專利名稱：一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硅基高效太陽能電池制備技術領域，特別涉及一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，在有表面高陷光的基礎上還有單面制絨的效果，以進一步提高太陽能電池表面的陷光效果。
背景技術：
地球每天接收的太陽能相當于整個世界一年所消耗的總能量的200倍，太陽每秒發(fā)出的能量就大約相當于1.3億噸標準煤完全燃燒時所放出的全部熱量。太陽能以及由其轉(zhuǎn)換而來風能和海洋能是現(xiàn)今清潔能源的主要研究焦點。太陽能電池是一種重要的可再生能源，既可作為獨立能源，亦可實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，實現(xiàn)零污染排放。目前，傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池表面反射率達到12%左右，對光的利用率不算很高。為了進一步降低硅基太陽能電池表面的反射率，研發(fā)了一種新的高陷光減反結(jié)構(gòu)即納米結(jié)構(gòu)的絨面，它可以有效的提高太陽能電池對光的利用率。另外，納米結(jié)構(gòu)的帶隙可以根據(jù)對陽光的最佳吸收來調(diào)整，太陽能電池理論效率相對于帶隙的曲線最大的峰值在1.5eV附近。因此通過調(diào)整納米結(jié)構(gòu)的形貌可以有效的調(diào)整帶隙。其次，納米結(jié)構(gòu)可用于將紫外光和藍光轉(zhuǎn)變成波長更長的光，起到下轉(zhuǎn)換的作用，硅基太陽能電池對這些光有更高的量子效率。此外，化學腐蝕的簡單性和易于大面積制備使得納米結(jié)構(gòu)可以成為適合于大面積應用的候選技術，但是通常企業(yè)里的單面制絨需要水上漂等昂貴的設備，本發(fā)明僅僅在原有基礎上添加光源就可以達到單面制絨的效果，同時還可以制備出比企業(yè)更好的陷光結(jié)構(gòu)。本發(fā)明人在此利用硅基超低納米減反結(jié)構(gòu)進行高效太陽能電池的制備。此法制備的結(jié)構(gòu)，具有與傳統(tǒng)工藝兼容、不增加設備成本、同時解決硅片在短波段反射率高和雙面制絨的問題。利用本方法，在P型硅片上先進行重擴，利用TiO2的光催化反應的效應，在光照條件下濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)，再結(jié)合傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制備鈍化層、電極等，最終形成超低納米結(jié)構(gòu)減反高效太陽能電池 ，提高了電池的性能。
發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，在與已有的太陽能電池制備工藝兼容的前提下，提出創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和改良工藝，以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，包括:清洗硅片；對硅片表面進行重擴散；去除在重擴散后硅表面的殘留物；在硅片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2,或在娃片表面淀積Ti并快速退火；對娃片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)；以及去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。上述方案中，所述硅片為純度大于99.9999%的P型太陽能級硅片、純度大于99.9999999999%的P型集成電路級級硅片或晶面指數(shù)為(100)的P型硅片。上述方案中，所述清洗硅片，是先用堿溶液浸泡硅片去除表面顆粒和有機物質(zhì)，再用溫度為75°c至85°C強酸煮硅片，以此去除硅表面的金屬沾污，之后用稀釋過的氫氟酸去除硅表面的自然氧化層，最后用去離子水清洗干凈。上述方案中，所述對硅片表面進行重擴散，是通過常規(guī)擴散工藝對清洗干凈的硅片進行深度擴散，將擴散深度往硅片深處推進，擴散后硅片方阻為30 40 Ω / 口。上述方案中，所述去除在重擴散后硅表面的殘留物，是利用稀釋的氫氟酸去除擴散后在硅表面留下的磷硅玻璃，以防止在之后的腐蝕中消耗腐蝕液中的陰離子。上述方案中，所述在硅片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2,是通過溶膠-凝膠方法在硅片表面淀積納米結(jié)構(gòu)的TiO2,或者是將TiO2納米顆粒粉末通過靜電吸附方式吸附到硅片表面。上述方案中，所述在硅片表面淀積Ti并快速退火，是通過真空蒸發(fā)或者磁控濺射的方法在硅片表面形成2nm-40nm厚的Ti，并在氮氣氣氛中快速退火20秒-30分鐘，溫度為3300C _800°C，形成Ti的納米顆粒。上述方案中，所述對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)，是在室溫條件下將硅片放入含有氫氟酸和雙氧水或含有氫氟酸和硝酸的腐蝕液中腐蝕。所述腐蝕液是在氫氟酸和雙氧水或氫氟酸和硝酸的基礎上，再添加乙醇、異丙醇或乙二醇，以控制反應速率及納米顆粒大小；所述對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)的過程中，還加入光照條件以實現(xiàn)單面制絨。上述方案中，所述去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子，是先利用稀鹽酸或者硫酸清洗，再利用去離子水清洗2分鐘 30分鐘，徹底清除表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。
(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果:首先，此法利用企業(yè)中傳統(tǒng)的擴散方法進行重擴，通過延長時間可以適當?shù)耐七M結(jié)深，有利于開路電壓的保證；在光照條件下濕法化學腐蝕，是利用PN結(jié)在光照條件下產(chǎn)生光生載流子打破硅內(nèi)部的電子空穴在內(nèi)建電場的作用下平衡的狀態(tài)，使其從平衡態(tài)到非平衡態(tài)，從而實現(xiàn)硅的內(nèi)部電子與腐蝕液中的電子交換，達到腐蝕硅片的目的，形成硅基超低納米減反結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在短波段有非常好的陷光作用，且可以調(diào)整重擴后硅表面的方阻，使其達到正常電池的最優(yōu)值，這有利于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。其次，該方法不限于單晶電池片，對多晶同樣會有很好的制絨效果。此法制備的具有超低減反納米結(jié)構(gòu)陣列的高效太陽能電池，其制備工藝能很好的與現(xiàn)有工藝結(jié)合，能在不增加工藝的復雜度，同時保持較低成本的前提下，制備高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。另外，本發(fā)明在工藝制備方面較其他工藝有如下實用優(yōu)點:1、本發(fā)明采用濕法化學腐蝕方法制備超低減反結(jié)構(gòu)，能夠極大降低因干法刻蝕所造成的損傷，簡便易行，且相較于傳統(tǒng)濕法腐蝕方法有更好的陷光效果，有利于降低太陽能電池成本。2、本發(fā)明所采用的光照條件易于投入生產(chǎn)，設備簡單易操作，對于單晶多晶都有很好的腐蝕效果，還可以解決單面制絨的難題，同樣都可以達到高陷光的作用。3、本發(fā)明高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨方法，在不添加任何額外的設備，只需在原有基礎上更換工藝次序，改善原有設備就可以達到更好的效益。綜上所述，本發(fā)明高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨方法，與傳統(tǒng)方法相比，具有上述明顯的有益效果。上述諸多的優(yōu)點及實用價值，在技術上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，從而更加適于大規(guī)模應用。
圖1為依照本發(fā)明實施例的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法流程圖；圖2為依照本發(fā)明實施例的光照腐蝕硅片設備的示意圖；圖3為依照本發(fā)明實施例的腐蝕后硅片的截面形貌圖。
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(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨方法其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后:如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實施例的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法流程圖，該方法包括以下步驟:步驟001、RCA方法清洗硅片；步驟002、對硅片表面進行重擴散；步驟003、去除在重擴散后硅表面的殘留物，該殘留物為磷硅玻璃；步驟004、在硅片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2，或在硅片表面淀積Ti并快速退火，在室溫條件下對上述硅片進行光照濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)；步驟005、去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。其中，所述硅片為純度大于99.9999 %的P型太陽能級硅片、純度大于99.9999999999%的P型集成電路級級硅片或晶面指數(shù)為(100)的P型硅片。上述步驟001中所述采用RCA方法清洗硅片，即先用堿溶液浸泡硅片去除表面顆粒和有機物質(zhì)，再用溫度為75°C至85°C強酸煮硅片，以此去除硅表面的金屬沾污，之后用稀釋過的氫氟酸去除硅表面的自然氧化層，最后用去離子水清洗干凈。上述步驟002中所述對硅片表面進行重擴散，該步驟只需要通過常規(guī)擴散工藝對干凈的硅片進行擴散，但不同的是要延長擴散的時間，目地主要在于將擴散深度往硅片深處推進，擴散后硅片方阻約為30 40 Ω /口。上述步驟003中所述去除在重擴散后硅表面的殘留物，該步驟主要是利用稀釋的氫氟酸去除擴散后在硅表面留下的磷硅玻璃，以防止在之后的腐蝕中消耗腐蝕液中的陰離子。上述步驟004中所述在硅片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2,或在硅片表面淀積Ti并快速退火，在室溫條件下對上述硅片進行光照濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)，該步驟主要是利用氫氟酸加雙氧水或氫氟酸加硝酸，并在其中添加乙醇、異丙醇、乙二醇等添加劑控制反應速率及納米顆粒大小，并通過該步驟在制絨的過程中使得其表面方阻達到常規(guī)較為優(yōu)化的值，即50 60 Ω/ □，另外，在該過程中添加光照條件是為了實現(xiàn)單面制絨的效果。所述在硅片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2,是通過溶膠-凝膠方法在硅片表面淀積納米結(jié)構(gòu)的TiO2,或者是將TiO2納米顆粒粉末通過靜電吸附方式吸附到硅片表面。所述在硅片表面淀積Ti并快速退火，是通過真空蒸發(fā)或者磁控濺射的方法在硅片表面形成2nm-40nm厚的Ti，并在氮氣氣氛中快速退火20秒-30分鐘，溫度為330°C _800°C，形成Ti的納米顆粒。所述對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)，是在室溫條件下將硅片放入含有氫氟酸和雙氧水或含有氫氟酸和硝酸的腐蝕液中腐蝕。所述腐蝕液是在氫氟酸和雙氧水或氫氟酸和硝酸的基礎上，再添加乙醇、異丙醇或乙二醇，以控制反應速率及納米顆粒大小；所述對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)的過程中，還加入光照條件以實現(xiàn)單面制絨。上述步驟005中所述去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子，主要是利用去離子水清洗硅片將硅表面的負離子清洗干凈。先利用稀鹽酸或者硫酸清洗，再利用去離子水清洗2分鐘 30分鐘，徹底清除表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述闡述的技術內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何 簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括: 清洗硅片； 對娃片表面進行重擴散； 去除在重擴散后硅表面的殘留物； 在娃片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2,或在娃片表面淀積Ti并快速退火； 對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)；以及 去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。
2.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述硅片為純度大于99.9999 %的P型太陽能級硅片、純度大于99.9999999999 %的P型集成電路級級硅片或晶面指數(shù)為(100)的P型硅片。
3.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述清洗硅片，是先用堿溶液浸泡硅片去除表面顆粒和有機物質(zhì)，再用溫度為75°C至85°C強酸煮硅片，以此去除硅表面的金屬沾污，之后用稀釋過的氫氟酸去除硅表面的自然氧化層，最后用去尚子水清洗干凈。
4.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述對硅片表面進行重擴散，是通過常規(guī)擴散工藝對清洗干凈的硅片進行深度擴散，將擴散深度往硅片深處推進，擴散后硅片方阻為30 40 Ω / 口。
5.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述去除在重擴散后硅表面的殘留物，是利用稀釋的氫氟酸去除擴散后在硅表面留下的磷硅玻璃，以防止在之后的 腐蝕中消耗腐蝕液中的陰離子。
6.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述在娃片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2,是通過溶膠-凝膠方法在娃片表面淀積納米結(jié)構(gòu)的TiO2,或者是將TiO2納米顆粒粉末通過靜電吸附方式吸附到硅片表面。
7.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述在硅片表面淀積Ti并快速退火，是通過真空蒸發(fā)或者磁控濺射的方法在硅片表面形成2nm-40nm厚的Ti，并在氮氣氣氛中快速退火20秒-30分鐘，溫度為330°C _800°C，形成Ti的納米顆粒。
8.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)，是在室溫條件下將硅片放入含有氫氟酸和雙氧水或含有氫氟酸和硝酸的腐蝕液中腐蝕。
9.根據(jù)權利要求8所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于， 所述腐蝕液是在氫氟酸和雙氧水或氫氟酸和硝酸的基礎上，再添加乙醇、異丙醇或乙二醇，以控制反應速率及納米顆粒大?。? 所述對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)的過程中，還加入光照條件以實現(xiàn)單面制絨。
10.根據(jù)權利要求1所述的高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子，是先利用稀鹽酸或者硫酸清洗，再利用去離子水清洗2分鐘 30分鐘，徹底清除表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法，包括清洗硅片；對硅片表面進行重擴散；去除在重擴散后硅表面的殘留物；在硅片表面涂敷納米結(jié)構(gòu)的TiO2，或在硅片表面淀積Ti并快速退火；對硅片進行濕法腐蝕形成納米結(jié)構(gòu)；以及去除硅表面的氧化物以及沒有反應完的鈦離子。采用本方法制備的高陷光納米結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)工藝相比只是改變了工藝順序，不增加重大設備的前提下，僅添加一個光源或者導入太陽光就可以達到單面制絨的目的。本方法制備的納米結(jié)構(gòu)在短波段有更好的陷光作用。此外工藝步驟簡單，可以適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C30B33/10GK103219427SQ20131012359
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權日2013年4月10日
發(fā)明者賈銳, 林陽, 陳晨, 金智, 劉新宇 申請人:中國科學院微電子研究所