基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，特別是涉及一種基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源的短缺和氣候變暖，太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源正取代傳統(tǒng)的火力發(fā)電成為當(dāng)今能源領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)和發(fā)展的趨勢(shì)。然而，太陽(yáng)能發(fā)電成本高、轉(zhuǎn)化效率低已成為制約其發(fā)展的主要瓶頸。如果能將21世紀(jì)的標(biāo)志技術(shù):納米結(jié)構(gòu)制造融合其中，形成第三代太陽(yáng)能電池，將有助于解決長(zhǎng)期困擾這兩個(gè)領(lǐng)域的效率低，成本高的瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能技術(shù)的飛躍。
[0003]在硅基納米柱陣列的制備方面:英國(guó)石油公司(BP)聯(lián)合美國(guó)加州理工大學(xué)，通過(guò)Au或Al等金屬顆粒催化氣相生長(zhǎng)方法制備硅納米柱陣列。該方法工藝條件雖穩(wěn)定、可重復(fù)，但無(wú)法去除Au或Al等催化金屬，造成金屬離子的引入，使太陽(yáng)能電池的特性惡化。而且此方法生長(zhǎng)的硅納米柱并非垂直分布，不利于后續(xù)器件的制備。此外，美國(guó)波特蘭大學(xué)和佛羅里達(dá)州立大學(xué)采用化學(xué)旋涂混有硅納米晶的生物減反膜，并通過(guò)硅顆粒掩蔽干法刻蝕晶體硅形成規(guī)則的納米柱。此法雖然可以大規(guī)模生產(chǎn)，且能得到規(guī)則分布的納米柱陣列。然而，此技術(shù)并未能夠應(yīng)用到太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。而且硅納米晶會(huì)被刻蝕造成掩蔽效果差，從而起不到掩蔽效果，造成晶體硅納米柱的腐蝕，影響最終電池特性。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)CN102115028A公開(kāi)了一種制備硅基納米柱陣列的方法，主要用于電池效率的提高以及研制基于硅基納米柱的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。該方法中，利用濕法腐蝕的方法制備了垂直分布的、可一次在硅片表面大面積制備納米線陣列。該方法制備步驟簡(jiǎn)單，且與傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池工藝兼容。但是，在該方法中，單純采用硅納米線減反，一方面表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜鈍化效果差，另一方面不能與電極形成良好歐姆接觸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池及其制備方法，該太陽(yáng)能電池中的納米線陣列具有分級(jí)結(jié)構(gòu)，可獲得較低反射率的電池，同時(shí)可有效降低納米線長(zhǎng)度，有利于鈍化層覆蓋，降低光生載流子表面復(fù)合概率。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0007]一種基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池，包括依次疊層連接的背電極、硅襯底、擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層、納米線陣列、鈍化層以及正面電極；其中，所述硅襯底具有一金字塔型絨面，所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層位于所述金字塔型絨面上，所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層與所述硅襯底形成PN結(jié)；所述納米線陣列通過(guò)在所述金字塔型絨面上刻蝕形成，每一納米線包括摻雜類型相同的底部納米線和頂部納米線，其中，頂部納米線比底部納米線具有更高的摻雜濃度。
[0008]其中，所述頂部納米線的長(zhǎng)度為0.2?I μπι，所述底部納米線的長(zhǎng)度為100?500nmo
[0009]其中，所述硅襯底為太陽(yáng)能級(jí)硅襯底，P型或η型摻雜，晶面指數(shù)為(100);當(dāng)所述硅襯底為P型摻雜，則所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層為磷擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層；當(dāng)所述硅襯底為η型摻雜，則所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層為硼擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層。
[0010]進(jìn)一步地，該太陽(yáng)能電池還包括Al背場(chǎng)，位于所述背電極與硅襯底之間。
[0011]如上的基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池的制備方法，包括步驟:
[0012]S101、提供一硅襯底，并用堿溶液腐蝕獲得金字塔型絨面；
[0013]S102、在金字塔型絨面上進(jìn)行第一次擴(kuò)散，獲得第一擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層；
[0014]S103、在第一擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層上進(jìn)行濕法刻蝕，獲得納米線陣列；其中，由第一擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層刻蝕形成頂部納米線，由金字塔型絨面刻蝕形成底部納米線；
[0015]S104、在金字塔型絨面上進(jìn)行第二次擴(kuò)散，獲得第二擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層，第二擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層與硅襯底形成PN結(jié)，并使頂部納米線比底部納米線具有更高的摻雜濃度。
[0016]具體地，步驟SlOl中，所述堿溶液采用濃度為2?6%的KOH或NaOH溶液，腐蝕時(shí)間為20?40min，溫度85?95°C。
[0017]具體地，所述第一擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層和所述第二擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層的方塊電阻均為40?90 Ω，深度為0.2?I μπι。
[0018]具體地，步驟S103中，刻蝕溶液采用濃度為4.0?6.0M的氫氟酸和濃度為0.01?
0.03Μ的銀或鎳的鹽溶液的混合溶液，溶液溫度為20°C?50°C，刻蝕時(shí)間為30s?3min。
[0019]進(jìn)一步地，在步驟S103之后，還包括清洗納米線陣列的步驟，依次采用去離子水、硝酸溶液、鹽酸溶液以及去離子水清洗具有納米線陣列的硅襯底。
[0020]進(jìn)一步地，該方法還包括步驟:在納米線陣列上制備鈍化層和正面電極；在與納米線陣列相對(duì)一面的硅襯底上依次制備Al背場(chǎng)和背電極。
[0021]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0022]首先，該方法利用濕法化學(xué)腐蝕形成硅基納米線陣列，能夠極大降低因干法刻蝕所造成的損傷，而且由于納米線陣列的獨(dú)特減反效果，增加了光能的吸收，有利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率。
[0023]其次，該方法通過(guò)兩次擴(kuò)散工藝，最終制備得到的納米線具有分級(jí)結(jié)構(gòu)，一方面提高了納米先與電極的接觸特性，改善了納米先陣列與電極接觸的問(wèn)題；另一方面，由于納米線生長(zhǎng)在金字塔減反結(jié)構(gòu)之上，獲得較低反射率電池的同時(shí)可有效降低納米線長(zhǎng)度，有利于鈍化層覆蓋，降低光生載流子表面復(fù)合概率。
[0024]最后，該方法制備的基于納米線陣列的太陽(yáng)能電池，其制備工藝能很好的與現(xiàn)有工藝結(jié)合，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(yáng)能電池。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是如圖1所示的太陽(yáng)能電池的局部放大示意圖。
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的太陽(yáng)能電池的制備方法的工藝流程圖。
[0028]圖4a_圖4f是本發(fā)明太陽(yáng)能電池的制備方法的各步驟示例性圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0030]參閱圖1和圖2，本實(shí)施例提供的一種基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池，包括依次疊層連接的背電極60、Al背場(chǎng)70、硅襯底10、擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層20、納米線陣列30、鈍化層40以及正面電極50。其中，所述硅襯底10具有一金字塔型絨面10a，所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層20位于所述金字塔型絨面1a上，所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層20與所述硅襯底10形成PN結(jié)。所述納米線陣列30通過(guò)在所述金字塔型絨面1a上刻蝕形成，每一納米線30a包括摻雜類型相同的底部納米線302和頂部納米線301，其中，頂部納米線301比底部納米線302具有更高的摻雜濃度。
[0031]所述納米線陣列30是通過(guò)在所述金字塔型絨面1a上刻蝕形成。每一納米線30a中，頂部納米線301經(jīng)過(guò)兩次擴(kuò)散摻雜，底部納米線302經(jīng)過(guò)一次擴(kuò)散摻雜，因此底部納米線302和頂部納米線301具有相同的摻雜類型，并且頂部納米線301比底部納米線302具有更高的摻雜濃度。進(jìn)一步地，所述頂部納米線的長(zhǎng)度為0.2?I μπι，所述底部納米線的長(zhǎng)度為100?500nm。
[0032]如上的太陽(yáng)能電池中，其中的納米線具有分級(jí)結(jié)構(gòu)(包括摻雜濃度不同的底部納米線和頂部納米線)，一方面提高了納米先與電極的接觸特性，改善了納米先陣列與電極接觸的問(wèn)題；另一方面，由于納米線生長(zhǎng)在金字塔減反結(jié)構(gòu)之上，獲得較低反射率電池的同時(shí)可有效降低納米線長(zhǎng)度，有利于鈍化層覆蓋，降低光生載流子表面復(fù)合概率。
[0033]進(jìn)一步地，所述硅襯底10為太陽(yáng)能級(jí)硅襯底(純度大于99.9999%的硅襯底)，p型或η型摻雜，晶面指數(shù)為(100)。當(dāng)所述硅襯底10為P型摻雜，則所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層20為磷擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層；當(dāng)所述硅襯底10為η型摻雜，則所述擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層20為硼擴(kuò)散結(jié)構(gòu)層。
[0034]下面參閱圖3和圖4a_圖4f詳細(xì)說(shuō)明如上所述太陽(yáng)能電池的制備工藝過(guò)程。
[0035]如圖3所示，本實(shí)施例提供的基于硅基納米線的太陽(yáng)能電池的制備方法，包括步驟:
[0036](a)、提供一硅襯底10，并用堿溶液腐蝕獲得金