專利名稱：空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法
空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池制造エ藝，具體涉及ー種空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，屬于太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技木隨著全球能源的短缺和氣候變暖環(huán)境，太陽能發(fā)電等可再生能源正取代傳統(tǒng)的火カ發(fā)電成為當(dāng)今能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和發(fā)展的趨勢。在太陽能電池的發(fā)展歷史中，非晶硅薄膜太陽能電池和晶體硅太陽能電池都已經(jīng)歷了近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程。晶體硅太陽能電池效率較高，而非晶硅薄膜太陽能電池的制造成本較低，但二者優(yōu)勢結(jié)合起來形成效率更高、成本更低的第三代太陽能電池結(jié)構(gòu)受到的關(guān)注卻相對(duì)較少。納米材料和結(jié)構(gòu)，由于其具有新奇的物理特性，在電學(xué)、光學(xué)上具有一系列特殊的物理性質(zhì)，正在被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、光電子器件、化學(xué)化工領(lǐng)域。將納米材料和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)晶體硅電池結(jié)合，形成新一代代太陽能電池，將有助于解決長期困擾這兩個(gè)領(lǐng)域的效率低，成本高的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn) 太陽能技術(shù)的飛躍。光吸收是太陽能電池永恒的話題和研究對(duì)象，光吸收的越大，被利用的可能性越大。對(duì)于常規(guī)晶體硅電池只能單面受光，且具有尺寸在微米級(jí)的金字塔絨面或者蠶卵絨面，靠著幾何反射増加光程。而納米絨面具有非常良好的陷光效應(yīng)，其陷光機(jī)理與常規(guī)金字塔絨面或者蠶卵絨面有著質(zhì)的不同，從紫外波段到近紅外波段(350-1100nm，晶體硅太陽能電池具有光譜響應(yīng)的波段)，有著極低的反射率(可低于O. 5%，常規(guī)絨面為7%以上)，可以實(shí)現(xiàn)幾乎均一性的吸收，因此利用納米絨面提高電池效率是ー個(gè)產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。而對(duì)于這種納米絨面表面，使用常規(guī)的閉管擴(kuò)散時(shí)，無法形成納米絨面頂部重?fù)降慕Y(jié)構(gòu)，這對(duì)于降低接觸電池，提高光電流是不利的；為了解決這個(gè)問題，可以實(shí)行二次擴(kuò)散，也可以實(shí)行離子注入，但存在著成本高、產(chǎn)量低的特點(diǎn)。常規(guī)的晶體硅太陽能電池具有尺寸在微米級(jí)的金字塔絨面或者蠶卵絨面，靠著幾何反射増加光程。而納米絨面具有非常良好的陷光效應(yīng)，其陷光機(jī)理與常規(guī)絨面有著質(zhì)的不同，從紫外波段到近紅外波段(350-1100nm，晶體硅太陽能電池具有光譜響應(yīng)的波段)，有著極低的反射率(可低于O. 5 %，常規(guī)絨面為7 %以上)，因此利用納米絨面提高電池效率是產(chǎn)業(yè)界十分關(guān)注的話題。但納米絨面的擴(kuò)散形成ρη結(jié)制約了其進(jìn)ー步的應(yīng)用。因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種先進(jìn)的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供ー種空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其利用納米絨面具有非常良好的陷光效應(yīng)，從紫外波段到近紅外波段(350-1100nm，晶體硅太陽能電池具有光譜響應(yīng)的波段)，有著極低的反射率；再利用空心玻璃微珠的懸浮密排特性，在納米絨表面吸附空心磷硅玻璃微珠摻雜源，從而利用玻璃微珠特殊的幾何形狀利用磷硅玻璃的密排特性實(shí)現(xiàn)選區(qū)摻雜，以實(shí)現(xiàn)低成本高效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其包括如下エ藝步驟I)、用化學(xué)催化腐蝕的方法在晶體硅襯底201正面制備納米絨面301結(jié)構(gòu)；2)、納米絨面襯底背靠背放入樣品花籃，浸入空心硼硅玻璃微珠密布表面的丙酮液體中；3)、提拉法緩慢提升樣品花籃，空心硼硅玻璃微珠密排附著至納米絨面表面；4)、氮?dú)鈿夥障峦嘶饠U(kuò)散形成選區(qū)ρη結(jié)，酸洗清除硼硅玻璃；
5)、氮化硅減反及表面鈍化膜沉積形成Si3N4減反膜，用絲網(wǎng)印刷機(jī)在背面和正面絲印銀柵線，背面絲印鋁背場，從而形成正負(fù)電極；6)、合金退火，制備出空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟I)的晶體娃襯底為P型125mmX 125mm單晶娃片、156mmX 156mm單晶娃片或156 X 156mm多晶硅片。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟I)的腐蝕液選用稀釋的氫氟酸溶液、去離子水、銀鹽的混合液，其濃度為O. 01 6. OM ；腐蝕時(shí)間為I分鐘-10小時(shí)之間。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟I)的化學(xué)催化腐蝕的方法具體為金屬誘導(dǎo)腐蝕的方法。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟3)的空心硼硅玻璃微珠按六角密排方式粘附于晶體硅襯底納米絨面表面，所述空心硼硅玻璃微珠直徑在1-50微米之間。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟3)的提拉時(shí)速度保持在lmm/s-lm/s。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟4)的退火溫度在500度-1200度，退火時(shí)間為5分至5小吋。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟4)使用HF酸、氨水的混合液；或者HN03、HF、氨水的混合液進(jìn)行酸洗，酸洗過程為10秒至100分鐘，在O度-120度的溫度區(qū)間進(jìn)行。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法進(jìn)ー步為所述步驟5)中利用管式等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法在襯底正面和背面淀積Si3N4減反膜，減反膜厚度在70nm-120nm之間。本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法還可為所述步驟6)在鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐中退火合金,正負(fù)電極同時(shí)退火合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果首先，此法利用濕法催化化學(xué)腐蝕形成納米絨面，能夠極大降低因干法刻蝕所造成的損傷，而且由于納米柱陣列的獨(dú)特減反效果，増加了光能的吸收，有利于提高納米柱電池的轉(zhuǎn)化效率。其次，利用空心磷硅玻璃微珠和納米絨面間的范德瓦爾斯吸附作用，通過提拉法達(dá)到密排吸附；而后退火使得磷蒸氣通過擴(kuò)散方式對(duì)納米絨面進(jìn)行選擇性擴(kuò)散納米絨面的頂尖得到重?cái)U(kuò)散，而其它地方則是相應(yīng)的輕擴(kuò)散，形成納米絨面的選擇性擴(kuò)散。再次，本方法具有制備エ藝簡單，并與現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)化設(shè)備形成良好的兼容特性，能在不增加工藝的復(fù)雜度，同時(shí)保持較低成本的前提下，制備高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。

圖I為本發(fā)明的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法的流程圖。圖2為P型晶體硅的示意圖。圖3為制備出正面納米絨面的示意圖。
圖4為以丙酮為懸浮液的空心磷硅玻璃微珠提拉法的示意圖。圖5為空心磷硅玻璃微珠吸附到納米絨面表面的示意圖。圖6為氮?dú)鈿夥障峦嘶饠U(kuò)散形成選區(qū)ρη結(jié)的示意圖。圖7為酸洗去除表面空心磷硅玻璃微珠的示意圖。圖8為Si3N4減反I旲淀積的不意圖。圖9為絲網(wǎng)印刷正負(fù)極以及退火合金的示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱說明書附圖I至附圖9所示，本發(fā)明為ー種空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其包括如下エ藝步驟步驟101 :用化學(xué)催化腐蝕的方法在晶體硅201襯底正面制備納米絨面301結(jié)構(gòu)；其中，所述晶體娃襯底201為P型125mmX 125mm單晶娃片、156mmX 156mm單晶娃片或156X156mm多晶硅片；腐蝕液選用稀釋的氫氟酸溶液、去離子水、銀鹽的混合液，其濃度為O. 01 6. OM ;腐蝕時(shí)間為I分鐘-10小時(shí)之間；所述化學(xué)催化腐蝕的方法具體為金屬誘導(dǎo)腐蝕的方法；步驟102 :納米絨面襯底401、402背靠背放入樣品花籃，浸入空心硼硅玻璃微珠403密布表面的丙酮液體中；步驟103 :提拉法緩慢提升樣品花籃，空心硼硅玻璃微珠403密排附著至納米絨面表面501 ;其中，所述空心硼硅玻璃微珠按六角密排方式粘附于晶體硅襯底納米絨面表面，所述空心硼硅玻璃微珠直徑在1-50微米之；提拉時(shí)速度保持在lmm/s-lm/s。步驟104 :氮?dú)鈿夥障峦嘶饠U(kuò)散形成選區(qū)ρη結(jié)602，酸洗清除硼硅玻璃602 ;其中，酸洗時(shí)使用HF酸、氨水的混合液；或者HN03、HF、氨水的混合液，酸洗過程為10秒至100分鐘，在O度-120度的溫度區(qū)間進(jìn)行；步驟105 :氮化硅減反及表面鈍化膜沉積形成Si3N4減反膜801，用絲網(wǎng)印刷機(jī)在背面和正面絲印銀柵線901，背面絲印鋁背場902，從而形成正負(fù)電扱；其中，利用管式等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法在襯底正面和背面淀積Si3N4減反膜，減反膜厚度在70nm-120nm之間。步驟106 :合金退火，制備出空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池；其具體在鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐中退火合金，正負(fù)電極同時(shí)退火合金，退火過程中無特殊氣氛保護(hù)，完成歐姆接觸合金化的過程。圖2至圖9是本發(fā)明的ー個(gè)具體實(shí)施例。其中，步驟101中，先對(duì)晶體硅201進(jìn)行表面清洗，清洗過程為依次利用去離子水、硝酸、去離子水、氫氟酸、去離子水清洗的過程，清洗時(shí)間依次為2 3min、l小吋、2 3min、30s、2 3min，其中硝酸為濃硝酸，氫氟酸為稀釋的氫氟酸。利用O. SM的腐蝕液在室溫腐蝕30分鐘，形成單面納米絨面。
步驟102中，將空心3微米空心磷硅玻璃微珠放入到丙酮液體中，空心磷硅玻璃微珠懸浮于丙酮表面；而后將納米絨面硅襯底浸入到該混合體中，等待液面保持平靜。步驟103中，將花籃以2cm/s的速度在室溫下進(jìn)行提拉(提拉方向垂直向上)，提拉速度可通過電腦來精確控制和監(jiān)控。納米絨面表面吸附上密排的空心磷硅玻璃微珠，而后在100度左右進(jìn)行烘烤，使得丙酮揮發(fā)干凈。步驟104中，在850度，N2 H2 = 95 5的氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火，退火時(shí)間為32分鐘，將磷選擇性擴(kuò)散到納米絨面表面。而后用濃度為IM的HF酸酸洗12分鐘，腐蝕并清洗掉空心磷硅玻璃微珠。步驟105中，為了制備減反膜，將襯底放入到管式等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)置中，單面或者雙面生長Si3N4膜，膜厚為75nm，沉積溫度為480度。步驟106中，用絲網(wǎng)印刷機(jī)在背面和正面絲印銀柵線；背面鋁背場，印刷完畢后在200 °C熱處理并加以固化。步驟107中，按照大規(guī)模生產(chǎn)線的退火合金方式，對(duì)正面的負(fù)電極、背正的正電極和負(fù)電極進(jìn)行從300°C至900°C的階梯式熱退火處理，最終完成一種密排空心硼硅玻璃微珠選區(qū)摻雜的納米絨面高效太陽能電池制造。以上所述制備エ藝，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于其包括如下工藝步驟 1)、用化學(xué)催化腐蝕的方法在晶體硅襯底正面制備納米絨面結(jié)構(gòu)； 2)、納米絨面襯底背靠背放入樣品花籃，浸入空心硼硅玻璃微珠密布表面的丙酮液體中； 3)、提拉法緩慢提升樣品花籃，空心硼硅玻璃微珠密排附著至納米絨面表面； 4)、氮?dú)鈿夥障峦嘶饠U(kuò)散形成選區(qū)pn結(jié)，酸洗清除硼硅玻璃； 5)、氮化硅減反及表面鈍化膜沉積Si3N4減反膜，用絲網(wǎng)印刷機(jī)在背面和正面絲印銀柵線，背面絲印鋁背場，從而形成正負(fù)電極； 6)、合金退火，制備出空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池。
2.如權(quán)利要求I所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟I)的晶體娃襯底為P型125mmX 125mm單晶娃片、156mmX 156mm單晶娃片或156 X 156mm多晶硅片。
3.如權(quán)利要求2所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟I)的腐蝕液選用稀釋的氫氟酸溶液、去離子水、銀鹽的混合液，其濃度為0.Ol 6. OM ;腐蝕時(shí)間為I分鐘-10小時(shí)之間。
4.如權(quán)利要求3所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟I)的化學(xué)催化腐蝕的方法具體為金屬誘導(dǎo)腐蝕的方法。
5.如權(quán)利要求I所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟3)的空心硼硅玻璃微珠按六角密排方式粘附于晶體硅襯底納米絨面表面，所述空心硼硅玻璃微珠直徑在1-50微米之間。
6.如權(quán)利要求5所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟3)的提拉時(shí)速度保持在lmm/s-lm/s。
7.如權(quán)利要求I所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟4)的退火溫度在500度-1200度，退火時(shí)間為5分至5小時(shí)。
8.如權(quán)利要求7所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟4)使用HF酸、氨水的混合液；或者HN03、HF、氨水的混合液進(jìn)行酸洗，酸洗過程為10秒至100分鐘，在0度-120度的溫度區(qū)間進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求I所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟5)中利用管式等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法在襯底正面和背面淀積Si3N4減反膜，減反膜厚度在70nm-120nm之間。
10.如權(quán)利要求I所述的空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟6)在鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐中退火合金，正負(fù)電極同時(shí)退火合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池制造方法，包括如下工藝步驟晶體硅襯底單面濕法催化腐蝕形成納米絨面(直徑小于1微米)、空心磷硅玻璃微珠在水中的浮起、背靠背襯底樣品花籃中的放置、樣品花籃的提拉完成玻磷硅空心玻璃微珠的密排附著、高溫退火實(shí)現(xiàn)選區(qū)梯度摻雜、腐蝕清洗、淀積氮化硅減反射、絲印柵線和鋁背場，最后退火合金完成空心硼硅玻璃微珠摻雜的納米絨面太陽能電池的制造。本發(fā)明提供的制造方法，以低成本制造為策略，盡可能地利用現(xiàn)有的工藝，而不增加設(shè)備成本。相比傳統(tǒng)的太陽能電池，本方法制得的太陽能電池提高了效率。此外，本方法制備工藝簡單，具有較好的工藝穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102738308SQ20121023809
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者王成林 申請(qǐng)人:遼寧朝陽太陽能科技有限公司