[發(fā)明專利]一種用于太陽電池的硅基納米結(jié)構(gòu)及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210066508.2
• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102593261A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈銳;竇丙飛;陳晨;李昊峰;金智;劉新宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0352;B82Y40/00;B82Y10/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于太陽電池的硅基納米結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，能源緊缺問題和全球變暖的環(huán)境問題日益嚴重，人類對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。

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，其技術(shù)發(fā)展趨勢是成本降低，效率提高。

目前市場應(yīng)用的太陽電池以晶體硅電池為主，但成本高仍然是限制光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，如何提高效率以降低成本成為太陽電池研究的關(guān)注點。

從目前晶硅電池對太陽光的吸收角度看，能量大于硅禁帶寬度的光子特別是高能量的短波長光子很大一部分以熱能形式損失，而一部分紅外波段的光子會透過電池不能被吸收。即使在可見波段，硅表面的反射也較大，損失了相當(dāng)?shù)墓狻Ｈ绻堰@些損失的光有效地利用起來，則可以實現(xiàn)電池效率的顯著提高。

本發(fā)明利用PS球覆蓋和金屬掩膜層生長，結(jié)合干法和濕法腐蝕，制備了一種應(yīng)用于太陽電池的硅基納米結(jié)構(gòu)。這種納米結(jié)構(gòu)具有超低的反射率和高效的陷光能力，應(yīng)用在晶硅太陽電池上，從而減少反射，并且將容易透過電池的長波限制在體內(nèi)，增強光吸收，最終轉(zhuǎn)換為光電流，實現(xiàn)更高的電池效率。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于太陽電池的硅基納米結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決太陽電池中存在的入射光反射和透射的損失問題，達到減少反射，增強光吸收，獲得更高電池效率的目的。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于太陽電池的硅基納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：清洗硅片；在硅片表面上旋涂覆蓋上單層PS球；對PS球進行刻蝕，減小PS球尺寸；在硅片表面沉積金屬薄膜層，形成金屬掩膜；將硅片表面剩余的PS球去除，剩下金屬掩膜層；采用干法刻蝕或濕法腐蝕方法，形成硅基納米結(jié)構(gòu)；以及濃酸加熱處理硅片，去除剩余的金屬，完成硅基納米結(jié)構(gòu)的制備。

上述方案中，所述清洗硅片的步驟中，是使用濃H₂SO₄和雙氧水混合加熱沸騰清洗，然后再分別采用HF溶液和去離子水清洗，氮氣吹干。

上述方案中，所述在硅片表面上旋涂覆蓋上單層PS球的步驟中，是將PS球分散于乙醇中，旋涂轉(zhuǎn)速為1000～5000rpm；PS球直徑為100nm～100μm，覆蓋為單層密排的PS球?qū)印?/p>

上述方案中，所述對PS球進行刻蝕減小PS球尺寸的步驟中，是采用干法刻蝕的方法對PS球進行刻蝕，將PS球的直徑減小為60nm～60μm。所述干法刻蝕方法是采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法。

上述方案中，所述在硅片表面沉積金屬薄膜層形成金屬掩膜的步驟中，是采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射在硅片表面無PS球掩蔽的區(qū)域沉積金屬薄膜層，該金屬薄膜層采用的金屬為金、銀、銅或鎳，該金屬薄膜層的厚度為20nm～200nm。

上述方案中，所述將硅片表面剩余的PS球去除的步驟中，是采用超聲清洗的方式去除硅片表面剩余的PS球。

上述方案中，所述采用干法刻蝕或濕法腐蝕方法形成硅基納米結(jié)構(gòu)的步驟中，所述干法刻蝕為反應(yīng)離子刻蝕，所述濕法腐蝕為使用HF和雙氧水混合溶液腐蝕，腐蝕時間為10分鐘～120分鐘；所述硅基納米結(jié)構(gòu)，其深度為0.3～3μm，形狀為金屬掩膜的形狀。

上述方案中，所述濃酸加熱處理硅片去除剩余的金屬的步驟中，是采用濃硝酸加熱清洗硅片，再采用HF和去離子水清洗，去除剩余的金屬。

為達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種用于太陽電池的硅基納米結(jié)構(gòu)，包括：硅襯底，與其上的納米柱陣列或納米孔陣列相結(jié)合；以及形成于該硅襯底上的納米柱陣列或納米孔陣列。

上述方案中，所述硅襯底為晶體硅片，該晶體硅片為P型硅片或N型硅片。

上述方案中，所述硅襯底用于支撐其上納米柱陣列或納米孔陣列，同時作為太陽電池基區(qū)和發(fā)射區(qū)。

上述方案中，所述納米柱陣列或納米孔陣列，為在硅襯底上直接刻蝕而制備的，與硅襯底自然地為一體結(jié)合。所述的納米柱陣列或納米孔陣列，用于作為太陽電池的減反層和陷光層，同時作為太陽電池基區(qū)和發(fā)射區(qū)。所述納米柱陣列或納米孔陣列，直徑為60nm～60μm，周期為100nm～100μm，深度或長度為0.3μm～3μm。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：