專利名稱：一種硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子器件中的太陽能電池領(lǐng)域，特別是涉及一種基于晶體硅的準(zhǔn)黑硅低接觸電阻高效硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法。
背景 技術(shù)我國的能源消費以煤炭為主，使得環(huán)境污染和溫室效應(yīng)日趨嚴(yán)重；在石油消費方面，我國已成為世界第二大石油進(jìn)口國。而煤炭、石油屬于不可再生能源，而且其價格持續(xù)攀升。世界各國積極尋找綠色清潔可替代能源。太陽能作為一種可再生替代能源得到了我國及世界各國的極大關(guān)注。然而，太陽能發(fā)電成本高、轉(zhuǎn)化效率低已成為制約其發(fā)展的主要瓶頸。提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率是降低其生產(chǎn)成本的最主要途徑之一。傳統(tǒng)平面晶硅太陽能電池在內(nèi)建電場以外的區(qū)域存在著嚴(yán)重的光生載流子復(fù)合(輻射/非輻射復(fù)合)，使其轉(zhuǎn)化效率難以提高。為解決此問題，需采用新結(jié)構(gòu)的電池。硅基納米柱陣列太陽能電池代表了這一發(fā)展方向，它具有較低的反射率，并將載流子的分離與輸運分開，減小了復(fù)合損失，是目前最為活躍的研究領(lǐng)域之一。但此種結(jié)構(gòu)的電池存在接觸電阻，即金屬電極與硅片之間的連接電阻，過大的問題。本發(fā)明在保證原有納米柱電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，解決了原結(jié)構(gòu)接觸電阻過大的問題，對提高傳統(tǒng)太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率具有重要意義。

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硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，它首先擴(kuò)散形成Pn結(jié)，然后經(jīng)過鍍膜，光刻，刻蝕，形成納米柱陣列，再經(jīng)過二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)，最后制作前后電極。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，該方法是由兩次擴(kuò)散，一次沉積金屬，一次光刻，一次化學(xué)腐蝕和一次干法刻蝕來實現(xiàn)的，具體包括在硅襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)；在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬；在金屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的納米柱陣列圖形；對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕，去除沒有光刻膠保護(hù)的金屬膜，露出金屬下的硅表面；進(jìn)行干法刻蝕，形成納米柱結(jié)構(gòu)，同時破壞掉刻蝕區(qū)域原有的pn結(jié)；去除殘余的金屬和光刻膠；進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)；以及制作前后電極，完成低接觸電阻納米柱太陽能電池的制作。上述方案中，所述在硅襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)的步驟中，是在p型硅片上經(jīng)過擴(kuò)散形成n區(qū)來制作pn結(jié)；或者是在n型硅上經(jīng)過擴(kuò)散形成p區(qū)來制作pn結(jié)。上述方案中，所述在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬的步驟中，是通過電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射的方法進(jìn)行沉積的，沉積的金屬是鋁或銀。上述方案中，所述在金屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的納米柱陣列圖形的步驟中，納米柱陣列圖形是通過旋涂光刻膠并曝光、顯影得到的，納米柱陣列圖形是矩形陣列、圓形陣列或多邊形陣列，圖形陣列組成單位的尺寸在500nm至5000nm之間。上述方案中，所述對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕的步驟中，化學(xué)腐蝕所需要的腐蝕液的組成成分是不固定的，能去除對應(yīng)于的金屬鋁或銀即可，進(jìn)行化學(xué)腐蝕的目的是去除金屬，為下一步驟的干法刻蝕做準(zhǔn)備。上述方案中，所述形成納米柱結(jié)構(gòu)的步驟中，形成納米柱的方法是采用干法刻蝕的方式，同時干法刻蝕破壞了沒有金屬保護(hù)地方的Pn結(jié)。 上述方案中，所述去除殘余的金屬和光刻膠的步驟中，去除殘余金屬與光刻膠是通過化學(xué)腐蝕的方法進(jìn)行，其目的是為了二次擴(kuò)散做準(zhǔn)備。上述方案中，所述進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)的步驟中，二次擴(kuò)散的方式與硅襯底的類型相關(guān)，對于P型硅襯底，二次擴(kuò)散要在有納米柱結(jié)構(gòu)的一面形成n區(qū)；對于n型硅襯底，二次擴(kuò)散要在納米結(jié)構(gòu)的一面形成P區(qū)。上述方案中，所述制作前后電極的步驟中，制作前后電極采用沉積透明導(dǎo)電薄膜或印刷漿料的方式。所述制作前后電極時根據(jù)硅襯底摻雜的不同有所區(qū)別，對于n型區(qū)采用印刷銀漿或沉積透明導(dǎo)電薄膜來制作電極，對于P型區(qū)采用印刷鋁漿或沉積透明導(dǎo)電薄膜來制作電極。(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本發(fā)明提供的這種硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，是在有pn結(jié)的硅基襯底上首先沉積一層金屬，再制備出規(guī)則的圖形陣列，進(jìn)過化學(xué)腐蝕，干法刻蝕等步驟形成納米柱陣列，該納米柱陣列可以有效的減小太陽能電池的反射率，同時大幅度提高太陽能電池載流子的收集效率。然后，去除殘余的光刻膠和金屬，進(jìn)行二次擴(kuò)散，在原pn結(jié)被破壞的區(qū)域再次形成pn結(jié)，原pn結(jié)未被破壞的區(qū)域形成重?fù)诫s，而重?fù)降膮^(qū)域在制作電極時，可以明顯的降低接觸電阻。


圖I是本發(fā)明提供的制備硅基納米柱陣列太陽能電池的方法流程圖；圖2-1至圖2-8是本發(fā)明制備硅基納米柱陣列太陽能電池的工藝流程圖；圖3-1至圖3-8是依照本發(fā)明實施例制備硅基納米柱陣列太陽能電池的工藝流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的這種硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，是由兩次擴(kuò)散，一次沉積金屬，一次光刻，一次化學(xué)腐蝕和一次干法刻蝕來實現(xiàn)的，具體如圖I所示，包括以下步驟步驟I :在硅襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)；步驟2 :在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬；步驟3 :在金 屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的納米柱陣列圖形；步驟4 :對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕，去除沒有光刻膠保護(hù)的金屬膜，露出金屬下的硅表面；步驟5 :進(jìn)行干法刻蝕，形成納米柱結(jié)構(gòu)，同時破壞掉刻蝕區(qū)域原有的pn結(jié)；步驟6 :去除殘余的金屬和光刻膠；步驟7 :進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)；以及步驟8 :制作前后電極，完成低接觸電阻納米柱太陽能電池的制作?；趫DI所示的制備硅基納米柱陣列太陽能電池的方法流程圖，圖2-1至圖2-8示出了本發(fā)明制備硅基納米柱陣列太陽能電池的工藝流程圖。如圖2-1所示，在硅襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)，可以是在n型襯底上擴(kuò)散P區(qū)形成pn結(jié)，也可以在P型襯底上擴(kuò)散n區(qū)形成pn結(jié)；如圖2-2所示，在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬可以通過電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)或磁控濺射的方法進(jìn)行沉積，金屬可以是鋁或銀或鋁銀的混合物；如圖2-3所示，在金屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的圖形；如圖2-4所示，對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕，去除沒有光刻膠保護(hù)的金屬膜，露出金屬下的娃表面；如圖2-5所示，進(jìn)行干法刻蝕，形成納米柱結(jié)構(gòu)，同時破壞掉刻蝕區(qū)域原有的pn結(jié)；如圖2-6所示，去除剩余的金屬和光刻膠如圖2-7所示，進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)，如圖2-8所示，制作前后電極，完成基于晶體硅的準(zhǔn)黑硅低接觸電阻高效太陽能電池的制備。圖3-1至圖3-8示出了依照本發(fā)明實施例制備硅基納米柱陣列太陽能電池的工藝流程圖。如圖3-1所示，在p型硅襯底上經(jīng)過磷源擴(kuò)散形成n區(qū)，pn結(jié)的結(jié)深300nm。如圖3-2所示,在n區(qū)表面電子束蒸發(fā)鋁膜,膜厚400nm。如圖3-3所示，在鋁膜表面旋涂光刻膠，經(jīng)曝光顯影后，得到設(shè)計的圖形；如圖3-4所示，對硅片使用磷酸進(jìn)行化學(xué)腐蝕，去除沒有光刻膠保護(hù)的鋁膜，露出金屬下的娃表面；；如圖3-5所示，對硅片進(jìn)行ICP刻蝕，形成納米柱結(jié)構(gòu)，同時破壞掉刻蝕區(qū)域原有的pn結(jié)；如圖3-6所示，去除殘余的金屬鋁和光刻膠如圖3-7所示，進(jìn)行二次擴(kuò)散，在被破壞的pn結(jié)區(qū)形成新的pn結(jié)，在未破壞的pn結(jié)區(qū)形成重?fù)絽^(qū)域。如圖3-8所示，在n區(qū)表面沉積透明導(dǎo)電薄膜形成負(fù)電極；在p區(qū)表面印刷鋁漿，經(jīng)過高溫過程形成正電極。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，該方法是由兩次擴(kuò)散，一次沉積金屬，一次光刻，一次化學(xué)腐蝕和一次干法刻蝕來實現(xiàn)的，具體包括 在娃襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)； 在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬； 在金屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的納米柱陣列圖形； 對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕，去除沒有光刻膠保護(hù)的金屬膜，露出金屬下的硅表面； 進(jìn)行干法刻蝕，形成納米柱結(jié)構(gòu)，同時破壞掉刻蝕區(qū)域原有的pn結(jié)； 去除殘余的金屬和光刻膠； 進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)；以及 制作前后電極，完成低接觸電阻納米柱太陽能電池的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在硅襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)的步驟中，是在p型硅片上經(jīng)過擴(kuò)散形成n區(qū)來制作pn結(jié)；或者是在n型硅上經(jīng)過擴(kuò)散形成p區(qū)來制作pn結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬的步驟中，是通過電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射的方法進(jìn)行沉積的，沉積的金屬是鋁或銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在金屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的納米柱陣列圖形的步驟中，納米柱陣列圖形是通過旋涂光刻膠并曝光、顯影得到的，納米柱陣列圖形是矩形陣列、圓形陣列或多邊形陣列，圖形陣列組成單位的尺寸在500nm至5000nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕的步驟中，化學(xué)腐蝕所需要的腐蝕液的組成成分是不固定的，能去除對應(yīng)于的金屬鋁或銀即可，進(jìn)行化學(xué)腐蝕的目的是去除金屬，為下一步驟的干法刻蝕做準(zhǔn)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述形成納米柱結(jié)構(gòu)的步驟中，形成納米柱的方法是采用干法刻蝕的方式，同時干法刻蝕破壞了沒有金屬保護(hù)地方的pn結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述去除殘余的金屬和光刻膠的步驟中，去除殘余金屬與光刻膠是通過化學(xué)腐蝕的方法進(jìn)行，其目的是為了二次擴(kuò)散做準(zhǔn)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)的步驟中，二次擴(kuò)散的方式與硅襯底的類型相關(guān)，對于p型硅襯底，二次擴(kuò)散要在有納米柱結(jié)構(gòu)的一面形成n區(qū)；對于n型硅襯底，二次擴(kuò)散要在納米結(jié)構(gòu)的一面形成P區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述制作前后電極的步驟中，制作前后電極采用沉積透明導(dǎo)電薄膜或印刷漿料的方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述制作前后電極時根據(jù)硅襯底摻雜的不同有所區(qū)別，對于n型區(qū)采用印刷銀漿或沉積透明導(dǎo)電薄膜來制作電極，對于P型區(qū)采用印刷鋁漿或沉積透明導(dǎo)電薄膜來制作電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅基納米柱陣列太陽能電池的制備方法，該方法是由兩次擴(kuò)散，一次沉積金屬，一次光刻，一次化學(xué)腐蝕和一次干法刻蝕來實現(xiàn)的，具體包括在硅襯底上經(jīng)過第一次擴(kuò)散形成pn結(jié)；在經(jīng)過擴(kuò)散的一面沉積金屬；在金屬表面旋涂光刻膠，光刻得到設(shè)計的納米柱陣列圖形；對片子進(jìn)行化學(xué)腐蝕，去除沒有光刻膠保護(hù)的金屬膜，露出金屬下的硅表面；進(jìn)行干法刻蝕，形成納米柱結(jié)構(gòu)，同時破壞掉刻蝕區(qū)域原有的pn結(jié)；去除殘余的金屬和光刻膠；進(jìn)行二次擴(kuò)散，形成新的pn結(jié)；以及制作前后電極，完成低接觸電阻納米柱太陽能電池的制作。
文檔編號B82Y40/00GK102646750SQ20111004241
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者劉新宇, 葉甜春, 岳會會, 李昊峰, 賈銳, 路甬祥, 陳晨 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所