基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的方法，包括：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构，并将晶硅基板放置于扩散炉中进行扩散，形成双面ＰＮ结；混合硅颗粒与半导体氧化物颗粒，通过电子束蒸发至晶硅基板上，形成富Ｓｉ的氧化物薄膜；对晶硅基板进行高温退火处理，形成Ｓｉ量子点超晶格结构；对Ｓｉ量子点超晶格结构进行掺杂，形成ｎ型或者ｎ＋型Ｓｉ量子点超晶格结构；在晶硅基板正面和背面生长Ｓｉ３Ｎ４减反膜；采用丝网印刷在晶硅基板的背面印刷的正电极，并进行热处理固化；然后采用丝网印刷在晶硅基板的正面印刷的负电极，并进行热处理固化；合金退火，制备出基于硅量子点超晶格结构的晶硅电池。利用本发明专利技术，提高了晶硅电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶硅太阳能电池
，尤其涉及一种制备基于硅量子点超晶格结 构的晶硅太阳能电池的方法，利用Si量子点超晶格结构的能带调节作用，使得太阳能电池 对于光子能量大于硅禁带宽度(1. lev)的光(300nm IOOOnm)更好的吸收，特别是短波长 的光，以此来达到高效太阳能电池的目的，进而降低成本。
技术介绍
随着世界人口的急剧增加和各国经济的快速发展，对能源的需求越来越多，能源 问题已成为一个国家长久快速发展的战略性问题。目前大规模使用的传统能源如石油和煤 炭由于储量有限，按目前的消耗量在几十年后至一百多年后将会枯竭，同时目前频繁的使 用化石能源造成严重的大气污染和温室效应。因此，对清洁可再生能源的需求也越来越迫 切；太阳能电池作为清洁能源的一种由此得到了快速发展。自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的Si太阳能电池以来，各种太阳能电池 相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池从第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的 薄膜太阳能电池到现在第三代的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提尚ο目前晶硅(单晶和多晶)电池在各种太阳能电池中，其市场比重占到了 90%以上， 但转换效率普遍不高。如何制备出转换效率高的电池是各国从事光伏行业面临的一个关键 问题，这也是降低太阳能成本的关键手段。由于Si是一种间接带隙材料，其对光吸收的能力相对于直接带隙半导体来说要 弱的多。如何增强光的吸收，如何有效地利用短波长范围内的光，这对于提高晶硅太阳能电 池的效率来说，是一项重要途径。本专利技术正是基于这样的背景下展开。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅 太阳能电池的方法，以利用Si纳米晶超晶格结构提高晶硅电池的转换效率。( 二 )技术方案为了达到上述目的，本专利技术提供了一种制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳 能电池的方法，该方法包括步骤101 在晶硅基板正面和背面制备绒面结构，并将晶硅基板放置于扩散炉中 进行扩散，形成双面PN结；步骤102 混合硅颗粒与半导体氧化物颗粒，通过电子束蒸发至晶硅基板上，形成 富Si的氧化物薄膜；步骤103 对晶硅基板进行高温退火处理，形成Si量子点超晶格结构；步骤104 对Si量子点超晶格 结构进行掺杂，形成η型或者η+型Si量子点超晶格结构；步骤105 在晶硅基板正面和背面生长Si3N4减反膜；步骤106 采用丝网印刷在晶硅基板的背面印刷的正电极，并进行热处理固化；然后采用丝网印刷在晶硅基板的正面印刷的负电极，并进行热处理固化；步骤107 合金退火，制备出基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池。上述方案中，所述步骤101具体包括将厚度为180微米至250微米的晶硅基板放 置于氢氧化钠溶液中进行各向异性腐蚀，在腐蚀过程中晶硅基板正、背两面均置于腐蚀液 中，制备出的正、反面的绒面各方面特性基本一致，绒面结构呈现出传统的金字塔形；将正 反两面均有绒面结构的晶硅基板放置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl3，扩散出的 双面PN结的结深在200 500微米之间，扩散完后利用酸洗去掉正反面的磷硅玻璃。上述方案中，步骤101中所述晶硅基板为商用125单晶或者156多晶，晶硅基板衬 底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5 3Ω · cm，多晶电阻率为0.5 6Ω .cm。上述方案中，步骤102中所述半导体氧化物颗粒是SiO2或者HfO2,所述富Si的氧 化物薄膜厚度为20 50nm，上述方案中，步骤103中所述对晶硅基板进行高温退火处理时，以氮气保护气，退 火温度为900 1200摄氏度。上述方案中，步骤104中所述对Si量子点超晶格结构进行掺杂采用热扩散的方式 或者离子注入的方式进行，采用热扩散的方式时扩散源为液态POCl3;采用离子注入的方式 时注入磷离子，注入完成后在900摄氏度下快速退火处理，形成η型或者η+型Si量子点超 晶格结构。上述方案中，步骤105中所述在晶硅基板正面和背面生长Si3N4减反膜，采用等离 子增强化学气相淀积方法，Si3N4减反膜的厚度为20 50nm。上述方案中，步骤106中所述在晶硅基板的背面印刷的正电极采用铝银浆料，在 晶硅基板的正面印刷的负电极采用银浆料。上述方案中，所述步骤107包括采用阶梯式升温方式进行正面、背面的电极合金 处理，无特殊气氛保护，最终制备出基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池。(三)有益效果本专利技术通过在晶硅表面制备Si量子点超晶格结构，利用Si量子点的量子效应，对 能带结构进行有效的调节，充分地吸收宽谱带范围内的光并被晶硅电池吸收，最终达到高 效转换的目的，具有增加的工艺步骤少、能与大生产线上的工艺兼容，易于实现大规模生产 等特点。附图说明图1为本专利技术提供的制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的方法流 程图；图2为P型晶硅基板的示意图；图3为在正反面制备出绒面后并热扩散后形成PN结的示意图；图4为电子束蒸发Si颗粒及氧化物颗粒混合物，形成富Si的氧化物薄膜的示意 图5为高温热退火处理形成Si量子点超晶格后，再进行热扩散或者离子注入，使Si量子点超晶格结构成η型的示意图；图6为利用PECVD生长Si3N4减反膜的示意图；图7为利用丝网印刷技术在正面和背面分别印刷负电极和正电极的示意图。 具体实施例方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，对具体实 施方式加以说明，详细说明如下本专利技术是利用大规模生产线生产的半成品太阳能电池片，在此基础上制备出量子 点超晶格结构出来，利用量子点对能带调节的特性来增加太阳能电池对高能量光子的吸 收，最终达到高效率的目的；除此之处，还对全硅高效第三代太阳能电池的技术和工艺进行 有益的探索。本专利技术在晶硅电池基片上，通过制备电子束蒸发Si颗粒及氧化物的混合物来 制备出可以进行能带调节的Si纳米晶超晶格结构，使其达到宽谱带吸收的目的，提高晶硅 电池的转换效率。如图1所示，图1为本专利技术提供的制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电 池的方法流程图，该方法包括以下步骤步骤101 在晶硅基板正面和背面制备绒面结构，并将晶硅基板放置于扩散炉中 进行扩散，形成双面PN结；步骤102 混合硅颗粒与半导体氧化物颗粒，通过电子束蒸发至晶硅基板上，形成 富Si的氧化物薄膜；步骤103 对晶硅基板进行高温退火处理，形成Si量子点超晶格结构；步骤104 对Si量子点超晶格结构进行掺杂，形成η型或者η+型Si量子点超晶格 结构；步骤105 在晶硅基板正面和背面生长Si3N4减反膜；步骤106 采用丝网印刷在晶硅基板的背面印刷的正电极，并进行热处理固化；然 后采用丝网印刷在晶硅基板的正面印刷的负电极，并进行热处理固化；步骤107 合金退火，制备出基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池。图2至图7是用来说明本专利技术一个具体实施例的示意图。如图2中步骤201所示，选取的晶硅基板为商用125单晶或者156多晶都可，衬底 类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5 3Ω · cm，多晶电阻率为0.5 6Ω .cm。如图3中步骤301所示，利用大规模生产线上制备绒面的方法，将厚度为180微米 至250微米的晶硅基板放置于按一定比例配制的Na0H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括：步骤１０１：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构，并将晶硅基板放置于扩散炉中进行扩散，形成双面ＰＮ结；步骤１０２：混合硅颗粒与半导体氧化物颗粒，通过电子束蒸发至晶硅基板上，形成富Ｓｉ的氧化物薄膜；步骤１０３：对晶硅基板进行高温退火处理，形成Ｓｉ量子点超晶格结构；步骤１０４：对Ｓｉ量子点超晶格结构进行掺杂，形成ｎ型或者ｎ↑［＋］型Ｓｉ量子点超晶格结构；步骤１０５：在晶硅基板正面和背面生长Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］减反膜；步骤１０６：采用丝网印刷在晶硅基板的背面印刷的正电极，并进行热处理固化；然后采用丝网印刷在晶硅基板的正面印刷的负电极，并进行热处理固化；步骤１０７：合金退火，制备出基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾锐，李维龙，朱晨昕，陈晨，张培文，刘明，刘新宇，叶甜春，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]