一種激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽電池領(lǐng)域，是一種涉及硅微米柱陣列制備以及多種氣相沉積技術(shù)與激光刻蝕技術(shù)結(jié)合的新型高效a-Si/c-Si太陽電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，能源緊缺問題和全球變暖的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人類對(duì)清潔的可再生能源需求空前急切。光伏太陽能是一種重要的可再生能源，具有能源廣泛，地域限制少，安全可靠等諸多優(yōu)勢。
[0003]自1954年第一塊硅太陽電池應(yīng)用至今，太陽電池經(jīng)過了第一代單晶硅太陽電池，第二代薄膜電池的發(fā)展，但是當(dāng)前高的發(fā)電成本仍然嚴(yán)重限制太陽電池的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，因此從目前光伏太陽電池的發(fā)展來看，其技術(shù)發(fā)展趨勢是成本降低，效率提高。
[0004]徑向結(jié)電池相對(duì)于平面結(jié)電池，可以有效的對(duì)載流子進(jìn)行分離、降低光生載流子的復(fù)合幾率，能夠有效提高太陽電池的短路電流。本發(fā)明采用光刻結(jié)合ICP刻蝕技術(shù)制備大面積硅微米柱陣列，具有一定程度的減反陷光效果，300-1200nm平均反射率可低至15%，相對(duì)于平面娃的36%左右有明顯改善；激光燒蝕形成電極圖案結(jié)合絲網(wǎng)印刷精確對(duì)準(zhǔn)絲印電極，可顯著改善硅基微納結(jié)構(gòu)電極接觸問題；本征非晶硅對(duì)晶硅表面可以實(shí)現(xiàn)良好的鈍化效果，c-Si/a-Si異質(zhì)結(jié)具有較傳統(tǒng)晶硅電池更高的開路電壓；在此基礎(chǔ)上形成的異質(zhì)結(jié)，解決了原有平面結(jié)電池的結(jié)構(gòu)問題，有效提高短路電流。這種電池結(jié)構(gòu)具有較低的反射率、增強(qiáng)光吸收，電極接觸明顯改善、填充因子得到提高，徑向異質(zhì)結(jié)具有高的開路電壓同時(shí)還能有效降低載流子的復(fù)合，最終轉(zhuǎn)換為光電流，實(shí)現(xiàn)更高的電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。本發(fā)明的目的是提出一種激光刻?hào)與-Si/a-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池及其制備方法。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提出了一種微米結(jié)構(gòu)激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備方法，包括以下步驟:
[0007]a)對(duì)N型雙拋單晶硅襯底(201)進(jìn)行清洗；
[0008]b)采用光刻工藝在單晶硅襯底上形成微米柱圖形，此面稱為正面；
[0009]c)在正面采用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕，形成硅微米柱陣列結(jié)構(gòu)(203)；
[0010]d)去除步驟c)N型襯底殘余光刻膠(202);
[0011]e)采用激光燒蝕對(duì)步驟d)得到的N型硅襯底正反兩面進(jìn)行刻蝕形成電極溝槽圖案(204)；
[0012]f)對(duì)步驟e)對(duì)激光燒蝕電極溝槽圖案(204)區(qū)進(jìn)行清洗，去除激光燒蝕區(qū)損傷層及堆積物；
[0013]g)在步驟f) N型襯底的正反兩面分別沉積本征非晶硅(1-a-Si) (205);
[0014]h)在步驟g) N型襯底有微米柱的正面沉積在P型非晶娃(p_a_Si) (206)，在另一面反面沉積N型非晶硅(n-a-Si) (207)；
[0015]i)采用PVD在步驟h)的N型襯底正反兩面均沉積ITO (208)；
[0016]j)采用絲網(wǎng)印刷在步驟i)N型襯底正面對(duì)應(yīng)的激光燒蝕形成的電極溝槽圖案(204)內(nèi)精確對(duì)準(zhǔn)印刷Ag電極(209)，并烘烤，反面印刷全Ag電極，并烘烤。
[0017]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的N型硅片進(jìn)行清洗的步驟，是使用標(biāo)準(zhǔn)的RCA清洗流程對(duì)硅片進(jìn)行清洗，之后去離子水清洗，氮?dú)獯蹈伞?br>[0018]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用光刻工藝形成的微米柱圖形的尺寸為2 μ m0
[0019]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用光刻工藝形成微米柱圖形的具體過程包括:
[0020]氣相成底膜:采用六甲基二硅胺烷(HMDS)成底膜，溫度200°C，時(shí)間20min ；，旋轉(zhuǎn)涂膠:在N型襯底在硅片一面采用勻膠機(jī)將正膠(包括但不限于9912)均勻旋涂；前烘:勻膠之后的硅片在85°C _120°C下真空熱板上烘烤30-60S ;對(duì)準(zhǔn)曝光；顯影；堅(jiān)膜。
[0021]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的ICP刻蝕形成的硅微米柱的長度為5 μπι。
[0022]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的去除N型襯底表面殘余光刻膠的具體過程包括:硅片在丙酮溶液中浸泡60min ;在酒精中浸泡1min ;去離子水沖洗10遍；氮?dú)獯蹈伞?br>[0023]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用激光燒蝕對(duì)N型硅襯底兩面進(jìn)行刻蝕形成電極溝槽圖案的步驟中，所用的激光波長為1064nm、532nm或355nm。
[0024]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用激光燒蝕對(duì)N型硅襯底兩面進(jìn)行刻蝕形成電極溝槽圖案的步驟中，燒蝕寬度依據(jù)設(shè)計(jì)柵線的寬度而定，一般燒蝕寬度寬于柵線寬度15-25 μm0
[0025]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的對(duì)激光燒蝕區(qū)進(jìn)行清洗，去除激光燒蝕區(qū)損傷層及堆積物的步驟中，清洗的腐蝕液為稀的NaOH溶液，之后去離子水沖洗10遍，氮?dú)獯蹈伞?br>[0026]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的在N型襯底兩面分別沉積本征非晶硅(1-a-Si)的方法包括但不限于PECVD。
[0027]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的在N型襯底兩面分別沉積本征非晶硅(1-a-Si)的厚度為5-15nm0
[0028]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的在N型襯底有微米柱的一面沉積在P型非晶硅(p-a-Si)，在另一面沉積N型非晶硅(n-a-Si)的方法包括但不限于PECVD。
[0029]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的在N型襯底有微米柱的一面沉積在P型非晶硅(p-a-Si)，在另一面沉積N型非晶娃(n-a-Si)的厚度為10_20nm。
[0030]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用PVD在硅片兩面沉積ITO的方法包括但不限于磁控濺射。
[0031]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用PVD在硅片兩面沉積ITO的厚度分別為正面 70_90nm 和反面 150_250nm。
[0032]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的采用絲網(wǎng)印刷在N型襯底正面面激光燒蝕形成的電極圖案區(qū)域精確對(duì)準(zhǔn)印刷Ag電極，并烘烤的步驟中，絲網(wǎng)印刷對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)到Ιμπι。
[0033]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的烘烤的溫度為150?200°C，時(shí)間為200?600so
[0034]本發(fā)明的激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池及其制備方法，能夠制備尺寸均勻的微米柱陣列，在此基礎(chǔ)結(jié)合上激光刻蝕技術(shù)以及氣相沉積技術(shù)制備的徑向異質(zhì)結(jié)電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)。這種電池結(jié)構(gòu)，由于微米柱陣列能夠有效增加光的傳播路徑，有效降低反射率(反射率在15%左右)，因此可以顯著提高晶硅材料的光吸收能力，激光燒蝕結(jié)合絲網(wǎng)印刷形成電極可以有效解決微納結(jié)構(gòu)電極接觸問題，徑向結(jié)結(jié)構(gòu)(PN結(jié)與光入射方向垂直)改變了傳統(tǒng)電池PN結(jié)與光入射方向平行，載流子輸運(yùn)距離有效降低，載流子復(fù)合概率降低，提高載流子的輸運(yùn)能力，增加了光生電流，同時(shí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)還具有高的開路電壓，電池轉(zhuǎn)換效率明顯得到改善。
[0035]本發(fā)明的激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池及其制備方法，在部分與現(xiàn)有太陽能電池制備工藝兼容的前提下，提出了創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，并給出有效的制備方法，以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0036]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0037]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0038]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池的制備方法流程圖；
[0039]圖2-圖9為本發(fā)明實(shí)施例的激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池的各個(gè)制作階段的示意圖；
[0040]其中圖2為光刻形成微米柱結(jié)構(gòu)圖形；
[0041]圖3為采用ICP刻蝕形成硅微米柱結(jié)構(gòu)(帶有殘余光刻膠)圖形；
[0042]圖4為去除光刻膠后的硅微米柱結(jié)構(gòu)圖形；
[0043]圖5為采用激光燒蝕在硅微米柱襯底正面上制備電極圖案后圖形；
[0044]圖6為在娃襯底兩面沉積本征非晶娃后圖形；
[0045]圖7為在娃襯底正面沉積P型非晶娃，在背面沉積N型非晶娃后圖形；
[0046]圖8為在娃襯底兩面沉積ITO后圖形；
[0047]圖9為絲網(wǎng)印刷電極后圖形。
[0048]201單晶硅襯底、202光刻膠、203硅微米柱陣列結(jié)構(gòu)、204電極溝槽圖案、205本征非晶硅、206P型非晶硅、207N型非晶硅、208IT0、209Ag電極。
【具體實(shí)施方式】
[0049]本發(fā)明通常涉及一種激光刻?hào)臿-Si/c-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池及其制備方法。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并不構(gòu)成本發(fā)明的限制。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。
[0050]實(shí)施例1
[0051]參考圖1和圖2，圖2和圖1分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光刻?hào)臗-Si/a-Si徑向異質(zhì)結(jié)電池及其制備方法的流程圖。
[0052](I)在步驟101中，首先對(duì)N型單晶硅襯底201進(jìn)行清洗。優(yōu)選的，具體工藝流程為:1、將η型單晶硅襯底置于丙酮中超聲清洗15min，去離子水沖洗10次；2將η型單晶硅襯底置于酒精中超聲清洗15min，去離子水沖洗10次；3、將η型單晶硅襯底置于H2SO4 = H2O2=3:1的煮沸混合溶液中清洗lOmin，去離子水沖洗10次，5%的HF溶液中去除氧化層；4、將η型單晶硅襯底置于NH3.H2O:Η202:H2O = 1: 1:5混合溶液中中70-80 °C清洗lOmin，去離子水沖洗10次，5%的HF溶液中去除氧化層；5、將η型單晶硅襯底置于HC1:H202:H20 =1:1:6混合溶液中70-80°C清洗lOmin，去離子水沖洗10次，5%的HF溶液中去除氧化層。
[0053](2)接著在步驟102中，在η型單晶硅襯底201上采用光刻的方法制備光刻膠掩膜202，如圖2所示。優(yōu)選的，采用的光刻機(jī)為suss ΜΑ6，光刻膠選取型號(hào)為9912正性光刻膠，勻膠機(jī)在3000轉(zhuǎn)下勻膠lmin，100°C下前烘60s，紫外曝光時(shí)間為5s，顯影時(shí)間為60s，120°C下堅(jiān)膜溫度90s。光刻膠掩膜202的為圓柱形狀，直徑為2um，周期