一種基于溶液法的多晶太陽電池的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于溶液法的多晶太陽電池的制備方法。利用本發明可以制備出 具有低反射率和高轉換效率的納米倒金字塔多晶太陽電池，適用于太陽能光伏電池技術領 域。
【背景技術】
[0002] 晶硅太陽電池以其轉換效率和量產成本的優勢，保持在光伏行業較高的市場份 額，并持續發展。為了進一步加強晶硅太陽電池的競爭力，提高轉換效率一直是研究者致力 的方向。黑硅技術作為有效提高晶硅太陽電池轉換效率的技術手段，已經廣為研究。
[0003] 黑硅技術發展至今，大致可以分為三個階段：第一階段，從哈佛大學的Mazur教 授發現黑硅后，不同的黑硅制備技術都被廣泛研究，黑硅的制備工藝包括飛秒激光法、反應 離子刻蝕法、電化學腐蝕法和金屬輔助化學腐蝕法（Metal Assited Chemical Etching， MACE)。各類減反結構的黑硅帶來了優異的減反射效果，反射率相比常規制絨技術，有了 明顯的降低。然而，黑硅電池的轉換效率普遍偏低，甚至低于沒有黑硅減反射結構的常規 制絨太陽電池。2012 年，NREL 的 Jihun Oh 等人[Nature Nanotechnology，2012,7(ll): 743-748]制備的18. 2%的單晶黑硅電池問世，他們采用四甲基氫氧化銨（TMAH)溶液對黑 硅表面進行微結構處理，并結合熱氧化鈍化技術，降低了黑硅由于表面積增大帶來的表面 復合，并優化擴散工藝減少俄歇復合，最終提高了黑硅電池轉換效率。黑硅技術因此進入第 二階段，研究者們不再一味追求低的減反射效果，而是考慮更多減反結構的優化和鈍化工 藝的優化。國內的研究中，蘇大的蘇曉東課題組[Advanced Functional Materials，2014， 24 :6708-6716]在MACE法制備的黑硅基礎上采用高溫堿處理得到倒金字塔結構，優化電池 工藝得到了 18. 45%轉換效率的多晶黑硅太陽電池。鈍化優異的黑硅的減反射效果能有效 將增益的入射光轉變為電，從而提高了轉換效率。而當芬蘭阿爾托大學的Hele Savin課題 組[Nature Nanotechnology，2015,89]結合多項先進技術制備出22. 1 %轉換效率的黑娃 太陽電池時，黑硅技術進入第三階段，晶硅太陽電池的各種先進高效技術能在黑硅上體現 更好的效果。黑硅由于表面積的增大，表面復合一直是制約電池效率的問題關鍵，而全背電 極接觸（Interdigitated Back Contact，IBC)電池技術在黑娃上發揮了很好的效果，且黑 硅以其斜光效應，全天發電量相比同功率電池能有較大的發電量提升，應用前景相當優異。
【發明內容】
[0004] 本發明一種基于溶液法的多晶太陽電池的制備方法。可以制備出具有低反射率和 高轉換效率的納米倒金字塔多晶太陽電池。
[0005] 為此，本發明提供了如下技術方案：
[0006] (1)、將多晶硅片經過標準清洗工藝，然后浸入HF(40% ) : HN03(70% ) : H20 = 1 : 3 : 2混合溶液中進行酸制絨3min，隨后采用1%的NaOH溶液腐蝕30s去除制絨后多 孔硅微結構，去除表面損傷層的同時得到光潔的表面；
[0007] (2)、將上述制絨后硅片浸入0. 002M AgN03+4M HF溶液中50s，表面沉積一層銀 納米顆粒，納米顆粒大小為50nm左右，溶液溫度為室溫。將沉積完銀納米顆粒的硅片浸入 0? 3M H202+1. 5M HF混合溶液中進行腐蝕180s，得到孔徑50-100nm，孔深500nm的納米孔洞 結構，溶液溫度為室溫。將腐蝕完的黑硅片浸入H 202 : NH40H=1 : 3,混合溶液中進行清 洗180s，去除殘留銀納米顆粒，溶液溫度為室溫。
[0008] (3)、將制備好的黑娃浸入NSR(Nano-Structure Rebuilding)溶液中進行刻蝕， NSR溶液組成為NH4F(40%) : H202 : H20=1 : 2 : 4,反應溫度為50°C，反應時間300s， 制備得到邊長100_500nm，深度100-500nm的倒金字塔黑硅結構。
[0009] (4)在HC1與HF溶液中預清洗，PN結中N型發射極由P0C13#散而得，擴散溫度 800-850°C ;濕刻工藝主要利用HF和HN03溶液進行背結與邊緣結刻蝕，再用稀HF溶液去除 表面磷硅玻璃。
[0010] (5)在HN03(69%) : H20= 1 : 3溶液中水浴處理30min，溫度為80°C，制備內層 極薄的氧化硅鈍化層；隨后PECVD沉積70-100nm的SiNx，通過調節Si/N比調節折射率，調 節厚度調整鈍化效果，沉積到黑硅發射極表面。
[0011] (6)絲網印刷電極時，背面為鋁漿，正面與背面柵線電極為銀漿。最后在鏈式燒結 爐進行快速熱處理。
[0012] 本發明原理
[0013] 制備態的黑硅結構細小且粗糙，對于制備太陽電池具有高復合的缺點，因此使用 NSR溶液進行擴孔。在NSR溶液中，氟化氨能夠動態的調節溶液中F離子的濃度，因此蝕刻 率較穩定。而晶硅由于其各向異性，在一定溫度下尤為明顯，堿性如NaOH或TMAH溶液在 80°C時各向異性表現較好，而在NSR溶液中，50°C即體現良好各向異性，將黑硅從納米孔結 構擴孔成為倒金字塔結構。
[0014] 制備高效電池工藝中，擴散后方阻體現了表面摻雜水平，方阻過低易導致殘留表 面死層，成為復合中心，控制方阻，在保證最后形成好的歐姆接觸同時，減少擴散導致的俄 歇復合。PECVD沉積SiNx鈍化膜，富硅時鈍化效果明顯，因此在現有的雙層膜鈍化基礎上， 增加內層高折射率厚度，使內存鈍化效果更好，結合內層液相制備的氧化硅層，有利于減少 黑硅表面積增大帶來的復合，最終形成內層氧化硅化學鈍化，外層氮化硅場鈍化的雙層鈍 化結構。
[0015] 有益效果
[0016] 與現有黑硅制備技術相比，本發明有如下優點：
[0017] 1)采用廉價的MACE液相制備技術，無需大型高成本真空設備支持，溶液成本低， 可重復性高。
[0018] 2)采用新型NSR酸性溶液擴孔技術，制備最優倒金字塔結構，結構大小均一，有利 于提尚黑娃轉化效率。
[0019] 3)擴孔技術所需溫度低，無需堿性試劑如NaOH或TMAH等需要80°C才能體現較好 的各向異性。
[0020] 4)采用內層氧化硅化學鈍化，外層氮化硅場鈍化的雙層鈍化結構，有效鈍化黑硅 結構。
[0021] 5)電池工藝完全匹配現有生產工藝，僅需對工藝進行調節，能適用于量產化。
【附圖說明】
[0022] 圖1 :本發明所述尚效多晶黑娃電池結構不意圖。
[0023] 圖2 :實施例1提供的NSR擴孔后黑硅SEM表面形貌圖。
[0024] 圖3:實施例2提供的黑硅電池與酸制絨電池反射率對比圖。
[0025] 圖4:實施例3提供的黑硅電池與酸制絨電池外量子效率對比圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了控制黑硅的制備成本，并提高黑硅電池的轉換效率，本發明實施例提供了一 種基于溶液法的多晶太陽電池的制備方法，包括：
[0027] (1)對硅片表面進行清潔處理；
[0028] (2)在硅片表面沉積銀納米顆粒，催化腐蝕出黑硅納米孔結構；
[0029] (3)將制備態黑硅進行NSR與雙氧水溶液清洗，從而在硅片表面形成倒金字塔減 反射結構；
[0030] (4)在進行擴散前清洗后，在擴散爐內進行擴散形成PN結；
[0031] (5)隨后采用濕刻工藝，對擴散后硅片進行背結與邊緣結刻蝕，及表面磷硅玻璃和 擴散死層去除；
[0032] (6)采用液相制備氧化硅內層鈍化膜，然后在PECVD中沉積SiN^反射鈍化膜；
[0033](7)隨后采用絲網印刷工藝進行電極制備，燒結后形成歐姆接觸，最終得到太陽電 池。
[0034] 本發明實施例所提供的技術方案中，MACE液相法制備黑硅的均勻性及結構可控。 利用NSR溶液進行擴孔后倒金字塔結構均勻，兼具減反射性能的同時有利于后續電池工 藝，比表面積小使得復合減少，有益于制備高轉換效率的黑硅太陽電池。同時該方法成本較 低，工藝簡單，電池工藝完全匹配現有生產工藝，僅需對工藝進行調節，能適應于量產化。
[0035] 以上是本發明的核心思想。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例 中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例， 而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞 動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍、
[0036] 在下面描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采 用其他不同于在此描述的其他方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情 況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0037] 實施例1 :
[0038] (1)在體積比HF(40