[發(fā)明專利]一種基于硅納米錐晶體的全太陽光譜響應(yīng)的太陽電池制備方法

無效

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• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104064625A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱迎;王亮興;周靖;宋省池;陸明
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;王潔平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏新型材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于硅納米錐晶體的全太陽光譜響應(yīng)的太陽電池制備方法。

背景技術(shù)

提高太陽電池效率的方法之一是讓更多入射光子進入電池，常用的方法是在電池表面采用金字塔表面和減反射膜，這種兩種方法的效果不是十分理想，不僅在短波和長波范圍內(nèi)反射較大，而且對低入射角的太陽光以及散射光的反射很大；此外，常規(guī)方法的工藝復(fù)雜、成本較高。

硅表面納米或者微米結(jié)構(gòu)通常由表面針狀或錐狀陣列構(gòu)成，由于其獨特的光學(xué)性質(zhì)在提高光電探測器靈敏度、提高太陽能電池效率等多方面找到應(yīng)用，受到了極大的關(guān)注。這種納米或微米結(jié)構(gòu)的針狀或錐狀陣列應(yīng)用太陽電池表面，不僅在很寬的波長范圍內(nèi)（從短波到長波）的反射極小，而且對不同角度入射的太陽光的反射也比常規(guī)方法小得多。有很多途徑可以制備這種表面，比如電化學(xué)刻蝕、等離子體增強化學(xué)刻蝕以及活性脈沖激光刻蝕等，但由于這些方法對設(shè)備的要求較高，很難適用大規(guī)模生產(chǎn)（例如太陽能電池的表面制絨化處理）。

本發(fā)明采用離子束濺射引導(dǎo)硅表面納米錐陣列結(jié)構(gòu)，此方法對設(shè)備要求較低，成本低廉，安全無毒且外延結(jié)晶度好，是一種新型的制備表面制絨硅的有效途徑。同時基于此種硅納米錐晶體對全太陽光譜波段的強吸收特性以及紅外光電性質(zhì)，制備成一種全太陽光譜響應(yīng)的太陽電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種新的基于硅納米錐晶體的太陽電池的制備方法，其對設(shè)備要求較低，制造成本低廉，安全無毒，能夠獲得極低反射的全太陽光譜響應(yīng)的太陽電池。

本發(fā)明通過離子束轟擊得到表面制絨硅，其是一種對可見和近紅外波段的光有低反射和強吸收的硅表面結(jié)構(gòu)，通常由表面針狀或錐狀陣列構(gòu)成。由于其獨特的光學(xué)性質(zhì)，在提高光電探測器靈敏度、提高太陽能電池效率等多方面找到應(yīng)用。

本發(fā)明提供的一種基于硅納米錐晶體的全太陽光譜響應(yīng)的太陽電池制備方法，具體步驟如下：

（1）制備PN結(jié)：對P型或N型硅片進行摻雜形成PN結(jié)，結(jié)深為100納米到600納米；

（2）表面硅納米錐制備：對硅片進行大束流離子束轟擊，在表面自組織生長硅納米錐，同時進行真空退火，消除表面缺陷，硅納米錐的高度為100納米到400納米；

（3）上表面鈍化：在上表面蒸鍍一層二氧化硅、三氧化二鋁或氮化硅鈍化層實現(xiàn)場效應(yīng)鈍化，鈍化層的厚度為10納米到100納米；

（4）下表面鈍化：在下表面蒸鍍一層三氧化二鋁或氧化鎂實現(xiàn)場效應(yīng)鈍化，鈍化層的厚度為10納米到200納米；

（5）制作上下電極，從而得到太陽電池。

上述步驟（1）中，通過掩模板對P型或N型硅片進行金屬離子摻雜，摻雜元素包括鐵、鉻或鉬中任一種。

上述步驟（1）中，通過磷漿的旋涂施膠、熱擴散燒結(jié)方法對P型或N型硅片進行磷摻雜。

上述步驟（2）中，采用離子束為惰性氣體離子束；所述惰性氣體離子束為氬離子或氮離子中任一種。其采用考夫曼離子源，它為一種標準化離子源，由燈絲、陽極環(huán)、永磁鐵、屏柵和加速柵構(gòu)成。

上述步驟（2）中，通過輻射或熱傳導(dǎo)加熱控制平面硅片的溫度，進而改變納米錐形貌特征。真空退火時采用一個真空腔內(nèi)的鎢絲熱電子轟擊裝置，對樣品進行加熱。

上述步驟（5）中，通過絲網(wǎng)印刷背面鋁電極漿料或蒸鍍鋁電極制作下電極，通過上表面上絲網(wǎng)印刷銀電極，或者蒸鍍TiAg或TiPaAg，或者采用透明導(dǎo)電膜TCO制作上電極。

本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明通過離子束轟擊得到表面制絨硅，由于其對全太陽光譜波段的強吸收特性，且制備方法成本低廉，可用于大規(guī)模生產(chǎn)，因此可作為一種基于硅納米錐晶體的新型表面減反射制絨硅襯底。同時經(jīng)過表面鈍化以及背部鋁背場效應(yīng)，最后加上一些常規(guī)的電池電極制作工藝，可得到一種對全太陽光譜響應(yīng)的基于硅納米錐晶體的太陽電池。

附圖說明

圖1為本發(fā)明得到的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例得到的電池結(jié)構(gòu)示意圖，其中硅納米錐是鑲嵌在二氧化硅層中。

圖3為硅納米錐陣列SEM結(jié)構(gòu)圖表征。

圖4為平面硅和表面制絨硅的光學(xué)性質(zhì)（吸收譜）。

圖5為電池測量結(jié)果，包括IV曲線、效率等，由太陽光模擬光源AM1.5儀器測試完成，其中Voc為開路電壓，Jsc為短路電流密度，F(xiàn)F為填充因子，Eff為電池效率。