專利名稱：一種制備立體結構高效太陽能電池的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池制備技術領域，尤其涉及一種制備立體結構高效太陽能電池的方法，采用激光器提高晶硅太陽能電池效率，將電池片劃成“建筑物狀”，制備立體結構太陽能電池，提高電池的陷光性能。
背景技術：
為滿足人類日益增長的生活需求，對能源的需求越來越多，能源開采利用日漸加劇。石油和煤等化石能源儲量有限，而且即將開采殆盡。由于化石能源的開采利用，對人類賴以生存的地球環(huán)境造成了極大破壞，直接威脅著人類的生存。因此，尋找新的能源以解決人類的生存和發(fā)展問題迫在眉睫。在已知的能源中唯有太陽輻射能資源豐富，分布廣泛，不受地域和季節(jié)的限制，而且具有清潔的特點，是傳統(tǒng)化石能源最具潛力的替代能源。自貝爾實驗室的第一個商品化硅太陽能電池問世以來，太陽能電池已從第一代的單晶硅太陽能電池發(fā)展到現(xiàn)在的第三代高效太陽能電池，其制作成本逐步降低，轉換效率不斷提高。晶硅電池雖然具有轉換效率不高(大規(guī)模量產可達到17% )、價格昂貴等缺點，但目前晶硅電池依然占到了 90%以上的市場份額，因此發(fā)電成本的降低，除依賴于原材料價格外，更重要的是提高現(xiàn)有電池的轉換效率。常規(guī)提高晶硅太陽能電池效率的手段多種多樣，如選區(qū)發(fā)射、背表面場、表面鈍化等，但這些技術繼續(xù)提升太陽能電池效率的能力有限。因此，探索新的原理、嘗試新的材料、改用新的結構來提高晶硅電池的轉換效率越來越受到研發(fā)人員的重視。本發(fā)明正是在這一背景下提出的。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明的主要目的是提供一種制備立體結構高效太陽能電池的方法，以能夠盡可能多的吸收太陽能，提高太陽能電池的轉換效率。( 二 )技術方案為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下一種制備立體結構高效太陽能電池的方法，該方法包括步驟ι 對晶硅電池片進行熱氧化，在表面形成SiA薄膜；步驟2 對覆蓋S^2薄膜的晶硅電池片進行激光刻槽，將晶硅電池片劃成垂直于表面方向、相互連接的“聳立建筑物狀”結構；步驟3 采用堿性溶液清除晶硅電池片表面的損傷；步驟4 采用酸性溶液中和過剩的堿，去除晶硅電池片表面的氧化物；步驟5 在晶硅電池片表面制絨或納米柱結構；步驟6 對晶硅電池片表面進行擴散形成PN結，并去除擴散過程中形成的磷硅玻璃；
步驟7 對晶硅電池片表面進行氧化，然后沉積SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減
薄層；步驟8 印刷鋁背場，激光燒結鋁電極；步驟9 在晶硅電池片的另一面絲網印刷或蒸鍍金屬電極，然后電極合金化形成立體結構高效太陽能電池。上述方案中，步驟1中所述晶硅電池片是小尺寸碎片，或者是生產中使用的125單晶硅片或156多晶硅片；所述對晶硅電池片進行熱氧化是將晶硅電池片置入氧化爐中，在 800°C 1000°C溫度下采用干法氧化或濕法氧化，得到厚度10 120nm的SW2薄膜。上述方案中，步驟2中所述對晶硅電池片進行激光刻槽采用激光器、機械劃痕或者腐蝕的方式進行，刻得的槽是盲槽或劃透的槽。上述方案中，步驟3中所述堿性溶液采用10% 50%的NaOH/KOH堿性拋光溶液。上述方案中，步驟4中所述酸性溶液采用 30%的HF酸。上述方案中，步驟5中所述在晶硅電池片表面制絨，是將厚度為140 250μπι的晶硅電池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和無水乙醇混合液中，在晶硅電池片表面化學腐蝕出各向異性絨面，絨面形狀呈倒金字塔形。上述方案中，所述步驟6包括將具有絨面結構的電池片置入擴散爐中，利用三氯氧磷為擴散源對晶硅電池片表面進行擴散，形成結深為200 500nm的PN結，然后利用一定濃度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蝕液移除擴散過程中形成的磷硅玻璃，并用去離子水清洗烘干。上述方案中，所述步驟7包括對晶硅電池片表面進行氧化，得到厚度為5 40nm 的SiA薄膜，然后采用PECVD方法在SiA薄膜上沉積10 IOOnm厚的SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減反膜。上述方案中，步驟8中所述激光燒結鋁電極是在氮氣或者惰性氣體保護下進行的。上述方案中，步驟9中所述金屬電極是銀電極、鋁電極或者復合金屬電極。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、采用這種方法制備的高效太陽能電池具有“建筑物狀”的立體結構，而且外表面均制備有絨面，光線一旦射入，便在“建筑物”之間來回反射不能射出，極大地增強了陷光效果，因此該立體型“建筑物狀”高效太陽能電池具有開路電壓高、短路電流大、轉換效率高的優(yōu)勢。2、這種電池的大尺度片子可以使用激光加工，小片電池既可以使用激光加工，也可以采用光刻的方法處理，因而具有生產工藝簡單，易于產業(yè)化的特點。3、本發(fā)明還具有制備技術簡單，能與現(xiàn)有工藝兼容的特點，可在現(xiàn)有設備條件下， 實現(xiàn)大規(guī)模量產，達到提高效率降低成本的目的。


圖1為本發(fā)明提供的制備立體結構高效太陽能電池的方法流程圖。圖2為表面熱氧化的電池片結構示意圖。
圖3為激光劃槽后的電池片結構示意圖。圖4為去除表面損傷、酸洗后的電池片示意圖。圖5為表面制絨后的電池片示意圖。圖6為擴散后清除磷硅玻璃的電池示意圖。圖7為表面鈍化后的示意圖。圖8印刷鋁背場，激光燒結后(LFC)的電池示意圖。圖9為絲網印刷銀電極示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的制備立體結構高效太陽能電池的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 對晶硅電池片進行熱氧化，在表面形成S^2薄膜；步驟2 對覆蓋S^2薄膜的晶硅電池片進行激光刻槽，將晶硅電池片劃成垂直于表面方向、相互連接的“聳立建筑物狀”結構；步驟3 采用堿性溶液清除晶硅電池片表面的損傷；步驟4 采用酸性溶液中和過剩的堿，去除晶硅電池片表面的氧化物；步驟5 在晶硅電池片表面制絨或納米柱結構；步驟6 對晶硅電池片表面進行擴散形成PN結，并去除擴散過程中形成的磷硅玻璃；步驟7 對晶硅電池片表面進行氧化，然后沉積SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減
薄層；步驟8 印刷鋁背場，激光燒結鋁電極；步驟9 在晶硅電池片的另一面絲網印刷或蒸鍍金屬電極，然后電極合金化形成立體結構高效太陽能電池。圖2至圖9是依照本發(fā)明實施例的示意圖。圖2中步驟201，選取的晶硅電池片為商用125單晶或者156多晶，襯底類型為P 型襯底；單晶電阻率為0.5 3Ω ·cm，多晶電阻率為0.5 6Ω ·cm ；步驟202將樣品置入氧化爐中，800°C 1000°C溫度下采取干法氧化/濕法氧化，得到厚度10 120nm的SW2薄膜。圖3中使用激光器在被5102覆蓋的電池片上劃槽，將電池片劃成垂直于表面方向、相互連接的“聳立建筑物狀”結構。圖4中步驟401，在質量分數(shù)為10% 50%的NaOH/KOH堿性拋光溶液中拋光，處理表面損傷。步驟402，在體積分數(shù)為 30%的HF酸中中和過剩的堿，去除表面氧化物。圖5中將厚度為140 250μπι的晶硅電池片置入按一定比例配制的Na0H、N￡i2Si03 和無水乙醇混合液中(NaOH H2O = 1. 76% wt ；C2H5OH H2O = 5.0% vol ；Na2SiO3 H2O =1. % wt)，在晶硅表面化學腐蝕出各向異性絨面，絨面呈金字塔形狀。
圖6中步驟601，將具有絨面結構的電池片置入擴散爐中，進行擴散。擴散方法采用常規(guī)的擴散工藝，擴散源為液態(tài)P0C13。擴散出結深大約200 500nm的PN結，擴散后的方塊電阻約為20 50 Ω / 口。步驟602，采用HF酸、HCl酸和水的混合腐蝕液移除擴散過程中形成的磷硅玻璃， 去離子水清洗烘干后備用。圖7中步驟701，將樣品置入氧化爐中表面氧化5 40nm。步驟702，在30 90W功率條件下PECVD沉積10 IOOnm厚的SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減反膜。圖8中步驟801，印刷鋁背場。步驟802，氮氣保護下激光燒結(LFC)鋁電極。圖9步驟901印刷銀電極。步驟902合金化電極形成立體結構高效太陽能電池。上述制備工藝僅是本發(fā)明的一實例，而非對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明技術方案范圍內對某些技術內容稍作修改視為等效實例，一切依據本發(fā)明“立體結構高效太陽能電池” 的技術實質對上述實例所作的任何形式的修改、等同變化與修飾，譬如激光開槽時開透， 背面一次沉積鋁薄膜，再沉積SiOx膜，最后用化學腐蝕的方法將槽區(qū)鋁膜與表面鋁膜割斷等等，均屬本發(fā)明技術方案。
權利要求
1.一種制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，該方法包括步驟ι 對晶硅電池片進行熱氧化，在表面形成SiA薄膜；步驟2 對覆蓋SiA薄膜的晶硅電池片進行激光刻槽，將晶硅電池片劃成垂直于表面方向、相互連接的“聳立建筑物狀”結構；步驟3 采用堿性溶液清除晶硅電池片表面的損傷；步驟4 采用酸性溶液中和過剩的堿，去除晶硅電池片表面的氧化物；步驟5 在晶硅電池片表面制絨或納米柱結構；步驟6 對晶硅電池片表面進行擴散形成PN結，并去除擴散過程中形成的磷硅玻璃；步驟7 對晶硅電池片表面進行氧化，然后沉積SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減薄層；步驟8 印刷鋁背場，激光燒結鋁電極；步驟9:在晶硅電池片的另一面絲網印刷或蒸鍍金屬電極，然后電極合金化形成立體結構高效太陽能電池。
2.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟1中所述晶硅電池片是小尺寸碎片，或者是生產中使用的125單晶硅片或156多晶硅片；所述對晶硅電池片進行熱氧化是將晶硅電池片置入氧化爐中，在800°C 1000°C溫度下采用干法氧化或濕法氧化，得到厚度10 120nm的SiO2薄膜。
3.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟2中所述對晶硅電池片進行激光刻槽采用激光器、機械劃痕或者腐蝕的方式進行，刻得的槽是盲槽或劃透的槽。
4.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟3中所述堿性溶液采用10% 50%的NaOH/KOH堿性拋光溶液。
5.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟4中所述酸性溶液采用1 % 30 %的HF酸。
6.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟5中所述在晶硅電池片表面制絨，是將厚度為140 250 μ m的晶硅電池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和無水乙醇混合液中，在晶硅電池片表面化學腐蝕出各向異性絨面，絨面呈金字塔形狀。
7.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，所述步驟6包括將具有絨面結構的電池片置入擴散爐中，利用三氯氧磷為擴散源對晶硅電池片表面進行擴散，形成結深為200 500nm的PN結，然后利用一定濃度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蝕液移除擴散過程中形成的磷硅玻璃，并用去離子水清洗烘干。
8.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，所述步驟7包括對晶硅電池片表面進行氧化，得到厚度為5 40nm的SiO2薄膜，然后采用PECVD方法在SW2薄膜上沉積10 IOOnm厚的SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減反膜。
9.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟8中所述激光燒結鋁電極是在氮氣或者惰性氣體保護下進行的。
10.根據權利要求1所述的制備立體結構高效太陽能電池的方法，其特征在于，步驟9 中所述金屬電極是銀電極、鋁電極或者復合金屬電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備立體結構高效太陽能電池的方法，包括對晶硅電池片進行熱氧化，在表面形成SiO2薄膜；對晶硅電池片進行激光刻槽，將晶硅電池片劃成垂直于表面方向相互連接的“聳立建筑物狀”結構；采用堿性溶液清除晶硅電池片表面的損傷；采用酸性溶液中和過剩的堿，去除晶硅電池片表面的氧化物；在晶硅電池片表面制絨或納米柱結構；對晶硅電池片表面進行擴散形成PN結，并去除擴散過程中形成的磷硅玻璃；對晶硅電池片表面進行氧化，然后沉積SiN薄膜進行表面鈍化形成復合減薄層；印刷鋁背場，激光燒結鋁電極；在晶硅電池片的另一面絲網印刷或蒸鍍金屬電極，然后電極合金化形成立體結構高效太陽能電池。利用本發(fā)明，提高了太陽能電池的轉換效率。
文檔編號H01L31/18GK102487105SQ201010574390
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者劉新宇, 葉甜春, 吳大衛(wèi), 李昊峰, 武德起, 賈銳, 陳晨 申請人:中國科學院微電子研究所