專利名稱：一種太陽能電池表面低溫鈍化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硅太陽能電池的鈍化技術領域，特別涉及一種用于納米表面硅太陽能電池表面的低溫鈍化方法，適用于多種具有納米表面的納米表面硅太陽能電池。
背景技術：
納米表面硅作為一種新型低反射率的硅材料，具有超低的反射率和良好的廣譜吸收特性，并且支持大角度的光吸收，使其在光電子器件，尤其太陽能電池方面具有巨大的應用前景。雖然納米表面硅表面的納米結構降低了光的反射，但也因此加大了太陽能電池的表面積，表面過多的復合中心加劇了光生載流子的復合，從而限制了轉換效率的提高。為了提高納米表面硅電池轉換效率，必須進行有效表面鈍化?，F(xiàn)在用于硅太陽能電池的鈍化技術包括化學氣相沉積介質(zhì)薄膜鈍化法和表面熱氧化鈍化法。但是由于納米表面硅太陽能電池表面的納米結構存在細小的間隙，化學氣相沉積的介質(zhì)很難達到細小間隙的底部，不能完全覆蓋到電池表面，很難達到鈍化的效果。傳統(tǒng)的熱氧化鈍化可以解決覆蓋問題，但通常要在高于800°C的條件下進行，這樣高的溫度又會破壞太陽電池的原有結構，如發(fā)射極的方塊電阻、pn結的特性。如何在低溫下實現(xiàn)納米表面硅表面的完全鈍化是發(fā)展納米表面硅太陽能電池的一個關鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述背景技術中的技術問題，提供一種納米表面硅太陽能電池的低溫鈍化方法，本發(fā)明不用以往的化學氣相沉積法和高溫熱氧化法，而是采用低溫高壓氧化法，通過反應源低溫熱氧化制備鈍化層，既能夠完全覆蓋于納米表面硅表面，又不破壞器件原始結構，并有效降低納米表面硅表面復合中心，從而提高納米表面硅太陽能電池效率。具有工藝簡單易行，成本低廉的優(yōu)點。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是提供了一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，將氧氣O2或水蒸汽H2O與氧氣O2的混合物作為反應源，首先加入調(diào)節(jié)鈍化層折射率的反應物，然后加入抑制納米結構6與發(fā)射極3中摻雜物質(zhì)擴散的反應物，完成反應源的配制；將已經(jīng)制備好納米結構6的納米表面硅太陽能電池樣品放入高壓反應釜中，向高壓反應釜中通入已配制好的反應源，密封后加熱，高壓條件下高濃度反應源極易彌散進入納米表面硅太陽能電池表面納米結構6的縫隙中，熱氧化形成的氧化硅鈍化層5完全覆蓋于納米表面硅表面，達到納米結構6與發(fā)射極3完全被氧化硅鈍化層5包覆的效果。主體為氧化硅的鈍化層的成膜速度取決于反應氣壓、加熱溫度、反應源種類
所述高壓反應釜中的反應氣壓為30-80個大氣壓。所述加熱溫度為300— 500°C。所述反應源為氧氣O2時，氧化硅鈍化層5的成膜速度為5-20nm/10min。所述反應源水蒸汽H 2O與氧氣O2的混合物時，氧化硅鈍化層5的成膜速度為
5-50nm/10mino
納米表面硅太陽能電池樣品是在高壓條件下進行熱氧化反應，器件表面的反應氣體處于高濃度狀態(tài)，由于高濃度差使得反應氣體中的氧氣O2和水蒸汽H2O持續(xù)滲入器件表面，在較低的溫度下即可完成氧化硅鈍化層的制備，避免了高溫對原型器件的破壞。本發(fā)明的有益效果是1、在較低的溫度下即可完成氧化硅鈍化層的制備，避免了高溫對原型器件的破壞。2、熱氧化形成的氧化硅鈍化層完全覆蓋于納米表面硅太陽能電池表面。3、高濃度的氧化源使得熱氧化形成的氧化硅鈍化層更加致密。4、反應源中方便加入摻雜劑，可調(diào)節(jié)鈍化層折射率。


圖1是納米表面硅太陽能電池結構示意圖。圖2是納米表面硅太陽能電池鈍化前后的1-V測試曲線對比圖。圖3是納米表面硅太陽能電池鈍化前后的量子效率對比圖。附圖標識1_金屬下電極，2-基極，3-發(fā)射極，4-金屬上電極，5-氧化硅鈍化層，
6-納米結構。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。公知的納米表面硅太陽能電池結構如圖1所示。其結構包括由基極2與發(fā)射極3組成的PN結、金屬下電極1、金屬上電極4、納米結構6、鈍化層5。器件的制備順序如下制備PN結2與3，制備納米結構6，制備鈍化層5，制備上下電極I與4。本發(fā)明提供的鈍化方法發(fā)生在制備納米結構6之后，也可發(fā)生在制備上下電極I與4之后。本發(fā)明一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，將氧氣O2或水蒸汽H2O與氧氣O2的混合物作為反應源，首先加入調(diào)節(jié)鈍化層折射率的反應物，然后加入抑制納米結構6與發(fā)射極3中摻雜物質(zhì)擴散的反應物，完成反應源的配制；將已經(jīng)制備好納米結構6的納米表面硅太陽能電池樣品放入高壓反應釜中，向高壓反應釜中通入已配制好的反應源，密封后加熱，高壓條件下高濃度反應源極易彌散進入納米表面硅太陽能電池表面納米結構6的縫隙中，熱氧化形成的氧化硅鈍化層5完全覆蓋于納米表面硅表面，達到納米結構6與發(fā)射極3完全被氧化硅鈍化層5包覆的效果。主體為氧化硅的鈍化層的成膜速度取決于反應氣壓、加熱溫度、反應源種類
所述高壓反應釜中的反應氣壓為30-80個大氣壓。所述加熱溫度為300— 500°C。所述反應源為氧氣O2時，氧化硅鈍化層5的成膜速度為5-20nm/10min。所述反應源水蒸汽H2O與氧氣O2的混合物時，氧化硅鈍化層5的成膜速度為5-50nm/10mino納米表面硅太陽能電池樣品是在高壓條件下進行熱氧化反應，器件表面的反應氣體處于高濃度狀態(tài)，由于高濃度差使得反應氣體中的氧氣O2和水蒸汽H2O持續(xù)滲入器件表面，在較低的溫度下即可完成氧化硅鈍化層的制備，避免了高溫對原型器件的破壞。實施例1 :將已經(jīng)制備好的具有納米結構6的納米表面硅太陽能電池的原型樣品放入高壓反應釜內(nèi)，向高壓反應釜內(nèi)通入20個大氣壓的純氧氣O2 ;再將密封好的高壓反應釜加熱至400°C，此時反應釜的氣壓隨之增加到4. 3X106 Pa，樣品在此條件下持續(xù)加熱25分鐘。如圖1所示此方法鈍化后的樣品采用絲網(wǎng)印刷法制備金屬下電極I和金屬上電極4，采用太陽能電池效率測試系統(tǒng)對鈍化前和鈍化后的納米表面硅太陽能電池進行測試，測試結果表明納米表面硅太陽能電池效率由未鈍化的10. 6%升高至鈍化后的12. 2%，短路電流與填充因子明顯的提高。效率測試系統(tǒng)測得的1-V參照圖2，鈍化前后量子效率測試參照圖3。實施例2
已經(jīng)制備好的具有納米結構6的納米表面硅太陽能電池的原型樣品放入高壓反應釜內(nèi)；向密封反應釜的進氣口持續(xù)通入40個大氣壓、400°C的流動的純氧氣02，調(diào)節(jié)反應釜出氣口的出氣量使反應釜內(nèi)部氣壓維持在40個大氣壓；反應釜內(nèi)部溫度保持在400°C條件下；樣品在此條件下持續(xù)加熱25分鐘。測試結果表明納米表面硅太陽能電池效率由未鈍化的10. 6%升高至鈍化后的12. 1%，短路電流與填充因子明顯的提高。效率測試系統(tǒng)測得的1-V參照圖2，鈍化前后量子效率測試參照圖3。
實施例3
將已經(jīng)制備好的具有納米結構6的納米表面硅太陽能電池的原型樣品放入高壓反應釜內(nèi)，在反應釜中加入I毫升水；
向高壓反應釜內(nèi) 通入10個大氣壓的純氧氣O2;再將密封好的高壓反應釜加熱至300°C，此時反應釜的氣壓隨之增加并控制在4. OX 106 Pa，樣品在此條件下持續(xù)加熱25分鐘。測試結果表明納米表面硅太陽能電池效率由未鈍化的10. 6%升高至鈍化后的12. 8%，短路電流與填充因子明顯的提高。效率測試系統(tǒng)測得的1-V參照圖2，鈍化前后量子效率測試參照圖3。以上內(nèi)容是結合優(yōu)選技術方案對本發(fā)明所做的進一步詳細說明，不能認定發(fā)明的具體實施僅限于這些說明。對本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的構思的前提下，還可以做出簡單的推演及替換，都應當視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，其特征在于將氧氣O2或水蒸汽H2O與氧氣O2的混合物作為反應源，首先加入調(diào)節(jié)鈍化層折射率的反應物，然后加入抑制納米結構(6)與發(fā)射極(3)中摻雜物質(zhì)擴散的反應物，完成反應源的配制；將已經(jīng)制備好納米結構(6)的納米表面硅太陽能電池樣品放入高壓反應釜中，向高壓反應釜中通入已配制好的反應源，密封后加熱，高濃度反應源彌散進入納米表面硅太陽能電池表面納米結構(6)的縫隙中，熱氧化形成的氧化硅鈍化層(5 )完全覆蓋于納米表面硅表面，納米結構(6 )與發(fā)射極(3 )完全被氧化硅鈍化層(5)包覆。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，其特征在于所述高壓反應釜中的反應氣壓為30-80個大氣壓。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，其特征在于所述加熱溫度為 300—500°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，其特征在于所述反應源為氧氣O2時，氧化硅鈍化層(5)的成膜速度為5-20nm/10min。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，其特征在于所述反應源水蒸汽H2O與氧氣O2的混合物時,氧化娃鈍化層(5)的成膜速度為5-50nm/10min。
全文摘要
本發(fā)明涉及硅太陽能電池的鈍化技術領域，公開了一種太陽能電池表面低溫鈍化方法，將氧氣O2或水蒸汽H2O與氧氣O2的混合物作為反應源，加入調(diào)節(jié)鈍化層折射率的反應物，再加入抑制納米結構與發(fā)射極中摻雜物質(zhì)擴散的反應物，完成反應源的配制；將已經(jīng)制備好納米結構的納米表面硅太陽能電池樣品放入高壓反應釜中，向高壓反應釜中通入已配制好的反應源，密封后加熱，高濃度反應源彌散進入納米表面硅太陽能電池表面納米結構的縫隙中，熱氧化形成的氧化硅鈍化層完全覆蓋于納米表面硅表面，納米結構與發(fā)射極完全被氧化硅鈍化層包覆。本發(fā)明在較低的溫度下即可完成氧化硅鈍化層的制備，避免了高溫對原型器件的破壞；反應源中方便加入摻雜劑，可調(diào)節(jié)鈍化層折射率。
文檔編號H01L31/18GK103035782SQ20131000089
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權日2013年1月5日
發(fā)明者劉維峰, 邊繼明, 申人升, 朱慧超 申請人:大連理工大學