晶硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种晶硅太阳能电池及其制备方法，所述晶硅太阳能电池包括：晶硅，包括N型半导体层和P型半导体层，所述晶硅包括相对设置的第一表面和第二表面；介质层，位于晶硅的第一表面上，所述介质层的表面形成有纳米陷光结构；第一电极，与晶硅中的N型半导体层电性连接；第二电极，与晶硅中的P型半导体层电性连接。现有技术中的黑硅电池片的纳米陷光结构制备于晶硅表面，制备工艺对电池片的电学性能有很大影响；而本发明专利技术纳米陷光结构制备于介质层表面，可以最大限度避免制备纳米陷光结构工艺对电池片电学性能的影响，同时大幅降低电池表面的反射率，从而提高电池片的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
晶硅太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种晶硅太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着传统化石能源的枯竭，发展新能源和可再生能源已成为世界各国一项紧迫的战略性任务。晶硅(单晶和多晶)太阳能电池的光伏发电是当前新能源利用的主流技术之一，光电转换效率是评价晶体硅太阳能电池片质量最重要的指标。为获得更高的光电转换效率，要求电池片具有很好的电学和光学特性：电学方面的特性主要通过晶体硅材料本身的高质量、形成理想的PN结、表面钝化等技术来保证，即晶硅是体现电池片电学性能的主体；而光学方面的特性主要通过电池片表面织构化结合光学减反层、以及背表面反射来实现。近年来发展的黑硅(blacksilicon)材料是指可以吸收几乎所有可见光、反射率极低的一种新型半导体材料。采用黑硅材料制备的太阳能电池片称为黑硅太阳能电池片。在电池片的工艺中，电池片的光电转换效率不仅取决于反射率，同时还取决于电池片通过扩散形成发射极的质量以及对电池片表面的钝化工艺。通常制备黑硅的技术有：1999年美国哈佛大学EricMazur开始开发的激光扫描刻蚀技术；其他小组研发的等离子体干法刻蚀技术以及金属辅助化学溶液刻蚀技术等。所有的技术所针对的硅电池片本身，即在硅片表面形成一定厚度的纳米陷光层。这些技术的优点是硅片可以获得极低的光学反射率，但是所形成的纳米陷光结构会带来一些问题：由于一定厚度的纳米陷光结构的存在，进行扩散工艺时PN结深度的较难控制，形成的PN结深度的不均匀；纳米陷光层中会引入等离子体干法刻蚀引起的“损失层”，或纳米金属辅助化学溶液刻蚀引入的金属杂质以及多空硅层，导致晶硅表面复合严重，从而导致电性能的下降。所为，目前产线为了减小纳米黑硅的结构表面的复合以及清除干净湿法黑硅结构底部的金属杂质，一般会通过后处理工艺将黑硅的反射率再回刻到一个相对较高的范围(15～20％)，使硅片表面光学陷光和钝化之间达到一种平衡，从而导致电池光电转换效率的增益严重受限。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种晶硅太阳能电池及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶硅太阳能电池及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：一种晶硅太阳能电池，所述晶硅太阳能电池包括：晶硅，包括N型半导体层和P型半导体层，所述晶硅包括相对设置的第一表面和第二表面；介质层，位于晶硅的第一表面上，所述介质层的表面形成有纳米陷光结构；第一电极，与晶硅中的N型半导体层电性连接；第二电极，与晶硅中的P型半导体层电性连接。一实施例中，所述晶硅为P型单晶硅、P型多晶硅、N型单晶硅、N型多晶硅中的任一种；和/或，所述晶硅的厚度为100-500μm，优选为150-200μm。一实施例中，所述介质层包含SiNX、SiO2、SiNO、SiC、TiO2或Al2O3薄膜中的至少一种；和/或，所述介质层厚度为5-1000nm，优选为50-500nm；和/或，所述纳米陷光结构为柱状、锥状或洞状纳米结构中的一种或多种的组合，纳米结构的尺寸为50-1000nm。一实施例中，所述第一电极为栅线电极，厚度为1-50μm，优选为5-15μm，栅线宽度为1-200μm，优选为10-100μm，栅线间隔为0.1-5mm，优选为0.5-2mm；和/或，所述第二电极为栅线电极，厚度为1-50μm，优选为5-15μm，栅线宽度为1-200μm，优选为10-100μm，栅线间隔为0.1-5mm，优选为0.5-2mm；或，所述第二电极为背场，背场厚度为1-100μm，优选为5-15μm。本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：一种晶硅太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：在晶硅内形成由N型半导体层和P型半导体层构成的PN结；在包含PN结的晶硅的第一表面上沉积介质层；制备与晶硅中的N型半导体层电性连接的第一电极；制备与晶硅中的P型半导体层电性连接的第二电极；在介质层表面通过刻蚀工艺形成纳米陷光结构。一实施例中，“在包含PN结的晶硅的第一表面上沉积介质层”具体为：采用物理沉积或化学工艺在晶硅的第一表面上沉积介质层，介质层包含SiNX、SiO2、SiNO、SiC、TiO2或Al2O3薄膜中的至少一种，介质层厚度为5-1000nm，优选为50-500nm。一实施例中，“在介质层表面通过刻蚀工艺形成纳米陷光结构”具体为：将沉积有介质层的晶硅置于刻蚀液的表面进行刻蚀反应，在介质层表面形成纳米陷光结构，刻蚀温度0-200℃，反应时间1-600s，所述刻蚀液为氢氟酸、过氧化氢、硝酸、硫酸、磷酸或草酸溶液中的一种或多种与金、银、铜、或铕的硝酸盐溶液中的一种或多种形成的混合溶液；优选地，“在介质层表面通过刻蚀工艺形成纳米陷光结构”还包括：将刻蚀反应后的晶硅置于氨水、或氨水/双氧水、或硝酸溶液中去除金属粒子，并在去离子水中进行清洗。一实施例中，“在介质层表面通过刻蚀工艺形成纳米陷光结构”具体为：将沉积有介质层的晶硅置于反应腔进行干法刻蚀，在介质层表面形成纳米陷光结构，刻蚀温度0-300℃，反应时间1-600s，放电功率25-250W，刻蚀前驱气体为CH4、CF4、NF3、C2F6、C4F8、CHF3、SF6、Cl2、Br2中的一种或多种，或CH4、CF4、NF3、C2F6、C4F8、CHF3、SF6、Cl2、Br2中的一种或多种与O2、Ar中的一种或多种的混合气体。一实施例中，“制备与晶硅中的N型半导体层电性连接的第一电极”具体为：采用丝网印刷技术，将金属导电浆料按预定的图案印制在介质层表面，通过800-900℃烧结透过介质层后与N型半导体层的接触，形成栅线电极，第一电极厚度为1-50μm，优选为5-15μm，栅线宽度为1-200μm，优选为10-100μm，栅线间隔为0.1-5mm，优选为0.5-2mm。一实施例中，所述晶硅为P型单晶硅或P型多晶硅厚度为100-500μm，优选为150-200μm，“在晶硅内形成由N型半导体层和P型半导体层构成的PN结”具体为：通过扩散工艺在晶硅上形成一定厚度N型半导体层，N型半导体层作为晶硅太阳能电池的发射极；或，所述晶硅为N型单晶硅或N型多晶硅厚度为100-500μm，优选为150-200μm，“在晶硅内形成由N型半导体层和P型半导体层构成的PN结”具体为：通过扩散工艺在晶硅上形成一定厚度P型半导体层，晶硅作为晶硅太阳能电池的发射极。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术从提高电池的有效光利用效率出发，同时兼顾电池优异电学性能的实现，将纳米陷光结构制备于晶硅表面的介质层上，来提升整个电池的光电转换效率。相比之下，现有的黑硅技术将纳米陷光结构直接制备在晶体硅表面，虽然可以极大地降低电池片的反射率，但是纳米陷光结构工艺不可避免会在晶硅表面上引入复合中心，严重限制了电池光电转换效率的提升。本专利技术基于在现有的电池产线工艺，仅通过增加一道制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶硅太阳能电池，其特征在于，所述晶硅太阳能电池包括：/n晶硅，包括N型半导体层和P型半导体层，所述晶硅包括相对设置的第一表面和第二表面；/n介质层，位于晶硅的第一表面上，所述介质层的表面形成有纳米陷光结构；/n第一电极，与晶硅中的N型半导体层电性连接；/n第二电极，与晶硅中的P型半导体层电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶硅太阳能电池，其特征在于，所述晶硅太阳能电池包括：
晶硅，包括N型半导体层和P型半导体层，所述晶硅包括相对设置的第一表面和第二表面；
介质层，位于晶硅的第一表面上，所述介质层的表面形成有纳米陷光结构；
第一电极，与晶硅中的N型半导体层电性连接；
第二电极，与晶硅中的P型半导体层电性连接。


2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池，其特征在于，所述晶硅为P型单晶硅、P型多晶硅、N型单晶硅、N型多晶硅中的任一种；和/或，所述晶硅的厚度为100-500μm，优选为150-200μm。


3.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池，其特征在于，所述介质层包含SiNX、SiO2、SiNO、SiC、TiO2或Al2O3薄膜中的至少一种；和/或，所述介质层厚度为5-1000nm，优选为50-500nm；和/或，所述纳米陷光结构为柱状、锥状或洞状纳米结构中的一种或多种的组合，纳米结构的尺寸为50-1000nm。


4.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一电极为栅线电极，厚度为1-50μm，优选为5-15μm，栅线宽度为1-200μm，优选为10-100μm，栅线间隔为0.1-5mm，优选为0.5-2mm；和/或，所述第二电极为栅线电极，厚度为1-50μm，优选为5-15μm，栅线宽度为1-200μm，优选为10-100μm，栅线间隔为0.1-5mm，优选为0.5-2mm；或，所述第二电极为背场，背场厚度为1-100μm，优选为5-15μm。


5.一种晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在晶硅内形成由N型半导体层和P型半导体层构成的PN结；
在包含PN结的晶硅的第一表面上沉积介质层；
制备与晶硅中的N型半导体层电性连接的第一电极；
制备与晶硅中的P型半导体层电性连接的第二电极；
在介质层表面通过刻蚀工艺形成纳米陷光结构。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，“在包含PN结的晶硅的第一表面上沉积介质层”具体为：
采用物理沉积或化学工艺在晶硅的第一表面上沉积介质层，介质层包含SiNX、SiO2、SiNO、SiC、TiO2或Al2O3薄膜中的至少一种，介质层厚度为5-1000nm，优选为50-50...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏晓东，邹帅，张晓宏，
申请(专利权)人：苏州大学，嘉兴尚能光伏材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32