[發明專利]一種柔性高陷光性徑向結異質結高效晶體硅太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410295530.3
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104201234A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 余林蔚;李成棟
• 申請（專利權）人: 余林蔚;李成棟
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/072;H01L31/036;H01L31/0216
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及一種太陽電池及其制備方法，特別是關于一種柔性高陷光性徑向結異質結高效晶體硅太陽電池及其制備方法。

技術背景

基于非晶體硅的柔性太陽電池，由于材料質量及其自身光電性質的制約，電池的轉換效率偏低。

基于晶體硅的柔性太陽電池，由于其技術路線是先使用外延生長等方法制備柔性晶體硅襯底，再在其上完成電池的制備。導致技術路線難度高，工藝冗長復雜；再加上在很薄的柔性晶體硅襯底上，制作電池結構的技術工藝和常規非柔性晶體硅電池的不兼容，致使制備成本很高。

具有柔性的晶體硅其厚度是比較薄的(5～50um)，對太陽光譜中的長波長光子的吸收相對較弱，致使短路電流密度相對降低，其轉換效率、開路電壓等相對于常規厚度(>180um)的晶體硅電池有所下降。

發明內容

針對上述問題：本發明目的是，采用和常規非柔性晶體硅電池相兼容的光刻/電子束刻寫及RIE刻蝕/金屬催化輔助刻蝕等技術在正面形成柱形陣列結構，對太陽光譜具有優良的陷光性，從而較好改善了短路電流密度；采用異質結結構進一步大幅度的提高了電池的轉換效率、開路電壓、短路電流等；徑向結沿柱形材料的徑向分離光生載流子對，進一步提高了載流子對的分離幾率，并降低了載流子對的復合幾率；利用易于低成本大規模化的化學刻蝕方法，僅從背面將晶體硅襯底減薄至呈現柔性；晶體硅襯底保證了電池具有較高的轉換效率。

為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種柔性高陷光性徑向結異質結高效晶體硅太陽電池的制備方法，包括步驟：1)采用厚度80～500um，電阻率0.1～1000Ω·cm的晶體硅片作為襯底；2)先在晶體硅襯底上制作太陽電池正面結構或半成品正面結構；完整的正面結構的制備方法為：將晶體硅襯底預處理；利用光刻/電子束刻寫及RIE刻蝕/金屬催化輔助刻蝕等，在正面形成高陷光性的柱形陣列結構；在正面淀積異質結硅基鈍化層(2～100nm)及發射區(2～50nm)；在正面淀積TCO/金屬電極；3)保護好已制作的正面結構從背面減薄襯底：在已制作的太陽電池正面結構或半成品正面結構上制作100nm～100um的保護層(或同時在背面也制作邊框保護層)，保護層為SiNx、AlOx、SiOx、PDMS、PMMA等的單層或疊層；在氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氟酸+硝酸(HF+HNO3)、氫氟酸+硝酸+醋酸(HF+HNO3+CH3COOH)或乙二胺鄰苯二酚(Ethylene?DiaminePyrocatechol)化學刻蝕體系中進行刻蝕，將晶體硅襯底從背面減薄至5～50um；去除保護層(或并背面邊框保護層)；4)制作背面結構：在背面淀積異質結硅基鈍化層(2～100nm)及背面場(2～50nm)；在背面淀積TCO/金屬電極；5)根據情形，即制作刻蝕保護層前已制作的太陽電池成品或半成品正面結構，(或)再進一步完成正面結構。

采用厚度>80um，電阻率為0.1～1000Ω·cm的晶體硅片作為襯底；所述晶體硅襯底是p型或n型單晶硅片，或是p型或n型多晶硅片。

對晶體硅襯底進行預處理，包括常規清洗、去除損傷層、適度拋光或適度陷光化(制絨化)等。

在正面形成高陷光性的柱形陣列結構，也可以是孔形、錐形等陣列結構，柱、孔、錐等表面還可以疊加上更小尺度的陷光粗糙結構；制作技術可以采用光刻/電子束刻寫、RIE刻蝕/金屬催化輔助刻蝕等技術，也可以采用壓印/單分散層微球、激光燒蝕等技術，可以是其中一種技術的單獨使用，也可以是其中多種技術的聯合使用。

正面發射區是摻雜的a/nc/uc-Si:H、a/nc/uc-SiCx:H或a/nc/uc-SiOx:H等，可以是其中一種的單層，也可以是其中多種的疊層。

正面電極為TCO/金屬電極，TCO材料可以是ITO、FTO、AZO等，金屬材料可以是Ag、Al等，制作技術涵蓋濺射、蒸鍍、絲網印刷等。

背面場是摻雜的a/nc/uc-Si:H、a/nc/uc-SiCx:H或a/nc/uc-SiOx:H等，可以是其中一種的單層，也可以是其中多種的疊層。

背面電極是TCO/金屬電極，TCO材料可以是ITO、FTO、AZO等，金屬材料可以是Ag、Al等，制作技術涵蓋濺射、蒸鍍、絲網印刷等；背面TCO層也可以缺省。