專利名稱：硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用微硅納米結(jié)構(gòu)一次擴散制備選擇性發(fā)射極光伏太陽電池，屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展，對能源的需求也越來越大，而傳統(tǒng)能源(石油，煤等)屬于不可能再生能源，隨著人類的使用而逐漸減少。在常規(guī)能源日益枯竭，環(huán)保意識日益增加的情況下，世界各國都在積極尋找可再生、無污染的能源。目前各個國家對新能源的利用都高度重視，新能源具有環(huán)保，可再生等優(yōu)點。而在眾多新能 源中，太陽能以其分布廣，總量大等特點尤其受到關(guān)注。我國太陽能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)近幾年得到了迅猛的發(fā)展。2010年我國大陸地區(qū)的太陽電池產(chǎn)量將達到5GW，單晶硅太陽電池的平均效率已經(jīng)達到17.5%，多晶硅電池的平均效率也已經(jīng)達到了 16.5%。但要使光伏發(fā)電能夠與常規(guī)能源相競爭，最終實現(xiàn)太陽能從補充能源向替代能源的轉(zhuǎn)化，還需要不斷的提高電池轉(zhuǎn)換效率、降低電池成本。因此，開發(fā)新型電池、提高電池的轉(zhuǎn)換效率成為未來光伏企業(yè)研發(fā)的重要目標(biāo)。選擇性發(fā)射極(SelectiveEmitter)高效太陽電池是一種提高電池轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本的重要手段。SE高效電池是一種在現(xiàn)有加工制造工藝設(shè)備和P型硅片原料的基礎(chǔ)上，娃太陽電池的一種改進版本。產(chǎn)業(yè)電池的方塊電阻為< 45-60 Ω/ □,以便有較大的工藝窗口和較穩(wěn)定的良品率，填充因子為O. 77-0. 78左右。SE使得在金屬電極下方形成重雜質(zhì)區(qū)域而在電極間實現(xiàn)淺濃度擴散，發(fā)射區(qū)的淺濃度擴散即增強了電池對藍光的響應(yīng)，又使硅表面易于鈍化，可使填充因子達到O.80或者更高，其優(yōu)點是降低了金屬與半導(dǎo)體接觸勢壘。對于I Ω -cm到10 Ω -cm的襯底，SE電池的轉(zhuǎn)換效率也有線性增加O. 4-0. 6%的趨勢，同時反向漏電流減少，表明表面復(fù)合速度較常規(guī)電池低，而其短波段的光譜響應(yīng)優(yōu)于常規(guī)BSF太陽電池。目前，制備選擇性發(fā)射極主要通過開發(fā)和使用摻磷漿料達到選擇發(fā)射極電池的效果[參見中國專利申請?zhí)朇N200810144288. 4 ;中國專利申請?zhí)朇N200910029713. X ;中國專利申請?zhí)?CN200820137684. X]在新一代低成本高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池研發(fā)中，納米技術(shù)作為建造更好的太陽能電池的一種新方法出現(xiàn)。我們設(shè)計了一種通過一次擴散制備選擇性發(fā)射極的光伏太陽裝置，利用硅微納米球漿料以及金屬催化刻蝕的硅納米結(jié)構(gòu)[參見中國專利CN1382626 ;中國專利申請?zhí)?005100117533 ;中國專利申請?zhí)朇N200810084205. 7 ;中國專利申請?zhí)朇N200810183135. O]，制備高效率，低成本的選擇性發(fā)射極光伏太陽電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是設(shè)計和提供一種低成本，高效率一次擴散制備選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池的方法。本發(fā)明提出的選擇性發(fā)射極光伏太陽電池，它含有氮化硅減反射膜、η型硅層、P型硅層、硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極、二次對準(zhǔn)柵型電極、背場電極，其特征在于所述選擇性發(fā)射極太陽電池含有下述各層，(I)氮化硅層在η型硅層之上，作為鈍化層以及減反射層；(2) η型硅層在P型硅層之上形成pn結(jié)；(3)硅微納米結(jié)構(gòu)位 于P型硅層之上，η型硅層之間，形成分散的柵線結(jié)構(gòu)，作為選擇性發(fā)射極；(4)銀電極在硅微納米結(jié)構(gòu)之上，成柵線結(jié)構(gòu)，作為電流引出層；(5)鋁金屬膜背電極層，其作用是形成電池背面引出電極；本發(fā)明首先在P型硅基底表面制備適用于納米漿料涂敷及金屬催化腐蝕的新型絨面，然后用我們發(fā)明的有序硅微納米結(jié)構(gòu)的制備方法或硅微納米球漿料(微納米球尺寸為I納米至I微米)，在P型硅基片表面制備出宏觀成柵線結(jié)構(gòu)的的硅納米結(jié)構(gòu)陣列(如硅納米線，硅納米洞，多孔納米硅，硅納米小球等結(jié)構(gòu))。隨后采用一次擴散在P型硅基底上同時形成η型硅層及選擇性發(fā)射極，利用二次對準(zhǔn)工藝，在納米結(jié)構(gòu)上方制備銀電極。然后在電池表面沉積氮化硅薄膜，作為減反射層及鈍化層；隨后在P型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池。硅納米小球主要通過電化學(xué)腐蝕法、溶膠凝膠法、激光燒蝕法等方法制備，然后利用甲基、羧基、羥基等碳氧基團以及氨基等基團進行修飾，修飾后的硅微納米球可以有效的分散在容易中，不團聚，不易氧化。隨后將制備好的硅微納米球轉(zhuǎn)移到苯、氯仿等有機溶劑中，加入添加劑，使硅微納米球在硅基底上不會擴散，可形成柵線結(jié)構(gòu)。


圖I為本發(fā)明的硅微納米結(jié)構(gòu)陣列光伏太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。I柵型電極2氮化硅見反射層3η型硅層4重擴散η型硅層5ρ型硅基底6背電極具體實施方式
I本發(fā)明首先在P型硅基底表面制備適用于納米漿料涂敷及金屬催化腐蝕的新型絨面，然后用我們發(fā)明的金屬催化腐蝕制備有序硅微納米結(jié)構(gòu)的方法，在P型硅基絨面表面制備出宏觀成柵線結(jié)構(gòu)的硅納米線陣列，隨后采用液態(tài)源熱擴散技術(shù)通過一次擴散同時形成η型硅層及選擇性發(fā)射極，利用二次對準(zhǔn)工藝，在選擇性發(fā)射極表面制備銀電極。隨后去除磷硅玻璃，然后利用磁控濺射等技術(shù)P-η結(jié)表面制備具有減反射作用及鈍化作用的氮化硅層，然后在P型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。去除周邊結(jié)后，在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池。
具體實施方式
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本發(fā)明首先在P型硅基底表面制備適用于納米漿料涂敷及金屬催化腐蝕的新型絨面，然后用我們發(fā)明的金屬催化腐蝕制備有序硅微納米結(jié)構(gòu)的方法，在P型硅基絨面表面制備出宏觀成柵線結(jié)構(gòu)的硅納米洞陣列，隨后采用液態(tài)源熱擴散技術(shù)通過一次擴散同時形成η型硅層及選擇性發(fā)射極，利用二次對準(zhǔn)工藝，在選擇性發(fā)射極表面制備銀電極。隨后去除磷硅玻璃，然后利用磁控濺射等技術(shù)P-η結(jié)表面制備具有減反射作用及鈍化作用的氮化硅層，然后在P型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。去除周邊結(jié)后，在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池。
具體實施方式
3本發(fā)明首先在P型硅基底表面制備適用于納米漿料涂敷及金屬 催化腐蝕的新型絨面，然后用我們發(fā)明的金屬催化腐蝕制備有序硅微納米結(jié)構(gòu)的方法，在P型硅基絨面表面制備出宏觀為柵線結(jié)構(gòu)的納米硅多孔結(jié)構(gòu)，隨后采用液態(tài)源熱擴散技術(shù)通過一次擴散同時形成η型硅層及選擇性發(fā)射極，利用二次對準(zhǔn)工藝，在選擇性發(fā)射極表面制備銀電極。隨后去除磷硅玻璃，然后利用磁控濺射等技術(shù)ρ-η結(jié)表面制備具有減反射作用及鈍化作用的氮化硅層，然后在P型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。去除周邊結(jié)后，在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池。
具體實施方式
4本發(fā)明首先在P型硅基底表面制備適用于納米漿料涂敷及金屬催化腐蝕的新型絨面，然后利用噴墨方式在P型硅絨面上制備具出宏觀為柵線結(jié)構(gòu)的納米小球結(jié)構(gòu)，隨后采用液態(tài)源熱擴散技術(shù)通過一次擴散同時形成η型硅層及選擇性發(fā)射極，利用二次對準(zhǔn)工藝，在選擇性發(fā)射極表面制備銀電極。隨后去除磷硅玻璃，然后利用磁控濺射等技術(shù)Ρ-η結(jié)表面制備具有減反射作用及鈍化作用的氮化硅層，然后在P型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。去除周邊結(jié)后，在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池。
具體實施方式
5本發(fā)明首先在P型硅基底表面制備適用于納米漿料涂敷及金屬催化腐蝕的新型絨面，然后利用絲網(wǎng)印刷方式在P型硅絨面上制備具出宏觀為柵線結(jié)構(gòu)的納米小球結(jié)構(gòu)，隨后采用液態(tài)源熱擴散技術(shù)通過一次擴散同時形成η型硅層及選擇性發(fā)射極，利用二次對準(zhǔn)工藝，在選擇性發(fā)射極表面制備銀電極。隨后去除磷硅玻璃，然后利用磁控濺射等技術(shù)Ρ-η結(jié)表面制備具有減反射作用及鈍化作用的氮化硅層，然后在P型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。去除周邊結(jié)后，在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的選擇性發(fā)射極光伏太陽能電池。
權(quán)利要求
1.硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池，其特征在于采用納米硅漿料和硅刻蝕技術(shù)形成的硅微納米結(jié)構(gòu)在硅片表面形成柵線圖形形狀，后續(xù)采用常規(guī)的電池技術(shù)，即一次擴散、刻蝕周邊、沉積氮化硅、絲印電極，形成一種易于產(chǎn)業(yè)化的選擇發(fā)射極電池。主要技術(shù)特征依據(jù)是納米硅的熔點隨尺寸變化，可在一定溫度下與硅很好的鍵合，一次擴散即可在有硅漿料或硅微納米結(jié)構(gòu)的地方形成重擴區(qū)在而在沒有納米硅漿料的地方形成發(fā)射區(qū)。
(1)在P型基底上制備單晶娃續(xù)面； (2)利用硅納米顆粒，印刷在硅基底上，或在硅基底上通過金屬催化腐蝕按柵線形狀制備微納米結(jié)構(gòu)； (3)硅納米顆粒通過表面修飾保護基團，溶解在可在硅表面固定成型，同時可有效分散硅納米顆粒的有機溶劑中； (4)通過一次擴散制備選擇性發(fā)射區(qū)； (5)二次對準(zhǔn)制備金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池，其主要特征在于利用硅納米結(jié)構(gòu)，一次擴散制備選擇性發(fā)射區(qū)光伏太陽電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池，其主要特征在于所述步驟(2)的納米結(jié)構(gòu)可以是納米小球制備的納米漿料，通過金屬催化腐蝕制備的硅納米結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池，其主要特征在于所述步驟(3)的納米小球尺寸為I納米至I微米，小球表面進行官能團修飾，分散在有機溶劑中，官能團保護硅納米小球不被氧化，同時可以很好的分散。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池，其主要特征在于所述步驟(4)通過一次擴散即可制備選擇性發(fā)射極，擴散條件與制備pn結(jié)條件相同，簡化工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域的硅微納米結(jié)構(gòu)選擇性發(fā)射極太陽能電池。其特征在于采用納米硅漿料和硅刻蝕技術(shù)形成的硅微納米結(jié)構(gòu)在硅片表面形成柵線圖形形狀，后續(xù)采用常規(guī)的電池技術(shù)，即一次擴散、刻蝕周邊、沉積氮化硅、絲印電極，形成一種易于產(chǎn)業(yè)化的選擇發(fā)射極電池。所述太陽能轉(zhuǎn)換裝置在P型硅基表面通過旋涂，金屬催化腐蝕等方法制備出硅微納米結(jié)構(gòu)的柵型結(jié)構(gòu)，在硅納米結(jié)構(gòu)上面制備電極，形成選擇型發(fā)射區(qū)，提高太陽能裝置的效率。本發(fā)明提供的一種新型的一次擴散太陽能電池選擇性發(fā)射區(qū)的方法，可提高電池效率，直接在硅表面得到可以制備選擇性發(fā)射區(qū)的結(jié)構(gòu)，精簡了硅納米漿料的制備步驟，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L31/068GK102956719SQ20111024997
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者王新, 彭奎慶 申請人:北京師范大學(xué)