一种黑硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种黑硅太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池器件制造技术领域。所述黑硅太阳能电池包括金属背电极、晶硅、黑硅层、钝化层和金属栅极；金属背电极位于晶硅的背面，黑硅层位于晶硅上，钝化层位于黑硅层上，金属栅极位于钝化层上。所述制备方法包括：对硅片进行预处理；利用等离子体浸没离子注入技术，在预处理后的硅片表面制备黑硅层；在黑硅层上制备发射极，并对发射极进行钝化处理，形成钝化层；分别在单晶硅片的背面和钝化层上制备金属背电极和金属栅极。本发明专利技术利用黑硅层作为吸收层，在可见光波段内，电池的平均吸收率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池器件制造
，特别涉及一种黑硅太阳能电池及其制 备方法。
技术介绍
面对当前的能源危机和化石类燃料的大量耗用所引发的温室效应、酸雨等环境问 题，迫切需要在世界范围内开发和有效利用新能源。太阳能是一种取材方便、绿色环保的可 再生能源，在不远的将来将成为世界能源供应的主体。太阳能电池作为一种清洁高效的绿 色可持续能源，将为太阳能的有效利用提供更广阔的前景。因此，针对太阳能电池光电转换 效率的探索也必将是一个极具应用意义和发展前景的方向。目前，太阳能电池由于生产成本太高而无法取代传统能源，因此降低太阳能电池 的生产成本就成为这一行业最大的问题，而太阳能电池的生产成本与太阳能电池的效率密 切相关。由于硅的高折射率，其反射损失可达40%以上，即硅基太阳能电池的光反射率较 高，从而大大降低了硅基太阳能电池的光电转换效率。黑硅是一种电子产业革命性的新型材料结构，通常是指吸收率很高的硅表面或硅 基薄膜(包括硅化合物的表面或薄膜)。与一般的硅材料结构相比，黑硅具有很强的吸光能 力。如果将黑硅应用于光学传感器或太阳能电池，那么感光效率会提高上百倍，太阳能电池 的转换效率也得以显著提高。美国哈佛大学的Eric Mazur等人利用飞秒激光方法制备了黑硅材料，并由此制备 了黑硅太阳能电池，这种黑硅太阳能电池的光电转换效率为8. 8% 13.9%。然而，利用飞 秒激光方法制备黑硅材料的成本比较高，这样势必会增加黑硅太阳能电池的生产成本，不 利于生产应用。
技术实现思路
为了降低黑硅太阳能电池的生产成本，本专利技术提出了一种黑硅太阳能电池及其制 备方法。所述黑硅太阳能电池包括金属背电极、晶硅、黑硅层、钝化层和金属栅极；所述金 属背电极位于所述晶硅的背面，所述黑硅层位于所述晶硅上，所述钝化层位于所述黑硅层 上，所述金属栅极位于所述钝化层上。所述晶硅为单晶硅或多晶硅，所述金属背电极由铝、铜、银、金或钼制成，所述金属 栅极由铝、铜、银、金或钼制成。所述金属背电极的厚度为10 15微米；所述单晶硅或多晶硅的厚度为100 300 微米；所述黑硅层的厚度为0. 1 10微米；所述钝化层的厚度为50 200纳米；所述金属 栅极的厚度为2 10微米，栅极宽度为30 150微米，间距为2 3毫米。所述黑硅太阳能电池制备方法包括对硅片进行预处理；利用等离子体浸没离子注入技术，在预处理后的硅片表面制备黑硅层；在所述黑硅层上制备发射极，并对所述发射极进行钝化处理，形成钝化层；分别在所述单晶硅片的背面和钝化层上制备金属背电极和金属栅极。所述对硅片进行预处理的步骤具体包括将硅片浸入到氢氟酸溶液中，之后用去离子水清洗；将去离子水清洗后的硅片浸入到氢氧化钠溶液中，去除所述硅片表面的损伤层；用去离子水清洗去除损伤层后的硅片，并用氮气吹干。所述利用等离子体浸没离子注入技术，在预处理后的硅片表面制备黑硅层的步骤 包括将所述硅片放置于等离子体浸没离子注入设备的注入腔室内；调整所述等离子体浸没离子注入设备的工艺参数进入预先设置的数值范围；所述等离子体浸没离子注入设备产生等离子体，所述等离子体中的反应离子注入 至所述硅片内；所述反应离子与所述硅片发生反应，形成黑硅层。所述将所述硅片放置于等离子体浸没离子注入设备的注入腔室内的步骤还包括 将所述硅片与可施加偏置电压的电源电气连接；所述工艺参数包括所述注入腔室的本底压 强和工作压强，注入至所述注入腔室的混合气体的组成成分和体积比；所述本底压强范围 为10_5Pa 10_3Pa，所述工作压强范围为0. IPa 50Pa ；所述混合气体由具有刻蚀作用的 气体和具有钝化作用的气体组成，所述具有刻蚀作用的气体包括SF6、CF4, CHF3、C4F8, NF3、 SiF4, C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2, HCl、SiH2Cl2, SiCl4, BCl3 或 HBr，所述具有钝化作用的气体包 括02、队0或N2，所述具有刻蚀作用的气体与所述具有钝化作用的气体之间的体积比范围为 0. 01 100。所述在所述黑硅层上制备发射极的步骤具体包括把所述硅片放在管式扩散炉的石英容器内；在高温下使用氮气将三氯氧磷带入所述石英容器；所述三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子；所述磷原子向所述硅片内部渗透扩散，形成PN结。在所述黑硅层上制备发射极和对所述发射极进行钝化处理步骤之间还包括将所述硅片放在氢氟酸溶液中浸泡；对浸泡处理后的硅片进行刻蚀去边处理。所述钝化处理采用表面氧化生长SiO2钝化方式进行处理，或采用PECVD生长SiNx 或SiO2钝化方式进行处理。与现有技术相比，本专利技术技术方案产生的有益效果如下1、本专利技术提供的黑硅太阳能电池结构简单，利用黑硅层作为吸收层，电池的平均 吸收率提高；2、本专利技术提供的黑硅太阳能电池的制备方法简单独特、易于掌握，具有操作方便、 重复可靠的特点，具有明确的产业化前景。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的黑硅太阳能电池结构示意图；图2是本专利技术实施方式提供的黑硅太阳能电池的反射率曲线示意图；图3是本专利技术实施方式提供的黑硅太阳能电池的制备方法流程图；图4是本专利技术实施方式提供的黑硅少子寿命分布图。具体实施例方式下面结合附图和实施方式，对本专利技术技术方案作进一步描述。参见图1，本专利技术实施方式提供了一种黑硅太阳能电池，包括金属背电极1、晶硅 2、黑硅层3、钝化层4和金属栅极5。金属背电极1位于晶硅2的背面，该金属背电极可由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金 (Au)或钼(Pt)等金属制成，也可由多种金属材料混合制成，例如合金材料或表面镀银的铜 片，而晶硅2可为ρ型单晶硅、ρ型多晶硅、η型单晶硅或η型多晶硅，还可为经过清洗和去 损伤预处理后的上述各种晶硅。黑硅层3位于晶硅2上，黑硅层3可为利用等离子体浸没离子注入工艺对晶硅(包 括单晶硅和多晶硅)进行加工而形成的黑硅，还可为利用刻蚀工艺对晶硅(包括单晶硅和 多晶硅)进行加工而形成的黑硅，该刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀包括反 应离子刻蚀(RIE)、感应离子耦合等离子体(ICP)刻蚀、高压等离子体刻蚀等等；黑硅层的 掺杂类型与晶硅的掺杂类型相对应，例如若晶硅为P型，则黑硅层为η型；若晶硅为η型， 则黑硅层为P型。钝化层4位于黑硅层3上，钝化层可通过采用表面氧化生长SiO2钝化方式对黑硅层 进行处理而形成，也可通过采用PECVD生长SiNx或SiO2钝化方式对黑硅层进行处理而形成。金属栅极5位于钝化层4上，该金属栅极可由可由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金 (Au)或钼(Pt)等金属制成，也可由多种金属材料混合制成，例如合金材料或表面镀金的铜 片。其中，金属背电极1的厚度为1 100微米，优选为10 15微米；晶硅2的厚度为 10 1000微米，优选为100 300微米；黑硅层3的厚度为0. 01 50微米，优选为0. 1 10微米；钝化层4的厚度为1 500纳米，优选为50 200纳米；金属栅极5的厚度为1 50微米，优选为2 10微米，栅极宽度为10 1000微米，优选为30 150微米，间距为 1 10毫米，优选为2 3毫米。本实施方式提供的黑硅太阳能电池结构简单，利用黑硅层作为吸收层，电池的平 均吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑硅太阳能电池，其特征在于，包括金属背电极、晶硅、黑硅层、钝化层和金属栅极；所述金属背电极位于所述晶硅的背面，所述黑硅层位于所述晶硅上，所述钝化层位于所述黑硅层上，所述金属栅极位于所述钝化层上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：夏洋，刘邦武，李超波，刘杰，汪明刚，李勇滔，
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]