的制作工艺,选用N型硅衬底作为基底,包括如下具体步骤:①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底的表面场,并将N型硅衬底放入管式炉中进行扩散,通入N2气体作为保护,N2气体的流量为11slm,扩散温度为920℃,扩散时间为12min,形成B型扩散层;硼盐酸溶液的制备为:将B2O5溶解到稀盐酸中形成15wt%的溶液;②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒,绒面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅衬底的背表面场采用PCLO3扩散方法,控制扩散的流量900sccm,扩散时间为5min,扩散温度890℃,控制整体方阻100-120,控制结深2.7un,表面弄6.0E+20,均匀性小于7%,形成掺磷梯度层;在N型硅衬底的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层;③在B型扩散层的上表面采用硝酸氧化制作厚度为42nm的二氧化硅层膜,在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为81nm的氮化硅层膜,二氧化硅层膜作为钝化层,氮化硅层作为减反射层,控制反射率小于8%,钝化层与减反射层共同作为绝缘层;④在广谱吸收黑硅材料层的下表面制作钝化层,钝化层的厚度为84-87um;⑤在绝缘层上印刷Ag/Al浆,制作P型金属电极,在钝化层的下表面印刷Al浆,制作n型金属电极(7)。前述的黑硅太阳能电池结构的制作工艺,在N型硅衬底(4)的侧表面上涂覆防抗覆冰附着乳液,防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为:4-甲基环己基异氰酸酯:7-9%,氨基甲酸乙酯:11-13%,α-亚麻酸:3.3-3.5%,乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯:1.3-1.5%,三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯:4.5-4.7%,过氧化苯甲酰:3.2-3.4%,丙烯酸丁酯:2.3-2.5%,2-羟基-1,2-二苯基乙酮:2.7-2.9%,锑掺杂氧化锡纳米晶:2.8-3%,纳米二氧化钛:4.3-4.5%,纳米碳化硅:2.5-2.7%,乙烯-醋酸乙烯:2.5-2.7%,聚本文档来自技高网
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一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺

【技术保护点】
一种黑硅太阳能电池结构,其特征在于,包括N型硅衬底(4),所述N型硅衬底(4)的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层(3)及绝缘层(2),其中,所述B型扩散层(3)的材质为硼酸盐,所述绝缘层(2)的材质为SiNx层膜,所述绝缘层(2)的上表面设置有P型金属电极(1);所述N型硅衬底(4)的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层(5)及钝化层(6),所述钝化层(6)下表面设置有n型金属电极(7)。

【技术特征摘要】
1.一种黑硅太阳能电池结构,其特征在于,包括N型硅衬底(4),所述N型硅衬底(4)的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层(3)及绝缘层(2),其中,所述B型扩散层(3)的材质为硼酸盐,所述绝缘层(2)的材质为SiNx层膜,所述绝缘层(2)的上表面设置有P型金属电极(1);所述N型硅衬底(4)的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层(5)及钝化层(6),所述钝化层(6)下表面设置有n型金属电极(7)。2.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池结构,其特征在于,所述广谱吸收黑硅材料层(5)采用黑硅材料,该黑硅材料具有间隔为20nm至20μm,横向尺度为20nm至20μm,深度为20nm至20μm的硅锥、硅粒或硅孔,这种材料对0.25μm至2.5μm波长范围内的太阳光具有>85%的光吸收率。3.根据权利要求2所述的黑硅太阳能电池结构,其特征在于,所述P型金属电极(1)与N型硅衬底(4)的边缘之间留有距离,所述n型金属电极(7)与N型硅衬底(4)的边缘之间留有距离。4.根据权利要求3所述的黑硅太阳能电池结构,其特征在于,所述SiNx层膜为氮化硅和二氧化硅构成的叠层膜。5.根据权利要求4所述的黑硅太阳能电池结构,其特征在于,所述二氧化硅层膜位于氮化硅层膜的下方,所述二氧化硅层膜的厚度为41-43nm,所述氮化硅层膜的厚度为80-83nm。6.根据权利要求5所述的黑硅太阳能电池结构的制作工艺,其特征在于,选用N型硅衬底(4)作为基底,包括如下具体步骤:将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底(4)的表面场,并将N型硅衬底(4)放入管式炉中进行扩散,通入N2气体作为保护,N2气体的流量为11slm,扩散温度为910-930℃,扩散时间为11-13min,形成B型扩散层(3);所述硼盐酸溶液的制备为:将B2O5溶解到稀盐酸中形成13-16wt%的溶液;采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒,绒面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅衬底(4)的背表面场采用PCLO3扩散方法,控制扩散的流量900sccm,扩散时间为4-6min,扩散温度880-900℃,控制整体方阻100-120,控制结深2.7un,表面弄6.0E+20,均匀性小于7%,形成掺磷梯度层;在N型硅衬底(4)的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层(5);在B型扩散层(3)的上表面采用硝酸氧化制作厚度为41-43nm的二氧化硅层膜,在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为80-83nm的氮化硅层膜,所述二氧化硅层膜作为钝化层,所述氮化硅层作为减反射层,控制反射率小于8%,钝化层与减反射层共同作为绝缘层(2);在广谱吸收黑硅材料层(5)的下表面制作钝化层(6),采用硅烷进行两层钝化镀膜而成,第一层钝化镀膜时增大硅烷流量150(这里的流量单位是什么,钝化速度是多少),第二步中钝化镀膜时缩减硅烷流量50(这里的流量单位是什么,钝化速度是多少),控制钝化层(6)的厚度为84-87um;在绝缘层(2)上印刷Ag/Al浆,制作P型金属电极(1),在钝化层(6)的下表面印刷Al浆,制作n型金属电极(7...

【专利技术属性】
技术研发人员:曹华张洪宝朱琛张子森谢桂书奚琦鹏赵苍赫汉李恒亮
申请(专利权)人:浙江昱辉阳光能源江苏有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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