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CN106328736B - 一种抗lid黑硅太阳能高效电池及其生产方法 - Google Patents

一种抗lid黑硅太阳能高效电池及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗LID黑硅太阳能高效电池及其生产方法，包括正、负电极、铝背场、P型硅片衬底和依次位于P型硅片衬底上的PN结、SiO2氧化膜、SiNx薄膜，所述PN结厚度均匀，所述SiNx薄膜包覆在SiO2氧化膜表面；依次经过高陷光纳米柱的制作、第一次扩散、去除边结和磷硅玻璃层、第二次扩散、SiNx表面钝化和减反薄膜沉积、制备电池负电极、正电极和铝背场，完成抗LID黑硅太阳能电池制备。本发明增强了光能的吸收，提高了光电转换效率，减少了电池的漏电现象，具有抗LID和PID效果。

Description

一种抗LID黑硅太阳能高效电池及其生产方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体公开一种抗LID黑硅太阳能高效电池及其生产方法。
背景技术
硅是世界上储量最丰富的元素之一,广泛的应用于光电探测、光通信、微电子设备等重要领域。但是由于晶体硅的本身的性质,使得晶体硅表面对可见-红外光的反射很高,极大的限制了硅基光电器件的灵敏度、可用波段范围以及转换效率等关键技术指标。近年来,一种叫黑硅的微结构硅引起了人们极大的关注,黑硅由于对可见-红外光波段的光有着其极高的吸收,可以广泛应用于生物,红外探测,太阳能电池,药学,微电子,农业和安全检测等方面。常规的晶体硅太阳电池都是基于p 型掺硼硅晶体制造的,但这种电池存在着光衰减现象,该现象已经成为制约高效太阳电池发展的一个重要瓶颈。目前光衰减现象的性质和机理还未完全清楚, 它是当前国际上晶体硅太阳电池材料和器件方向的研究热点之一。光衰问题可以通过抑制光衰减的缺陷生成-硼氧复合体的方法来解决，抑制硼氧复合体的方法包括①降低氧含量②降低硼浓度③p型掺镓硅晶体（镓取代硼）④n型硅晶体（不含硼）⑤高温热处理⑥同族掺杂（锗、锡和碳）硅晶体。
目前制备黑硅的方法多种多样,最具产业化的两种方法为干法制绒RIE（Reactive Ion Etching）和湿法制绒MCCE(Met铝Catalyzed Chemic铝Etching)。采用RIE法或MCCE法制备黑硅纳米陷光娥眼结构可以显著提高可见-红外光波段的光谱吸收，但是由于黑硅制备过程中表面积的增大以及引入的缺陷，具有较高的表面复合速率和较低的少数载流子寿命，导致开路电压下降、漏电增大，太阳能电池的光电转换效率没有显著的提高。黑硅纳米陷光娥眼结构使形成的PN结结深不均匀，PN结浅结处硼和氧多数处于亚稳态，容易形成硼氧复合体，导致光照衰减（LID）现象更加严重。同时，PN结浅结处容易烧穿，导致太阳能电池的漏电现象更加严重。
发明内容
本发明的目的在于：为解决以上问题提供一种增强光能吸收，提高光电转换效率，减少电池漏电现象，具有抗LID和PID效果的抗LID黑硅太阳能高效电池及其生产方法。
本发明所采用的技术方案是这样的：
一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极和铝背场，还包括P型硅片衬底和依次位于P型硅片衬底上的PN结、SiO2氧化膜、SiNx薄膜，所述PN结厚度均匀，所述SiNx薄膜包覆在SiO2氧化膜表面
进一步地，所述P型硅片衬底一端平整，另一端呈陷光结构，在其陷光结构端端面为PN结；所述PN结外侧、P型硅片衬底陷光结构端外层为SiO2氧化膜；所述SiNx薄膜一端平整，另一端与所述P型硅片衬底陷光结构端形成吻合设置。
进一步地，所述P型硅片衬底纯度大于99.9999%。
进一步地，所述PN结深为0.1~10μm。
进一步地，所述SiNx薄膜厚度为50~150nm。
上述一种抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法，包括如下步骤：
（1）高陷光纳米柱的制作，对P型硅片进行RIE法或MCCE法处理制备高陷光纳米柱；
（2）第一次扩散，将硅片置于扩散炉中，在保护气体N2、O2气氛下采用通入磷源工艺进行扩散；
（3）去除边结和磷硅玻璃层；
（4）第二次扩散，在扩散炉中，利用O2作为扩散源，在保护气体N2气氛下进行扩散；
（5）利用PEVCD设备对硅片进行SiNx表面钝化和减反薄膜沉积；
（6）制备电池负电极、正电极和铝背场，完成抗LID黑硅太阳能电池制备。
进一步地，所述步骤（2）中气体扩散温度为810~860℃。
进一步地，所述步骤（3）中采用湿法刻蚀工艺去除边结和磷硅玻璃层，依次经过经过混酸刻蚀槽、背面抛光、稀释的氢氟酸、去离子水清洗处理，其中酸液浓度和碱液浓度保持不变。
进一步地，所述步骤（4）中气体扩散温度为600~800℃。
综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、利用RIE法或MCCE法形成黑硅纳米陷光娥眼结构，由于超低纳米减反结构阵列的独特减反效果，增加了光能的吸收，有利于提高纳米柱电池的转化效率；
2、通过两次扩散，第一由于黑硅纳米陷光娥眼结构，通过再次扩散促使磷再分布形成均匀的PN结表面，有效防止高陷光结构凹陷部分PN结偏浅导致的光照衰减，具有抗LID效果；第二，提高了纳米柱与电极的欧姆接触特性，改善了黑硅纳米陷光娥眼结构与电极接触的问题，减少太阳能电池的漏电现象；第三，得到硅片表面掺杂浓度低，表面复合小，提高太阳能电池的开路电压，从而显著提高太阳能电池的光电转换效率；第四，在磷扩散层表面形成二氧化硅氧化层钝化膜，具有抗PID效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记：1、正电极；2、负电极；3、铝背场；4、P型硅片衬底；5、PN结；6、SiO2氧化膜；7、SiNx薄膜。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极1、2和铝背场3，还包括P型硅片衬底4和依次位于P型硅片衬底4上的PN结5、SiO2氧化膜6、SiNx薄膜7，所述P型硅片衬底4一端平整，另一端呈陷光结构，在其陷光结构端端面为PN结5，PN结5表面均匀,深度为0.1~1.0微米；所述PN结5外侧、P型硅片衬底4陷光结构端外层为SiO2氧化膜6，具有抗LID效果；所述SiNx薄膜7一端平整，另一端与所述P型硅片衬底4陷光结构端形成吻合设置。 所述SiNx薄膜7厚度为50～150nm。
上述一种抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法，包括如下步骤：
（1）高陷光纳米柱的制作，所述P型硅片衬底4为纯度大于99.9999％的太阳能级硅衬底，P 型掺杂。MCCE（金属催化化学腐蚀）方法制备高陷光纳米柱，是在腐蚀时添加纳米金属颗粒催化剂，经过混酸腐蚀处理、碱扩孔处理、氢氟酸处理、及去离子水清洗过程，其间酸液浓度和碱液浓度保持不变。RIE（等离子制绒）法制备高陷光纳米柱，是在真空环境中通入等离子制绒所需气体，然后在硅片上施加负偏压,将硅片直接浸没在等离子体中,在硅片表面形成陷光纳米结构，最后对陷光纳米结构进行去损伤层处理；制绒处理完成后的硅片平均反射率5%～15%。
（2）第一次扩散，对上述硅片进行第一次磷扩散处理，磷扩散处理是传统的扩散工艺，包括预沉积、再推进过程，磷扩散为利用POCl3 作为磷扩散源，在保护气体N2、O2 气氛下采用通入磷源工艺进行扩散。气体扩散温度810℃～860℃。各气体通量范围如下：小N2：0～1.8slm；N2：2～ 20slm；O2：0～1.1slm。扩散后的方块电阻为50~150 欧姆，PN结5深为0.1~1.0 微米。
（3）去除边结和磷硅玻璃层；利用湿法刻蚀工艺，经过混酸刻蚀槽，将硅片进行去边处理，去除扩散过程中可能造成的边缘短路的部分，同时对硅片背面进行抛光，然后用稀释的氢氟酸处理，去除扩散产生的磷硅玻璃层。最后用去离子水清洗。其间酸液浓度和碱液浓度保持不变。
（4）第二次扩散，为了解决步骤（1）中通过RIE法或MCCE法处理制备的纳米柱凹槽深度大，扩散过程中凸起部分结深，凹槽结浅的PN结不均匀现象，需要进行二次扩散。二次扩散是磷再分布及氧化层生成的过程，在硅片已扩散的一面进行氧扩散。利用O2作为扩散源，在保护气体N2 气氛下进行扩散，在磷扩散层表面形成二氧化硅氧化层钝化膜。二次扩散温度650℃～800℃，比一次扩散温度低。
（5）对硅片进行SiNx表面钝化和减反薄膜沉积，对硅片进行SiNx表面钝化和减反薄膜沉积，是利用PEVCD设备，在硅片的扩散面沉积一层SiNx薄膜7，薄膜厚度为50～150nm。PEVCD完成后反射率0～15%。
（6）制备电池负电极、正电极和铝背场，完成抗LID黑硅太阳能电池制备。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围；凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极和铝背场，还包括P型硅片衬底和依次位于P型硅片衬底上的PN结、SiO2氧化膜、SiNx薄膜，所述PN结厚度均匀，所述SiNx薄膜包覆在SiO2氧化膜表面；
所述P型硅片衬底一端平整，另一端呈陷光结构，在其陷光结构端端面为PN结；所述PN结外侧、P型硅片衬底陷光结构端外层为SiO2氧化膜；所述SiNx薄膜一端平整，另一端与所述P型硅片衬底陷光结构端形成吻合设置；
其特征在于：所述陷光结构呈锯齿形状，且所述锯齿形状的相对远离所述P型硅片衬底平整的一端为所述锯齿形状的齿尖部，所述锯齿形状的相对靠近所述P型硅片衬底平整的一端为所述锯齿形状的齿根部，所述SiO2氧化膜设置于所述PN结和所述SiNx薄膜之间，且所述SiO2氧化膜与所述PN结、所述SiO2氧化膜与所述SiNx薄膜在靠近所述齿尖部的位置接触，所述SiO2氧化膜与所述PN结为圆角接触，所述SiO2氧化膜与所述SiNx薄膜为钝角接触。
2.根据权利要求1所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池，其特征在于：所述P型硅片衬底纯度大于99.9999%。
3.根据权利要求1所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池，其特征在于：所述PN结深为0.1~10μm。
4.根据权利要求1所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池，其特征在于：所述SiNx薄膜厚度为50~150nm。
5.一种如权利要求1所述的抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）高陷光纳米柱的制作，对P型硅片进行RIE法或MCCE法处理制备高陷光纳米柱；
（2）第一次扩散，将硅片置于扩散炉中，在保护气体N2、O2气氛下采用通入磷源工艺进行扩散；
（3）去除边结和磷硅玻璃层；
（4）第二次扩散，在扩散炉中，利用O2作为扩散源，在保护气体N2气氛下进行扩散；
（5）利用PEVCD设备对硅片进行SiNx表面钝化和减反薄膜沉积；
（6）制备电池负电极、正电极和铝背场，完成抗LID黑硅太阳能电池制备。
6.根据权利要求5所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中气体扩散温度为810~860℃。
7.根据权利要求5所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法，其特征在于：所述步骤（3）中采用湿法刻蚀工艺去除边结和磷硅玻璃层，依次经过混酸刻蚀槽、背面抛光、稀释的氢氟酸、去离子水清洗处理，其中酸液浓度和碱液浓度保持不变。
8.根据权利要求5所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法，其特征在于：所述步骤（4）中气体扩散温度为600~800℃。
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