[发明专利]一种制备表面混合调制晶硅太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种制备表面硅纳米晶和金属纳米晶混合调制晶硅太阳能电池的方法，表面硅纳米晶和金属纳米晶混合调制光子能量大于硅禁带宽度(1.1eV)的光(305nm～1000nm)，特别是短波长的光，使其充分被晶硅电池本身吸收利用，以此来达到高效太阳能电池的目的，进而降低成本。

背景技术

随着世界人口的急剧增加和各国经济的快速发展，对能源的需求越来越多，能源问题已成为一个国家长久快速发展的战略性问题。目前大规模使用的传统能源如石油和煤炭由于储量有限，按目前的消耗量在几十年后至一百多年后将会枯竭，同时目前频繁的使用化石能源造成严重的大气污染和温室效应，因此对清洁可再生能源的需求也越来越迫切，太阳能电池作为清洁能源的一种由此得到了快速发展。

自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的Si太阳能电池以来，各种太阳能电池相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池从第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的薄膜太阳能电池到现在第三代的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。

目前晶硅电池面临着转换效率不是很高(大规模生产能做到17％)、价格昂贵等缺点，但晶硅(单晶和多晶)电池目前在各种太阳能电池中，其市场比重占到了90％以上，大规模的退出市场还需时日。因此，提高转换效率是降低成本的一种有效手段。

从光吸收角度来看，能量大于Si禁带宽度(1.1eV)以上的光子，特别是高能量(短波长，比如450nm左右)的光子，很大一部分由于晶格振动而损失掉。根据报导，在短波长方面造成的损失达33％，如何有效地利用这些损失掉的光谱来提高效率是一项重要课题。本发明正是基于这样的背景下展开。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制备表面硅纳米晶和金属纳米晶混合调制晶硅太阳能电池的方法，以提高晶硅太阳能电池的转换效率。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种制备表面硅纳米晶和金属纳米晶混合调制晶硅太阳能电池的方法，该方法包括：

步骤101：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构；

步骤102：将正面和背面均有绒面结构的晶硅基板放置于扩散炉中进行扩散，形成双面PN结；

步骤103：在晶硅基板正面淀积Si薄膜，退火形成硅纳米晶；

步骤104：在晶硅基板正面淀积金属薄膜，退火形成金属纳米晶；

步骤105：在晶硅基板正面和背面生长Si₃N₄减反膜；

步骤106：采用丝网印刷在晶硅基板的背面印刷的正电极，并进行热处理固化；然后采用丝网印刷在晶硅基板的正面印刷的负电极，并进行热处理固化；

步骤107：合金退火，制备出表面硅纳米晶和金属纳米晶混合调制晶硅太阳能电池。

上述方案中，所述步骤101具体包括：将厚度为180微米至250微米的晶硅基板放置于氢氧化钠溶液中进行各向异性腐蚀，在腐蚀过程中晶硅基板正、背两面均置于腐蚀液中，制备出的正、反面的绒面各方面特性基本一致，绒面结构呈现出传统的金字塔形。

上述方案中，步骤101中所述晶硅基板为商用125单晶或者156多晶，晶硅基板衬底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5～3Ω·cm，多晶电阻率为0.5～6Ω·cm。

上述方案中，所述步骤102具体包括：将正反两面均有绒面结构的晶硅基板放置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl₃，扩散出的双面PN结的结深在200～500微米之间，扩散完后利用酸洗去掉正反面的磷硅玻璃。

上述方案中，所述步骤103具体包括：利用磁控溅射或者电子束蒸发在晶硅基板表面淀积一层非晶Si薄膜，薄膜厚度在2nm～10nm之间，而后进行快速热退火处理，并通过快速热退火的方式形成硅纳米晶。

上述方案中，所述步骤104具体包括：利用磁控溅射或者电子束蒸发在晶硅基板表面淀积一层金属薄膜，金属薄膜厚度在2nm～10nm，而后进行快速热退火处理，形成金属纳米晶薄膜。

上述方案中，所述金属薄膜采用Ag、Au、Pt或者Cu。

上述方案中，所述步骤105具体包括：将晶硅基板放置于等离子体增强化学气相沉积设备中，在晶硅基板的正面和背面生长Si₃N₄减反膜，Si₃N₄减反膜的厚度为70～120nm。