[发明专利]一种超小绒面太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高效晶体硅太阳电池技术领域，尤其涉及一种低成本高效率的超小绒面太阳电池及其制备方法。

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。

由于光谱损失等原因，晶硅电池的理论极限效率为30％左右。而目前产业化的晶硅电池平均效率约为17％。造成电池的实际效率与理论效率存在差距的主要原因包括：光学损失、复合损失以及电极接触等，而其中光学损失占了很大一部分。

为了减少光学损失，提高电池效率，人们制备了多种陷光结构，包括了多孔硅、金字塔绒面以及纳米线结构等，这些结构的特点是一方面可以减少入射光反射，另一方面增加了光在电池体内的光路径，加强对光的吸收。但是目前综合性能、制备成本以及规模化应用等方面，这些陷光结构并不很理想。

特别是超小绒面电池，由于传统的金属诱导湿法腐蚀采用的诱导金属都是金、银、铂等贵重金属，一方面增加了成本，另一方面残余的金属不易去除干净，在制备超小绒面电池过程中在电池体内扩散会产生大量深能级复合中心，影响超小绒面电池的性能。

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超小绒面太阳电池及其制备方法，既有良好的陷光性能又能够低成本规模化的制备，具有很大的市场应用前景。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备超小绒面太阳电池的方法，包括：清洗硅衬底；在硅衬底表面生长金属镍薄膜；对表面具有金属镍薄膜的硅衬底进行退火，使得金属镍薄膜形成密集排列的镍纳米颗粒；将形成镍纳米颗粒的硅衬底放入HF/H₂O₂混合溶液中腐蚀，形成超小绒面，并清洗去除镍纳米颗粒；对具有超小绒面的硅衬底进行扩散、清洗和刻边，在超小绒面之下的硅衬底内部形成PN结；在硅衬底具有超小绒面的表面依次生长氧化硅和氮化硅，形成叠层钝化；以及采用丝网印刷来完成前后电极的制作，最后烧结完成电池制备。

上述方案中，所述的硅衬底为单晶或多晶硅衬底，掺杂类型为P型或者N型。

上述方案中，所述清洗硅衬底的步骤，是将硅衬底放入浓H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液煮沸，再置入HF溶液，最后用去离子水清洗。

上述方案中，所述在硅衬底表面生长金属镍薄膜的步骤中，采用电子束蒸发、磁控溅射或电镀在硅衬底表面生长金属镍薄膜，金属镍薄膜的厚度为2～20nm。

上述方案中，所述对表面具有金属镍薄膜的硅衬底进行退火，是在氮气、氮氧或者惰性气氛中进行退火，温度为400℃～700℃，时间为0.5分钟～20分钟，氮气流量为2～3L/分钟。

上述方案中，所述形成密集排列的镍纳米颗粒的步骤中，镍纳米颗粒为单层分布纳米颗粒，直径为10～500nm。

上述方案中，所述将形成镍纳米颗粒的硅衬底放入HF/H₂O₂混合溶液中腐蚀形成超小绒面的步骤中，是采用金属诱导湿法腐蚀，将具有镍纳米颗粒分布的硅衬底置于体积比为3∶1的HF/H₂O₂混合溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为常温，腐蚀时间为0.5～5小时。

上述方案中，所述超小绒面为硅衬底表面因腐蚀下陷而形成的具有一定分布的绒面结构，绒面深度为1μm，直径为数十纳米到数百纳米。

上述方案中，所述清洗去除镍纳米颗粒的步骤中，是将硅衬底置于硝酸中清洗，时间为1小时～2小时，再放入HF溶液1分钟～60分钟，然后用去离子水清洗。

上述方案中，所述对具有超小绒面的硅衬底进行扩散、清洗和刻边，在超小绒面之下的硅衬底内部形成PN结的步骤中，11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e)所述的扩散为n型或p型扩散，对P型衬底采用n型扩散如磷源扩散，对N型衬底采用p型扩散如硼源扩散或铝推进；所述PN结的结深为50～1500nm。