[发明专利]一种用于太阳电池的硅基纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种用于太阳电池的硅基纳米结构及其制备方法。

背景技术

近年来，能源紧缺问题和全球变暖的环境问题日益严重，人类对清洁的可再生能源需求空前急切。光伏太阳能是一种重要的可再生能源，具有能源广泛，地域限制少，安全可靠等诸多优势。

自1954年第一块硅太阳电池应用至今，太阳电池经过了第一代单晶硅太阳电池，第二代薄膜电池的发展，其技术发展趋势是成本降低，效率提高。

目前市场应用的太阳电池以晶体硅电池为主，但成本高仍然是限制光伏产业发展的瓶颈，如何提高效率以降低成本成为太阳电池研究的关注点。

从目前晶硅电池对太阳光的吸收角度看，能量大于硅禁带宽度的光子特别是高能量的短波长光子很大一部分以热能形式损失，而一部分红外波段的光子会透过电池不能被吸收。即使在可见波段，硅表面的反射也较大，损失了相当的光。如果把这些损失的光有效地利用起来，则可以实现电池效率的显著提高。

本发明利用PS球覆盖和金属掩膜层生长，结合干法和湿法腐蚀，制备了一种应用于太阳电池的硅基纳米结构。这种纳米结构具有超低的反射率和高效的陷光能力，应用在晶硅太阳电池上，从而减少反射，并且将容易透过电池的长波限制在体内，增强光吸收，最终转换为光电流，实现更高的电池效率。

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用于太阳电池的硅基纳米结构及其制备方法，以解决太阳电池中存在的入射光反射和透射的损失问题，达到减少反射，增强光吸收，获得更高电池效率的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种用于太阳电池的硅基纳米结构的制备方法，包括：清洗硅片；在硅片表面上旋涂覆盖上单层PS球；对PS球进行刻蚀，减小PS球尺寸；在硅片表面沉积金属薄膜层，形成金属掩膜；将硅片表面剩余的PS球去除，剩下金属掩膜层；采用干法刻蚀或湿法腐蚀方法，形成硅基纳米结构；以及浓酸加热处理硅片，去除剩余的金属，完成硅基纳米结构的制备。

上述方案中，所述清洗硅片的步骤中，是使用浓H₂SO₄和双氧水混合加热沸腾清洗，然后再分别采用HF溶液和去离子水清洗，氮气吹干。

上述方案中，所述在硅片表面上旋涂覆盖上单层PS球的步骤中，是将PS球分散于乙醇中，旋涂转速为1000～5000rpm；PS球直径为100nm～100μm，覆盖为单层密排的PS球层。

上述方案中，所述对PS球进行刻蚀减小PS球尺寸的步骤中，是采用干法刻蚀的方法对PS球进行刻蚀，将PS球的直径减小为60nm～60μm。所述干法刻蚀方法是采用反应离子刻蚀(RIE)方法。

上述方案中，所述在硅片表面沉积金属薄膜层形成金属掩膜的步骤中，是采用电子束蒸发或磁控溅射在硅片表面无PS球掩蔽的区域沉积金属薄膜层，该金属薄膜层采用的金属为金、银、铜或镍，该金属薄膜层的厚度为20nm～200nm。

上述方案中，所述将硅片表面剩余的PS球去除的步骤中，是采用超声清洗的方式去除硅片表面剩余的PS球。

上述方案中，所述采用干法刻蚀或湿法腐蚀方法形成硅基纳米结构的步骤中，所述干法刻蚀为反应离子刻蚀，所述湿法腐蚀为使用HF和双氧水混合溶液腐蚀，腐蚀时间为10分钟～120分钟；所述硅基纳米结构，其深度为0.3～3μm，形状为金属掩膜的形状。

上述方案中，所述浓酸加热处理硅片去除剩余的金属的步骤中，是采用浓硝酸加热清洗硅片，再采用HF和去离子水清洗，去除剩余的金属。

为达到上述目的，本发明还提供了一种用于太阳电池的硅基纳米结构，包括：硅衬底，与其上的纳米柱阵列或纳米孔阵列相结合；以及形成于该硅衬底上的纳米柱阵列或纳米孔阵列。

上述方案中，所述硅衬底为晶体硅片，该晶体硅片为P型硅片或N型硅片。

上述方案中，所述硅衬底用于支撑其上纳米柱阵列或纳米孔阵列，同时作为太阳电池基区和发射区。

上述方案中，所述纳米柱阵列或纳米孔阵列，为在硅衬底上直接刻蚀而制备的，与硅衬底自然地为一体结合。所述的纳米柱阵列或纳米孔阵列，用于作为太阳电池的减反层和陷光层，同时作为太阳电池基区和发射区。所述纳米柱阵列或纳米孔阵列，直径为60nm～60μm，周期为100nm～100μm，深度或长度为0.3μm～3μm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：