本發(fā)明涉及黑硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域:
,特別是一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其制作工藝。
背景技術(shù):
:晶體硅由于易提純、易摻雜、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)在半導(dǎo)體行業(yè)中具有非常廣泛的應(yīng)用,但同樣也存在很多缺陷,如晶體硅表面對(duì)可見(jiàn)光至紅外光的反射很高,而且因?yàn)榻麕挾却?,晶體硅不能吸收波長(zhǎng)大于1100nm的光波,當(dāng)入射光的波長(zhǎng)大于1100nm時(shí),硅探測(cè)器對(duì)光的吸收率和響應(yīng)率將大大降低;在探測(cè)這些波段時(shí)必須使用鍺、砷化鎵等其他材料;由于這些材料的價(jià)格昂貴、熱力學(xué)性能和品體質(zhì)量較差以及不能與現(xiàn)有的成熟的硅工藝兼容等缺點(diǎn)而限制了其在硅基器件方面的應(yīng)用;因此,減少晶體硅表面的反射、擴(kuò)展硅基和硅兼容光電探測(cè)器的探測(cè)波段仍然是目前最熱門(mén)的研究。為了減少晶體硅表面的反射,人們采用了許多實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),如光刻技術(shù)、反應(yīng)離子束刻蝕、電化學(xué)腐蝕等;這些技術(shù)都能在一定程度上改變晶體硅表面及近表面形貌,達(dá)到減少硅表面反射的目的;在可見(jiàn)光波段,減少反射可以增加吸收.提高器件的效率;但在波長(zhǎng)超過(guò)1100nm時(shí),如果在硅禁帶中引入吸收能級(jí);反射減少僅僅導(dǎo)致透射增加,因?yàn)楣璧慕麕挾茸罱K限制了其對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光的吸收;因此,要擴(kuò)展硅基和硅兼容器件的敏感波段,就必須在減少硅表面反射的同時(shí)增加禁帶內(nèi)的光子吸收。20世紀(jì)90年代末,哈佛大學(xué)EricMazur教授等在研究飛秒激光與物質(zhì)相互作用的過(guò)程中獲得了一種新材料—黑硅;EricMazur等在研究黑硅的光電性質(zhì)時(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)這種表面微構(gòu)造過(guò)的硅材料具有奇特的光電性質(zhì),它對(duì)近紫外至近紅外波段的光幾乎全部吸收,具有良好的可見(jiàn)和近紅外發(fā)光特性以及良好的場(chǎng)致發(fā)射特性等;這個(gè)發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)體界掀起驚濤駭浪,各大雜志對(duì)此爭(zhēng)相報(bào)道。2001年NewScientist雜志等都發(fā)表專(zhuān)欄文章,評(píng)述黑硅的發(fā)現(xiàn)及其潛在的應(yīng)用性.認(rèn)為它在遙感、光通訊及微電子等領(lǐng)域都具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值;目前,國(guó)外的很多科學(xué)家包括國(guó)內(nèi)的學(xué)者都已經(jīng)開(kāi)展了很多黑硅的研究工作,并取得了初步的研究成果。因此,黑硅技術(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中將是未來(lái)高效電池發(fā)展的趨勢(shì);本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的目的是對(duì)黑硅太陽(yáng)能電池技術(shù)進(jìn)行研究,以期望獲得低成本高轉(zhuǎn)換效率的黑硅太陽(yáng)能電池并達(dá)到量產(chǎn)化;通過(guò)對(duì)黑硅太陽(yáng)能電池關(guān)鍵技術(shù)的研究,將在以下方面獲得突破性進(jìn)展,達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先或先進(jìn)水平;探索擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的黑硅太陽(yáng)電池的關(guān)鍵技術(shù),包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及其制造工藝流程;獲得前沿的基礎(chǔ)研究成果。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其制作工藝。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),包括N型硅襯底,N型硅襯底的表面場(chǎng)自下而上依次鋪設(shè)有B型擴(kuò)散層及絕緣層,其中,B型擴(kuò)散層的材質(zhì)為硼酸鹽,絕緣層的材質(zhì)為SiNx層膜,絕緣層的上表面設(shè)置有P型金屬電極;N型硅襯底的背表面場(chǎng)自上而下依次設(shè)置有廣譜吸收黑硅材料層及鈍化層,鈍化層下表面設(shè)置有n型金屬電極。本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:進(jìn)一步的,前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),廣譜吸收黑硅材料層采用黑硅材料,該黑硅材料具有間隔為20nm至20μm,橫向尺度為20nm至20μm,深度為20nm至20μm的硅錐、硅?;蚬杩祝@種材料對(duì)0.25μm至2.5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)光具有>85%的光吸收率。前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),P型金屬電極與N型硅襯底的邊緣之間留有距離,n型金屬電極與N型硅襯底的邊緣之間留有距離。前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),SiNx層膜為氮化硅和二氧化硅構(gòu)成的疊層膜。前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),二氧化硅層膜位于氮化硅層膜的下方,二氧化硅層膜的厚度為41-43nm,氮化硅層膜的厚度為80-83nm。本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作工藝,選用N型硅襯底作為基底,包括如下具體步驟:①將硼鹽酸溶液涂覆在N型硅襯底的表面場(chǎng),并將N型硅襯底放入管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散,通入N2氣體作為保護(hù),N2氣體的流量為11slm,擴(kuò)散溫度為910-930℃,擴(kuò)散時(shí)間為11-13min,形成B型擴(kuò)散層;硼鹽酸溶液的制備為:將B2O5溶解到稀鹽酸中形成13-16wt%的溶液;②采用RIE黑硅技術(shù)對(duì)黑硅材料進(jìn)行制絨,絨面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅襯底的背表面場(chǎng)采用PCLO3擴(kuò)散方法,控制擴(kuò)散的流量900sccm,擴(kuò)散時(shí)間為4-6min,擴(kuò)散溫度880-900℃,控制整體方阻100-120,控制結(jié)深2.7un,表面弄6.0E+20,均勻性小于7%,形成摻磷梯度層;在N型硅襯底的背表面場(chǎng)摻磷梯度層上利用上述黑硅材料制作廣譜吸收黑硅材料層;③在B型擴(kuò)散層的上表面采用硝酸氧化制作厚度為41-43nm的二氧化硅層膜,在二氧化硅層膜上采用PECVD沉積厚度為80-83nm的氮化硅層膜,二氧化硅層膜作為鈍化層,氮化硅層作為減反射層,控制反射率小于8%,鈍化層與減反射層共同作為絕緣層;④在廣譜吸收黑硅材料層的下表面制作鈍化層,采用硅烷進(jìn)行兩層鈍化鍍膜而成,第一層鈍化鍍膜時(shí)增大硅烷流量150,第二步中鈍化鍍膜時(shí)縮減硅烷流量50,控制鈍化層的厚度為84-87um;⑤在絕緣層上印刷Ag/Al漿,制作P型金屬電極,在鈍化層的下表面印刷Al漿,制作n型金屬電極。前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作工藝,選用N型硅襯底作為基底,包括如下具體步驟:①將硼鹽酸溶液涂覆在N型硅襯底的表面場(chǎng),并將N型硅襯底放入管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散,通入N2氣體作為保護(hù),N2氣體的流量為11slm,擴(kuò)散溫度為920℃,擴(kuò)散時(shí)間為12min,形成B型擴(kuò)散層;硼鹽酸溶液的制備為:將B2O5溶解到稀鹽酸中形成15wt%的溶液;②采用RIE黑硅技術(shù)對(duì)黑硅材料進(jìn)行制絨,絨面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅襯底的背表面場(chǎng)采用PCLO3擴(kuò)散方法,控制擴(kuò)散的流量900sccm,擴(kuò)散時(shí)間為5min,擴(kuò)散溫度890℃,控制整體方阻100-120,控制結(jié)深2.7un,表面弄6.0E+20,均勻性小于7%,形成摻磷梯度層;在N型硅襯底的背表面場(chǎng)摻磷梯度層上利用上述黑硅材料制作廣譜吸收黑硅材料層;③在B型擴(kuò)散層的上表面采用硝酸氧化制作厚度為42nm的二氧化硅層膜,在二氧化硅層膜上采用PECVD沉積厚度為81nm的氮化硅層膜,二氧化硅層膜作為鈍化層,氮化硅層作為減反射層,控制反射率小于8%,鈍化層與減反射層共同作為絕緣層;④在廣譜吸收黑硅材料層的下表面制作鈍化層,鈍化層的厚度為84-87um;⑤在絕緣層上印刷Ag/Al漿,制作P型金屬電極,在鈍化層的下表面印刷Al漿,制作n型金屬電極(7)。前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作工藝,在N型硅襯底(4)的側(cè)表面上涂覆防抗覆冰附著乳液,防抗覆冰附著乳液的質(zhì)量百分比組分為:4-甲基環(huán)己基異氰酸酯:7-9%,氨基甲酸乙酯:11-13%,α-亞麻酸:3.3-3.5%,乙氧化雙酚A二甲基丙烯酸酯:1.3-1.5%,三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯:4.5-4.7%,過(guò)氧化苯甲酰:3.2-3.4%,丙烯酸丁酯:2.3-2.5%,2-羥基-1,2-二苯基乙酮:2.7-2.9%,銻摻雜氧化錫納米晶:2.8-3%,納米二氧化鈦:4.3-4.5%,納米碳化硅:2.5-2.7%,乙烯-醋酸乙烯:2.5-2.7%,聚氧乙烯脂肪醇醚:3.7-3.9%,聚二甲基硅氧烷:1.4-1.6%,聚醚改性硅油:1.1-1.3%,助溶劑:5.4-5.6%,附著力促進(jìn)劑:9.3-9.5%,有機(jī)氟防水劑:余量。前述的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作工藝,防抗覆冰附著乳液的質(zhì)量百分比組分為:4-甲基環(huán)己基異氰酸酯:8%,氨基甲酸乙酯:12%,α-亞麻酸:3.3%,乙氧化雙酚A二甲基丙烯酸酯:1.3%,三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯:4.6%,過(guò)氧化苯甲酰:3.3%,丙烯酸丁酯:2.4%,2-羥基-1,2-二苯基乙酮:2.8%,銻摻雜氧化錫納米晶:2.9%,納米二氧化鈦:4.4%,納米碳化硅:2.6%,乙烯-醋酸乙烯:2.7%,聚氧乙烯脂肪醇醚:3.8%,聚二甲基硅氧烷:1.5%,聚醚改性硅油:1.2%,助溶劑:5.5%,附著力促進(jìn)劑:9.4%,有機(jī)氟防水劑:余量。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中將N型硅襯底放入管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散,通入N2氣體作為保護(hù),N2氣體的流量為11slm,擴(kuò)散溫度為920℃,擴(kuò)散時(shí)間為12min,控制管內(nèi)均勻度小于10%,控制片內(nèi)均勻度小于7%,如表1所示,得到的平均方阻為70.2Ω/sq,偏差≤3Ω/sq;與固態(tài)硼擴(kuò)散和液態(tài)硼擴(kuò)散具有擴(kuò)散溫度低、時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),因此,這種擴(kuò)散工藝在制備N(xiāo)型太陽(yáng)能電池的發(fā)射極方面具有廣闊的應(yīng)用前景。此外,這種擴(kuò)散工藝還可以應(yīng)用到制備P型電池的背場(chǎng)。表1第一溫區(qū)第二溫區(qū)第三溫區(qū)第四溫區(qū)第五溫區(qū)67.571.26970.570.170.273.568.770.668.969.369.568.970.96970.17070.36969.368.270.17168.570.2平均值69.0670.8669.5869.969.5本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):在N2保護(hù)下920℃,12min擴(kuò)散得到的平均方阻為70.2Ω/sq,偏差≤3Ω/sq;與固態(tài)硼擴(kuò)散和液態(tài)硼擴(kuò)散具有擴(kuò)散溫度低、時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),因此,這種擴(kuò)散工藝在制備N(xiāo)型太陽(yáng)能電池的發(fā)射極方面具有廣闊的應(yīng)用前景。此外,這種擴(kuò)散工藝還可以應(yīng)用到制備P型電池的背場(chǎng)。本發(fā)明中采用RIE黑硅技術(shù)(反應(yīng)離子刻蝕法),操作簡(jiǎn)單,反應(yīng)復(fù)雜簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高、能夠顯著提效0.5%以上,且處理方便;本發(fā)明充分利用酸制絨絨面本身的陷光結(jié)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng),絨面變大,腐蝕深度變深,絨面大小在200-700nm之間,深度在200nm左右,大幅降低硅片制絨后反射率,提升轉(zhuǎn)換效率0.4%-0.8%,硅片制絨后反射率從現(xiàn)有的20降至5左右,金剛線(xiàn)切割硅片制絨后反射率降至7左右,解決現(xiàn)有的金剛線(xiàn)切割硅片反射率高的問(wèn)題,取代主流的砂漿切割,硅片成本下降10%-20%;本發(fā)明中由于制絨絨面變大,腐蝕深度增加,擴(kuò)散磷源降低100sccm,推進(jìn)時(shí)間增加5min,整體方阻控制在100-120,結(jié)深控制在2.7um,表面濃度在6.0E+20,均勻性控制在7%之內(nèi);同時(shí),RIE過(guò)程會(huì)導(dǎo)致表面復(fù)合增加,制作鈍化層時(shí),加大第一步鍍膜硅烷流量150,縮減第二步鍍膜硅烷流量50,增加鈍化效果,膜厚控制在85-86um,折射率控制在2.06-2.12。本發(fā)明的防抗覆冰附著乳液通過(guò)其科學(xué)的配方,在N型硅襯底的側(cè)表面噴灑附著乳液后,附著乳液在室外紫外光線(xiàn)的作用下,其中聚合物會(huì)發(fā)生二次共聚和交聯(lián)反應(yīng),生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的保護(hù)膜,大幅度提高了附著乳液與N型硅襯底的側(cè)表面的粘結(jié)強(qiáng)度、強(qiáng)剝離強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度,從而解決了防抗覆冰附著乳液與N型硅襯底的側(cè)表面不易結(jié)合的技術(shù)問(wèn)題,使N型硅襯底的側(cè)表面具有優(yōu)良的拒水性、防水防凍和防抗覆冰性能,使其用于雨天寒冷環(huán)境時(shí)仍保持優(yōu)良性能;根據(jù)試驗(yàn),將本發(fā)明的旋涂硼酸鹽擴(kuò)散層的太陽(yáng)能電池置于暴雨中,拒水性能是普通太陽(yáng)能電池的3-5倍;將本發(fā)明的旋涂硼酸鹽擴(kuò)散層的太陽(yáng)能電池外置于零下1-15℃的環(huán)境中,雨水后太陽(yáng)能電池外表面不易結(jié)冰;另外,本發(fā)明附著乳液中,銻摻雜氧化錫納米晶、納米二氧化鈦、納米碳化硅能等成分的加入使N型硅襯底的側(cè)表面具有很好的抗靜電性和吸收隔熱性,且具有防霉殺菌和防污性,還能提高其耐磨損性,獲得了意想不到的技術(shù)效果。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖;其中,1-P型金屬電極,2-絕緣層,3-B型擴(kuò)散層,4-N型硅襯底,5-廣譜吸收黑硅材料層,6-鈍化層,7-n型金屬電極。具體實(shí)施方式實(shí)施例1如圖1所示,本實(shí)施例提供的一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),包括N型硅襯底4,N型硅襯底4的表面場(chǎng)自下而上依次鋪設(shè)有B型擴(kuò)散層3及絕緣層2,其中,B型擴(kuò)散層3的材質(zhì)為硼酸鹽,絕緣層2的材質(zhì)為SiNx層膜,絕緣層2的上表面設(shè)置有P型金屬電極1;N型硅襯底4的背表面場(chǎng)自上而下依次設(shè)置有廣譜吸收黑硅材料層5及鈍化層6,鈍化層6下表面設(shè)置有n型金屬電極7;廣譜吸收黑硅材料層5采用黑硅材料,該黑硅材料具有間隔為20nm至20μm,橫向尺度為20nm至20μm,深度為20nm至20μm的硅錐、硅?;蚬杩祝@種材料對(duì)0.25μm至2.5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)光具有>85%的光吸收率;P型金屬電極1與N型硅襯底4的邊緣之間留有距離,n型金屬電極7與N型硅襯底4的邊緣之間留有距離;SiNx層膜為氮化硅和二氧化硅構(gòu)成的疊層膜;二氧化硅層膜位于氮化硅層膜的下方,二氧化硅層膜的厚度為41-43nm,氮化硅層膜的厚度為80-83nm。實(shí)施例2本實(shí)施例提供了一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作工藝,選用N型硅襯底4作為基底,包括如下具體步驟:①將硼鹽酸溶液涂覆在N型硅襯底4的表面場(chǎng),并將N型硅襯底4放入管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散,通入N2氣體作為保護(hù),N2氣體的流量為11slm,擴(kuò)散溫度為910-930℃,擴(kuò)散時(shí)間為11-13min,形成B型擴(kuò)散層3;硼鹽酸溶液的制備為:將B2O5溶解到稀鹽酸中形成13-16wt%的溶液;②采用RIE黑硅技術(shù)對(duì)黑硅材料進(jìn)行制絨,絨面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅襯底4的背表面場(chǎng)采用PCLO3擴(kuò)散方法,控制擴(kuò)散的流量900sccm,擴(kuò)散時(shí)間為4-6min,擴(kuò)散溫度880-900℃,控制整體方阻100-120,控制結(jié)深2.7un,表面弄6.0E+20,均勻性小于7%,形成摻磷梯度層;在N型硅襯底4的背表面場(chǎng)摻磷梯度層上利用上述黑硅材料制作廣譜吸收黑硅材料層5;③在B型擴(kuò)散層3的上表面采用硝酸氧化制作厚度為41-43nm的二氧化硅層膜,在二氧化硅層膜上采用PECVD沉積厚度為80-83nm的氮化硅層膜,二氧化硅層膜作為鈍化層,氮化硅層作為減反射層,控制反射率小于8%,鈍化層與減反射層共同作為絕緣層2;④在廣譜吸收黑硅材料層5的下表面制作鈍化層6,采用硅烷進(jìn)行兩層鈍化鍍膜而成,第一層鈍化鍍膜時(shí)增大硅烷流量150這里的流量單位是什么,鈍化速度是多少,第二步中鈍化鍍膜時(shí)縮減硅烷流量50這里的流量單位是什么,鈍化速度是多少,控制鈍化層6的厚度為84-87um;⑤在絕緣層2上印刷Ag/Al漿,制作P型金屬電極1,在鈍化層6的下表面印刷Al漿,制作n型金屬電極7。實(shí)施例3本實(shí)施例提供了一種黑硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的制作工藝,選用N型硅襯底4作為基底,包括如下具體步驟:①將硼鹽酸溶液涂覆在N型硅襯底4的表面場(chǎng),并將N型硅襯底4放入管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散,通入N2氣體作為保護(hù),N2氣體的流量為11slm,擴(kuò)散溫度為920℃,擴(kuò)散時(shí)間為12min,形成B型擴(kuò)散層3;硼鹽酸溶液的制備為:將B2O5溶解到稀鹽酸中形成15wt%的溶液;②采用RIE黑硅技術(shù)對(duì)黑硅材料進(jìn)行制絨,絨面大小在200-700nm,深度180-220nm;在N型硅襯底4的背表面場(chǎng)采用PCLO3擴(kuò)散方法,控制擴(kuò)散的流量900sccm,擴(kuò)散時(shí)間為5min,擴(kuò)散溫度890℃,控制整體方阻100-120,控制結(jié)深2.7un,表面弄6.0E+20,均勻性小于7%,形成摻磷梯度層;在N型硅襯底4的背表面場(chǎng)摻磷梯度層上利用上述黑硅材料制作廣譜吸收黑硅材料層5;③在B型擴(kuò)散層3的上表面采用硝酸氧化制作厚度為42nm的二氧化硅層膜,在二氧化硅層膜上采用PECVD沉積厚度為81nm的氮化硅層膜,二氧化硅層膜作為鈍化層,氮化硅層作為減反射層,控制反射率小于8%,鈍化層與減反射層共同作為絕緣層2;④在廣譜吸收黑硅材料層5的下表面制作鈍化層6,鈍化層6的厚度為84-87um;⑤在絕緣層2上印刷Ag/Al漿,制作P型金屬電極1,在鈍化層6的下表面印刷Al漿,制作n型金屬電極7;在N型硅襯底4的側(cè)表面上涂覆防抗覆冰附著乳液,防抗覆冰附著乳液的質(zhì)量百分比組分為:4-甲基環(huán)己基異氰酸酯:8%,氨基甲酸乙酯:12%,α-亞麻酸:3.3%,乙氧化雙酚A二甲基丙烯酸酯:1.3%,三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯:4.6%,過(guò)氧化苯甲酰:3.3%,丙烯酸丁酯:2.4%,2-羥基-1,2-二苯基乙酮:2.8%,銻摻雜氧化錫納米晶:2.9%,納米二氧化鈦:4.4%,納米碳化硅:2.6%,乙烯-醋酸乙烯:2.7%,聚氧乙烯脂肪醇醚:3.8%,聚二甲基硅氧烷:1.5%,聚醚改性硅油:1.2%,助溶劑:5.5%,附著力促進(jìn)劑:9.4%,有機(jī)氟防水劑:余量。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想,不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍,凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想,在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng),均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3