[发明专利]基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种制备基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的方法，利用Si量子点超晶格结构的能带调节作用，使得太阳能电池对于光子能量大于硅禁带宽度(1.1eV)的光(300nm～1000nm)更好的吸收，特别是短波长的光，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(单晶和多晶)电池在各种太阳能电池中，其市场比重占到了90％以上，但转换效率普遍不高。如何制备出转换效率高的电池是各国从事光伏行业面临的一个关键问题，这也是降低太阳能成本的关键手段。

由于Si是一种间接带隙材料，其对光吸收的能力相对于直接带隙半导体来说要弱的多。如何增强光的吸收，如何有效地利用短波长范围内的光，这对于提高晶硅太阳能电池的效率来说，是一项重要途径。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基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的方法，以利用Si纳米晶超晶格结构提高晶硅电池的转换效率。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种制备基于硅量子点超晶格结构的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，并将晶硅基板放置于扩散炉中进行扩散，形成双面PN结；

步骤102：混合硅颗粒与半导体氧化物颗粒，通过电子束蒸发至晶硅基板上，形成富Si的氧化物薄膜；

步骤103：对晶硅基板进行高温退火处理，形成Si量子点超晶格结构；

步骤104：对Si量子点超晶格结构进行掺杂，形成n型或者n⁺型Si量子点超晶格结构；

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，制备出基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池。

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；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，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，步骤102中所述半导体氧化物颗粒是SiO₂或者HfO₂，所述富Si的氧化物薄膜厚度为20～50nm，

上述方案中，步骤103中所述对晶硅基板进行高温退火处理时，以氮气保护气，退火温度为900～1200摄氏度。

上述方案中，步骤104中所述对Si量子点超晶格结构进行掺杂采用热扩散的方式或者离子注入的方式进行，采用热扩散的方式时扩散源为液态POCl₃；采用离子注入的方式时注入磷离子，注入完成后在900摄氏度下快速退火处理，形成n型或者n⁺型Si量子点超晶格结构。