单晶硅基类复合绒面结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种单晶硅基类复合绒面结构的制备方法，包括：采用P型单晶硅片做单晶硅基底，在所述单晶硅基底正表面进行各向异性刻蚀，得到分布均匀的类倒金字塔结构或金字塔结构或倒金字塔结构或他凹坑结构作为绒面；将具有绒面的硅片放入扩散炉中进行分步式扩散；所述分步式扩散包括温度依次升高条件下的磷源沉积和至少两个梯度的降温程序；在所述绒面的表面上制备硅纳米层，形成复合绒面结构。本发明专利技术通过制备复合绒面提高表面粗糙度，并基于纳米材料的量子尺寸效应，大幅度提高太阳能电池对可见光和紫外光的吸收和利用率，从而提高太阳能电池效率。阳能电池效率。

【技术实现步骤摘要】
单晶硅基类复合绒面结构的制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池领域，特别涉及一种单晶硅基类复合绒面结构的制备方法。

技术介绍

[0002]传统单晶硅太阳电池技术方案是以单晶硅为基底，正面刻蚀金字塔结构，金字塔上覆盖PECVD
‑
SiN
x
(x为正数)钝化薄膜，正面、背面采用丝网印刷正银、铝浆和背电极，通过烧结工艺，实现正面欧姆接触和铝背场；这种技术方案的缺点是电池器件在短波段(300—450nm)和长波段(900—1100nm)的光谱响应不高，主要原因是正面金字塔结构的减反射能力一般，导致在短波段的外量子效率不高,而且背面铝背场表面复合速率较大，导致电池在长波段的外量子效率较低。
[0003]随着提高电池转化效率的迫切需求，行业内对单晶倒金字塔绒面的研究越来越多,倒金字塔绒面因其能增加入射光的二次和三次反射光的吸收率，被广泛认为具有在光学性能上提升的潜力。由于倒金字塔绒面更加陷光，相应的比表面积大于正金字塔，倒金字塔绒面吸收的掺杂磷源子的浓度会更大，而且较深的塔底等部位相比金字塔上表面部位，沉积到磷的浓度可能较低，这样就导致表面磷源分布不均匀，增大了方阻，降低了方阻均匀性，使Voc和Isc降低，从而电池效率降低。晶硅电池中最为关键的制作p
‑
n结的扩散工艺需要调整和创新。
[0004]现有技术中通常采用的主要制绒技术主要为链式和槽式的化学腐蚀技术。形成的微观结构为“正金字塔”和“蠕虫孔洞”结构太阳能电池片，此类结构反射率在10％～20％之间，光利用率偏低。亟待一种新的绒面制备方法。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种新的基于P型单晶绒面结构的扩散方法，所述方法包括：
[0006]S1、采用P型单晶硅片做单晶硅基底，在所述单晶硅基底正表面进行各向异性刻蚀，得到分布均匀的类倒金字塔结构或金字塔结构或倒金字塔结构或他凹坑结构作为绒面；
[0007]S2、将具有绒面的硅片放入扩散炉中进行分步式扩散；所述分步式扩散包括温度依次升高条件下的磷源沉积和至少两个梯度的降温程序；
[0008]S3、在所述绒面的表面上制备硅纳米层，形成复合绒面结构。
[0009]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S3中硅纳米层由具有小于100纳米尺寸特征的纳米线或其它硅纳米材料构成。
[0010]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S2的分步式扩散具体包括：
[0011]S201、将具有绒面结构的硅片放入扩散炉，并往扩散炉中通入氮气；
[0012]S202、将扩散炉炉腔升温至初始温度，并维持预设时间，向所述扩散炉炉腔内持续
通入氮气；
[0013]S203、将扩散炉炉腔升温至第一温度并进行低温扩散，并向所述扩散炉炉腔内通入氮气、氧气、POCl3，对具有绒面结构的硅片进行氧化和第一次磷源沉积；
[0014]S204、将扩散炉炉腔升温至第二温度并进行高温扩散，并向所述扩散炉炉腔内通入氮气、氧气、POCl3，对具有绒面结构的硅片进行第二次磷源沉积；
[0015]S205、将扩散炉炉腔升温至第三温度并进一步扩散，并向所述扩散炉炉腔内通入氮气、氧气、POCl3，对具有绒面结构的硅片进行第三次磷源沉积；
[0016]S206、将扩散炉炉腔升温至第四温度，向所述扩散炉炉腔内通入氮气，对具有绒面结构的硅片进行磷源推进；
[0017]S207、将扩散炉炉腔降温至第五温度，向所述扩散炉炉腔内通入氮气，对具有绒面结构的硅片进行第一次降温处理；
[0018]S208、将扩散炉炉腔降温至第六温度，向所述扩散炉炉腔内通入氮气，对具有绒面结构的硅片进行第二次降温处理；
[0019]S209、将具有绒面结构的硅片取出扩散炉；
[0020]其中，第一温度＜第二温度＜第三温度＜第四温度；
[0021]第六温度＜第五温度＜第四温度。
[0022]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S202的初始温度为800
‑
810℃，所述维持初始温度的预设时间为1
‑
3min。
[0023]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S2中第一温度为800
‑
810℃；第二温度为815
‑
820℃；第三温度为825
‑
830℃；第四温度为835
‑
850℃。
[0024]作为本专利技术实施方式的进一步改进，第一次磷源沉积的时间为6
‑
10min；第二次磷源沉积的时间为4
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8min；第三次磷源沉积的时间为2
‑
4min；S206中磷源推进的时间为4
‑
8min。
[0025]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S201
‑
S206中向所述扩散炉炉腔内通入氮气的流量为6
‑
8slm。
[0026]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S2中第一次磷源沉积氧气的流量为1100
‑
1400sccm；第二次磷源沉积氧气的流量为1100
‑
1400sccm；第三次磷源沉积氧气的流量为300
‑
400sccm。
[0027]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S2中第一次磷源沉积POCl3的流量为780
‑
870sccm；第二次磷源沉积POCl3的流量为780
‑
870sccm；第三次磷源沉积POCl3的流量为400
‑
600sccm；
[0028]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S2中所述第一次降温处理的具体条件为包括所述第五温度为820
‑
810℃，第一次降温时间为6
‑
10min；
[0029]所述第二次降温处理的具体条件包括所述第六温度为780
‑
760℃，第二次降温时间为4
‑
8min。
[0030]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述S207
‑
S208中向所述扩散炉炉腔内通入氮气的流量为20slm。
[0031]作为本专利技术实施方式的进一步改进，所述步骤S1具体包括采用P型单晶硅片做单晶硅基底，采用金属辅助化学刻蚀方法在单晶硅基底正表面刻蚀多孔硅结构，用酸液将表
面一层多孔硅去除，同时增大底部的纳米孔洞结构，再用碱液进行各向异性刻蚀以得到具有分布均匀的单晶硅基类倒金字塔绒面结构的硅片；所述单晶硅基类倒金字塔绒面结构开口边长1μm—3μm；在绒面的表面进行磷扩散和制备硅纳米层。
[0032]作为本专利技术实施方式的进一步改进，采用HF/H2O2/DIW/添加剂进行金属辅助化学刻蚀，其中，添加剂为：Ag、Cu、Au金属的硝酸盐；溶液比例为1:1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶硅基类复合绒面结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1、采用P型单晶硅片做单晶硅基底，在所述单晶硅基底正表面进行各向异性刻蚀，得到分布均匀的类倒金字塔结构或金字塔结构或倒金字塔结构或他凹坑结构作为绒面；S2、将具有绒面的硅片放入扩散炉中进行分步式扩散；所述分步式扩散包括温度依次升高条件下的磷源沉积和至少两个梯度的降温程序；S3、在所述绒面的表面上制备硅纳米层，形成复合绒面结构。2.根据权利要求1所述的单晶硅基类复合绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中硅纳米层由具有小于100纳米尺寸特征的纳米线或其它硅纳米材料构成。3.根据权利要求1所述的单晶硅基类复合绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的分步式扩散具体包括：S201、将具有绒面结构的硅片放入扩散炉，并往扩散炉中通入氮气；S202、将扩散炉炉腔升温至初始温度，并维持预设时间，向所述扩散炉炉腔内持续通入氮气；所述初始温度为800
‑
810℃，所述维持初始温度的预设时间为1
‑
3min；S203、将扩散炉炉腔升温至第一温度并进行低温扩散，并向所述扩散炉炉腔内通入氮气、氧气、POCl3，对具有绒面结构的硅片进行氧化和第一次磷源沉积；S204、将扩散炉炉腔升温至第二温度并进行高温扩散，并向所述扩散炉炉腔内通入氮气、氧气、POCl3，对具有绒面结构的硅片进行第二次磷源沉积；S205、将扩散炉炉腔升温至第三温度并进一步扩散，并向所述扩散炉炉腔内通入氮气、氧气、POCl3，对具有绒面结构的硅片进行第三次磷源沉积；S206、将扩散炉炉腔升温至第四温度，向所述扩散炉炉腔内通入氮气，对具有绒面结构的硅片进行磷源推进；S207、将扩散炉炉腔降温至第五温度，向所述扩散炉炉腔内通入氮气，对具有绒面结构的硅片进行第一次降温处理；S208、将扩散炉炉腔降温至第六温度，向所述扩散炉炉腔内通入氮气，对具有绒面结构的硅片进行第二次降温处理；S209、将具有绒面结构的硅片取出扩散炉；其中，第一温度＜第二温度＜第三温度＜第四温度；第六温度＜第五温度＜第四温度。4.根据权利要求3所述的单晶硅基类复合绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中第一温度为800
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810℃；第二温度为815
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820℃；第三温度为825
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830℃；第四温度为835
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850℃；第一次磷源沉积的时间为6
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10min；第二次磷源沉积的时间为4
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8min；第三次磷源沉积的时间为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：钱洪强，周海龙，张俊巍，李怡洁，王晓蕾，
申请(专利权)人：苏州腾晖光伏技术有限公司，
类型：发明
国别省市：