一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝的製作方法
2023-04-28 06:56:06
一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，包括以下步驟：（1）採用濃度為2%~10%的NaOH溶液去除矽片表面的機械損傷層；（2）將濃度為0.001%~0.005%AgNO3溶液和濃度為0.2~1%的HF溶液混合，混合之後的溶液沉積納米銀顆粒至矽片表面；（3）將濃度為10%~15%HF溶液與濃度為2%~5%H2O2溶液混合，混合之後的溶液與沉積有納米銀顆粒的矽片反應，在納米銀顆粒周圍的矽片上形成孔洞；（4）用濃HNO3溶液去除矽片表面孔洞內殘留的納米銀顆粒；（5）用濃度為5%~10%的HF溶液去除矽片表面的氧化層。本發明採用上述方法，能夠減少反射損失，提高電池轉化效率。
【專利說明】一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及晶體矽太陽電池領域，具體是一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝。【背景技術】
[0002]隨著光伏行業需求不斷增大和供給競爭日趨激烈，開發高轉換效率和可靠性、低成本的太陽電池已成為行業發展的必然趨勢。現階段晶矽太陽能行業內在原有P型多晶矽基礎上通過應用PERL、SE、EWT、MWT、IBC、HIT等新結構和η型單晶矽、微晶矽、非晶矽等新材料，已將太陽電池的轉化效率提高到24%以上；但隨之引入的對原材料和工藝流程的苛刻要求造成電池成本的不斷攀升，給產品的性價比以及市場競爭力帶來極大壓力。在轉化效率提升和成本增加之間如何取得最佳的平衡，是光伏行業所面臨的巨大挑戰。
[0003]為了減少晶體矽太陽電池的光學損失、提高轉換效率，表面織構化、雙層減反膜太陽電池、背面接觸太陽電池、雙面電池等新技術不斷被引入。其中表面織構化是一種被廣泛採用且有效的方法。常見的表面織構化技術可以在晶體矽表面形成各向異性的金字塔結構(鹼處理)、各向同性的蠕蟲結構(酸處理)和倒金字塔結構(雷射處理)等，它們不僅可以降低矽片的表面反射率，還可以在矽片內部形成光陷阱，從而提高短路電流，達到提升轉化效率的目的。
[0004]傳統的表面織構化技術形成的表面微觀結構(如PERL電池採用的倒金字塔結構以及近年來提出的蜂巢型結構)多為微米尺度，通過入射光在表面結構中的多次反射增加入射光的吸收，從而減少反射損失。理論計算表明，在表面微觀結構尺度遠大於入射光波長(太陽光譜能量集中區域約為380nm-800nm範圍)的情況下，入射光的反射損失與尺度無關。當表面微觀結構尺度位於與入射光波長可比擬的範圍內，由於光子與表面微觀結構的強烈相互作用，反射損失可大大降低。
[0005]微米尺度的表面織構化技術中，倒金字塔結構雖被證明具有最佳的減反效果，但其高昂的製備成本嚴重製約了它在大規模生產中的應用，目前該方法僅被實驗室採用；酸處理和鹼處理雖採用溼化學法，成本較低，但其減反效果不佳，未能最大幅度減小入射光的反射損失。
[0006]納米尺度的表面織構化技術中由於飛秒雷射器或等離子體源及腔室成本極高，雖可大幅降低入射光的反射損失，但同時也增加太陽電池的生產成本，並且在減少反射增加吸收的同時，這些技術對矽片表面會造成嚴重的損傷，在其表面和近表面區域產生大量缺陷，極大地增加了對光生載流子的複合作用，形成「死層」，降低電池的轉化效率。如果將這些技術應用於常規太陽電池工藝，為了提高電池效率，要求矽片襯底具有很高的少數載流子壽命和擴散長度(η型單晶娃片)，電池的生產成本也會大大增加。
【發明內容】
[0007]本發明提供了一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，解決了傳統的太陽電池表面織構化工藝無法減少反射損失，導致電池轉化效率不高的問題。[0008]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，包括以下步驟:
(1)採用濃度為29TlO%的NaOH溶液去除矽片表面的機械損傷層，反應時間為20-40
秒；
(2)將濃度為0.001%~0.005%AgN03溶液和濃度為0.2^1%的HF溶液混合，混合之後的溶液沉積納米銀顆粒至矽片表面，反應時間為60-100秒；
(3)將濃度為10%~15%HF溶液與濃度為29T5% H2O2溶液混合，混合之後的溶液與沉積有納米銀顆粒的矽片反應，在納米銀顆粒周圍的矽片上形成孔洞，反應時間為30-50秒；
(4)用濃HNO3溶液去除矽片表面孔洞內殘留的納米銀顆粒，反應時間為100-150秒；
(5)用濃度為59TlO%的HF溶液去除矽片表面的氧化層，反應時間為10-20秒。
[0009]進一步地，所述步驟(1)中NaOH溶液的溫度為6(Tl00°C。
[0010]進一步地，所述步驟(2)中AgNO3溶液的濃度為0.001%~0.003%, HF溶液的濃度為0.5%~0.8%。
[0011]進一步地，所示步驟(3)中HF溶液的濃度為10%~13%，H2O2溶液的濃度為3%~4%。
[0012]進一步地，所述步驟(3)中形成的孔洞的直徑為5(Tl00nm，深度為20(T300nm。
`[0013]進一步地，所述步驟(3)中相鄰孔洞的間距為10(T200nm。因為太陽光譜能量集中區域約在380nm-800nm的範圍，在步驟(3)中形成的表面微觀結構(直徑5(Tl00nm、深度20(T300nm、間距10(T200nm)尺度位於與入射光波長可比擬的範圍內，由於光子與表面微觀結構的強烈相互作用，反射損失可大大降低，從而增強太陽能電池對光吸收，提高電池的轉化效率。
[0014]進一步地，所述步驟(4)中的反應時間為12(Tl50秒。
[0015]進一步地，所述步驟(5)中HF溶液的濃度為5%~6%。
[0016]本發明具有以下有益效果:
(I)相比較常規的太陽電池表面織構化工藝，本發明通過形成納米尺度的表面結構(孔洞的直徑5(Tl00nm、深度20(T300nm、間距10(T200nm)，孔的尺度位於與入射光波長(380nm-800nm)可比擬的範圍內，由於光子與表面微觀結構的強烈相互作用，反射損失可大大降低，增強入射光的吸收，減少反射損失，提高了光生載流子的濃度和收集，提高電池轉化效率。
[0017](2)本發明製得的納米尺度表面結構無論是孔徑、孔深、或是孔與孔之間的間距在尺度上具有一定的隨機性，能使較寬波長範圍的入射光吸收在近表面處，便於P-η結對光生載流子的分離和收集，對矽襯底的少數載流子壽命和擴散長度要求比較寬鬆，讓低成本矽片的使用成為可能，可大幅降低太陽電池的生產成本。
[0018](3)本發明使用太陽能製造行業傳統的制絨設備就完全可以實現，所以和傳統的太陽電池設備完全兼容，不需要增加設備，工藝成本很低，產能與傳統工藝保持一致，具有良好的產業化前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的工藝流程示意圖；
圖2為常規工藝與本發明製得的電池表面結構的反射率測量結果。【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。
實施例
[0021]如圖1所示，本實施例的大致方向是，首先採用NaOH溶液將矽片表面的機械損傷層去除掉；然後，將AgNO3溶液和HF溶液混合，得到銀顆粒，並沉積在矽片表面；接著，將HF溶液和H2O2溶液混合，然後與矽片反應，在矽片上形成孔洞；再通過濃HNO3溶液將孔洞內的銀顆粒去除；最後用HF溶液將矽片表面的氧化層去除。
[0022]下面是具體的操作步驟:
(O採用濃度為29TlO%的NaOH溶液去除矽片表面的機械損傷層，反應時間為20-40
秒；
(2)將濃度為0.001%~0.005%AgN03溶液和濃度為0.2^1%的HF溶液混合，混合之後的溶液沉積納米銀顆粒至矽片表面，反應時間為60-100秒；
(3)將濃度為10%~15%HF溶液與濃度為29T5% H2O2溶液混合，混合之後的溶液與沉積有納米銀顆粒的矽片反應，在納米銀顆粒周圍的矽片上形成孔洞，反應時間為30-50秒；
(4)用濃HNO3溶液去除矽片表面孔洞內殘留的納米銀顆粒，反應時間為100-150秒；
(5)用濃度為59TlO%的HF溶液去除矽片表面的氧化層，反應時間為10-20秒。
[0023]選用六組不同的溶液濃度，按照上面的步驟進行操作，得到矽片的孔洞大小如表1所示。
[0024]表1不同溶液濃度下得到的孔洞尺寸大小
【權利要求】
1.一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:包括以下步驟: (O採用濃度為29TlO%的NaOH溶液去除矽片表面的機械損傷層，反應時間為20-40秒； (2)將濃度為0.001%~0.005%AgN03溶液和濃度為0.2^1%的HF溶液混合，混合之後的溶液沉積納米銀顆粒至矽片表面，反應時間為60-100秒； (3)將濃度為10%~15%HF溶液與濃度為29T5% H2O2溶液混合，混合之後的溶液與沉積有納米銀顆粒的矽片反應，在納米銀顆粒周圍的矽片上形成孔洞，反應時間為30-50秒； (4)用濃HNO3溶液去除矽片表面孔洞內殘留的納米銀顆粒，反應時間為100-150秒； (5)用濃度為59TlO%的HF溶液去除矽片表面的氧化層，反應時間為10-20秒。
2.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所述步驟(I)中NaOH溶液的溫度為6(Tl00°C。
3.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所述步驟(2)中AgNO3溶液的濃度為0.001%`~0.003%, HF溶液的濃度為0.5%~0.8%。
4.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所示步驟(3)中HF溶液的濃度為10%~13%，H2O2溶液的濃度為3%~4%。
5.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所述步驟(3)中形成的孔洞的直徑為5(Tl00nm，深度為20(T300nm。
6.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所述步驟(3)中相鄰孔洞的間距為10(T200nm。
7.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所述步驟(4)中的反應時間為120~150秒。
8.根據權利要求1所述的一種晶體矽太陽電池表面織構化工藝，其特徵在於:所述步驟(5)中HF溶液的濃度為5%~6%。
【文檔編號】H01L31/18GK103647000SQ201310707244
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】吳婧, 龍巍, 蔡蔚, 林洪峰, 趙秀生 申請人:天威新能源控股有限公司