晶体硅太阳能电池纳米透明埋栅电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及晶体硅太阳能电池纳米透明埋栅电极的制备方法。制作电极样品：用银墨溶液滴加到具有金字塔绒面结构的硅片表面，并对硅片施加水平方向的振动，使整个硅片的表面形成均匀分布纳米银颗粒团聚体结构；烧结电极样品：用微波辐射加热电极样品使纳米银颗粒相互熔合形成相互连接的金属纳米线/棒网络结构；金属辅助化学刻蚀电极样品：在氢氟酸，双氧水和乙醇的混合溶液中对烧结后的样品做金属辅助刻蚀处理，使金属纳米线/棒网络电极嵌入硅片形成纳米透明埋栅电极。经过金属辅助化学刻蚀后，金属纳米线/棒网络嵌入硅片减反效果明显优化，金属纳米线/棒网络电极与硅片接触电阻明显变小，该电极具有减反层的作用和潜在的优异的载流子收集效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏应用以及光电应用
，特别涉及一种。
技术介绍
随着石油、煤炭等传统能源在地球上的储存量逐步减少，绿色能源太阳能作为传统能源的替换品，越来越受到世界的关注。在太阳能应用中，太阳能电池是太阳光直接转化为电能的光电技术中的关键元件，并且广泛地应用于各种领域之中。太阳能电池的核心结构是p_n结。当能量高于半导体带隙能量的太阳光入射到太阳能电池的P_n结上时，产生电子空穴对。在p-n结上自建电场的作用下，电子转移到n层，同时空穴转移到P层，由此在P层和n层之间产生光电效应。当太阳能电池的两端被连接到负载或系统上时，会产生电流形式的电能。根据用于形成本征层(即光吸收层)的材料将太阳能电池分为多种类型。一般而言，具有由硅制成的本征层的硅太阳能电池是最普遍的一种。现有两种类型的硅太阳能电池晶体型(单晶的或多晶的)太阳能电池和薄膜型(非晶的或微晶的)太阳能电池。除了这两种类型的太阳能薄膜电池，还有碲化镉或铜铟硒化合物薄膜太阳能电池、基于III-V族材料的太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等等。薄膜型太阳能电池能节约成本，但其致命的缺点是效率很低，稳定性差；同时非晶硅薄膜太阳能电池效率衰减严重；碲化镉或铜铟硒化合物薄膜太阳能电池效率虽然较高，但其毒性以及需要大量使用稀有元素等因素使得薄膜太阳能电池大量使用存在着很多问题。晶体硅太阳能电池与其它类型的太阳能电池相比具有显著的高转换效率，晶体硅太阳能电池效率在实验室已经达到25%，产业化中单晶硅效率为18. 8%，多晶硅效率为16%，已经占据主要光伏市场。但是其缺点就是原材料以及制造成本较高，因此，如果能降低原材料价格以及简化制造工艺，将会显著降低生产成本而降低电池组件价格。另外虽然实验室太阳能电池的效率已经接近太阳能电池的理论效率，但太阳能电池产业化效率离理论效率有很大的差距。这种产业化效率跟实验室效率的滞后的原因主要来自于太阳能电池的制造过程。前电极是太阳能电池的重要组成部分，对太阳能电池的效率有着重要的影响，同时前电极的生产成本大约是整个电池组件成本的10%。前电极的特征是低反射和高导电性。传统晶体硅太阳能电池的前电极是通过宏观尺寸(主栅线为毫米级，次栅线为百微米级)的银栅来完成载流子的收集和电流的传导。实验室太阳能电池片可以通过昂贵的平板印刷等方法制备微尺寸导流线来实现电池的前电极部分。而在晶体硅太阳能电池片产线中，现在主要是通过丝网印刷银浆得到大尺寸银栅，然后通过高温r900°C)烧结银栅来实现电池的前电极部分。高温烧结的目的是使银浆透过电极下面的氮化硅薄膜层(这层主要用于硅表面钝化和减反射，为电绝缘层)，实现前电极和发射极的连通。如图I为典型单晶体硅太阳能电池片(156毫米X 156毫米)示意图，I为主栅线， 2为次栅线，这种毫米级高度和宽度的栅线对电池前表面造成了明显的阴影效应，增加了前表面对入射光的反射率(大概为表面总反射率的 15%)。而且这些栅线之间的间距很大，为了获得较好的导电性能(降低电池的串联电阻)，商业晶体硅太阳能电池发射极都采用了 η+ 重掺杂，然而高浓度的掺杂会导致载流子俄歇复合发生的概率增加，从而降低了整个发射极的性能和电池的效率Γ10%降低)。同时，银栅的后续高温烧结过程也会对ρ-η结的性能造成影响，从而降低电池的性能Γ10%降低)。在传统晶体硅太阳能电池生产过程中，类似银栅前电极的结构和制作工艺造成了实验室电池和商业化电池的效率的区别，因此需要新的结构和新的生产工艺来替换传统的结构和工艺，提高晶体硅太阳能电池的效率和降低成本。对于单晶硅，应用各向异性化学腐蚀的方法可在(100)表面制作随机的金字塔状的绒面结构，降低表面光反射。通常这种绒面结构通过化学碱性刻蚀实现。刻蚀后在整个硅片上获得随机分布的四面体金字塔结构。这种微观结构明显地降低了硅片的表面对入射光的反射率，从抛光硅片的 40%反射率降低到刻蚀硅的 10%反射率，加上工业化标准氮化硅减反层镀膜，其反射率降低到4 7%。专利(SUPER-TRANSPARENTELECTRODE FOR PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS, Attorney Docket No. : 094505-013600/PR0, Electronically Filed)中提出在晶体娃表面沉积一层金属网络薄膜可以实现低反射和高电传导前电极。如图2，这种前电极是在晶体硅表面绒面结构的底部或者绒面结构之间，其形状为随机的金属网络状，主要包括微孔3 和相互连接的金属纳米线网络4。专利技术人在中国专利技术申请CN102544223A公开的晶体硅太阳能电池透明电极的制备方法中提出了一种在具有金字塔结构硅片表面制备一种纳米透明电极的方法，这种纳米透明电极具有有效减反和潜在的载流子收集率的效果，但纳米透明电极与硅片的欧姆接触问题未有提及。基于公开的中国专利技术申请CN102544223A，申请人提出用金属辅助化学刻蚀电极样品即在氢氟酸，双氧水和乙醇的混合溶液中对烧结后的样品做金属辅助刻蚀处理，使金属纳米线/棒网络嵌入硅片，形成纳米透明埋栅电极，降低纳米电极与硅片的接触电阻， 而降低电池的串联电阻；同时进一步降低硅表面入射光反射率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种，该制备方法能潜在地提高晶体硅太阳能电池的效率和降低成本。通过该方法制作的透明纳米埋栅电极表现出低的光反射率，较低的纳米电极/硅片接触电阻，即较低的电池串联电阻，同时具有潜在的优异的载流子收集效率。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为一种，包括如下步骤步骤A，制作电极样品即用银墨溶液滴加到具有金字塔绒面结构的硅片表面，通过滴涂和振动方法，在硅片表面微金字塔结构之间形成均匀分布的纳米银颗粒团聚体结构； 步骤B，烧结电极样品即用微波辐射加热电极样品使纳米银颗粒熔合而形成相互连接的金属纳米线/棒网络结构；步骤C,金属辅助化学刻蚀电极样品即在40 wt%氢氟酸,35 wt%双氧水和乙醇的混合溶液中对烧结后的样品做金属辅助刻蚀处理，使金属纳米线/棒网络嵌入硅片。优选的，上述中，步骤C中所述金属辅助化学刻蚀过程为 Cl :在乙醇溶剂中，配制40 wt%氢氟酸溶液，35 wt%双氧水溶液的混合液，三种成分氢氟酸溶液，双氧水溶液以及乙醇的体积比为4: I: 95。C2 :将上述溶液在遮光下加热至1(T50°C，缓慢搅拌，使溶液均匀。C3 :将步骤B烧结后的电极样品平放入上述溶液中，保证具有金属纳米线/棒网络结构的一面朝上，浸泡f 100秒，并缓慢搅拌溶液。浸泡的时间长短决定刻蚀深度的大小，时间太短(如低于I秒)，刻蚀很难发生，金属纳米线/棒网络电极没有嵌入，时间太长(如高于100秒)，金属纳米线/棒网络电极可能越过P-n结，串联电阻显著上升，甚至造成电池断路。最优的情况是电极完全嵌入，而不接触P-n结。C4 :反应完毕后，迅速将样品取出来，用去离子水反复清洗，再用5%氢氟酸清洗去除氧化层，接着再用去离子水反复清洗，最后用高纯氮气将样品表面吹干。综上，电极样品在金属辅助化学刻蚀过程中，可能的机理是在银纳米线/棒网络中银金属的催化作用，银颗粒覆盖处形成局部原电池，即酸溶液中的氢离子在阴极发生还原反应放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体硅太阳能电池纳米透明埋栅电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤A，制作电极样品：即用银墨溶液滴加到具有金字塔绒面结构的硅片表面，通过滴涂和振动方法使整个硅片的表面形成均匀分布的纳米银颗粒团聚体结构；步骤B，烧结电极样品：即用微波辐射加热电极样品使纳米银颗粒熔合而形成相互连接的金属纳米线/棒网络结构；步骤C，金属辅助化学刻蚀电极样品：即在40?wt%氢氟酸，35?wt%双氧水和乙醇的混合溶液中对烧结后的样品做金属辅助刻蚀处理，使金属纳米线/棒网络嵌入硅片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高进伟，裴颗，韩兵，王洋，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：