[發明專利]在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面納米織構的方法及制備短波增強型太陽電池的方法

有效

• 申請號: 201310436128.8
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103456804A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 馬忠權;石建偉;徐飛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種硅晶體的表面處理方法及其后續制備太陽能光伏電池的方法，特別是涉及一種利用金屬催化化學腐蝕法工藝制備納米多孔黑硅形成硅晶體的表面織構的方法及進行硅晶體太陽能電池制備方法，應用于太陽能光伏電池技術領域。

背景技術

未經處理的原始多晶體硅表面的反射率是非常高的，那么，直接用這種材料制備的多晶體硅太陽能電池的光學損失是相當大的，極大地限制了電池的光電轉換效率。為了增加入射光的吸收率，傳統的各向異性/同性的化學腐蝕方法是工業上比較成熟的方法，可以制備微米級的太陽能電池絨面。另外，像SiN_x和SiO_x這類光學減反膜也可以在某一波長的范圍極大地減少太陽能電池的表面反射率。然而，即使采用最優化配置的化學腐蝕法和光學減反膜，多晶體硅太陽能電池仍然有相當高的表面反射率，因此限制了其光電轉化效率。

為了降低多晶硅片的表面反射率，增大電池的光生電流密度，研究界紛紛提出許多實驗方法，比如反應離子刻蝕法，電化學腐蝕法，等離子織構法，飛秒激光織構法和金屬催化化學腐蝕法。其中，金屬催化化學腐蝕法工藝簡單，操作方便，成本低廉，并具備以下優點：

（1）利用貴金屬粒子，如Au,?Ag,?Pt,?Pd等的催化活性，這種快速和濕法化學腐蝕法可以很容易制備隨機分布、大小和形狀都比較均勻的納米多孔黑硅（nanoporous?black?silicon,?nb-Si）結構；

（2）該nb-Si結構在寬波段上具有極低的表面反射率<5%，遠低于未經處理前原始硅片的反射率，或是太陽能電池制造工業上目前比較成熟的微米尺度絨面的反射率；

（3）這種納米織構的表面處理方法可以方便地整合到常規的標準晶體硅太陽能電池的后續制備流程中，易于實現工業化生產，具有良好的發展前景。

但是，這種nb-Si結構所制備的太陽能電池的短波量子效率較低，復合損失嚴重，大大地降低其光生電流和光電轉換效率，是一個急需解決的難題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的缺陷，提供一種在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面納米織構的方法及制備短波增強型太陽電池的方法，進行多晶體硅材料表面化學處理，制備一種隨機形成的準規則納米織構，并將表面織構化處理后的多晶體硅進行低表面反射率、高短波光譜響應的太陽能電池制備，本發明方法工藝簡單，操作方便，成本低廉，適于工業生產。

為達到上述發明創造目的，本發明的構思如下：利用金屬催化化學腐蝕法，通過HF,?AgNO₃、H₂O₂和HNO₃等溶液在多晶硅片上形成納米多孔表面結構；然后將部分樣品放入0.1-1%的NaOH腐蝕液中進行納米倒金字塔的表面修飾，形成納米倒金字塔硅（inverted?pyramid?silicon,?IP-Si）結構，其微結構形貌更均勻和平整，有效少數載流子壽命極大地提高；最終在納米織構表面結構上，通過改變太陽能電池制備工藝中氮化硅層的厚度（50-90?nm），制備出低表面反射率、高短波光譜響應的多晶硅太陽能光伏電池。

根據以上發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面納米織構的方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）硅片選擇和表面去損傷：選用多晶硅作為硅片材料，然后利用與硅不發生化學反應的溶劑對硅片進行超聲清洗，去除硅片表面的有機物殘余物質，再將硅片在HF和HNO₃的混合溶液中進行化學腐蝕，去除硅片表面的機械損傷層，得到表面光潔的多晶硅硅片；

（2）金屬催化硅片表面化學腐蝕：將在上述步驟中制備的硅片先浸入HF和AgNO₃的混合水溶液中，在室溫下反應，當硅片表面沉積納米銀顆粒后，再將硅片放置于HF和H₂O₂的混合水溶液中，在室溫條件下進行硅片表面化學腐蝕，在硅片表面上形成納米多孔黑硅織構，然后再將硅片在濃HNO₃溶液中浸泡，而后用去離子水硅對具有納米多孔黑硅織構的硅片進行沖洗，從而去除硅片上多余的納米銀顆粒，得到納米多孔黑硅樣品備用；

（3）硅片表面再修飾：將在步驟（2）中制備的納米多孔黑硅樣品先浸入稀HF溶液中去除其表面氧化層，然后立即浸入0.1～1%的NaOH腐蝕液中進行表面修飾，在室溫下反應3～9分鐘，最終在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面納米織構。