[发明专利]太阳能电池硅片表面掺硫方法

说明书

技术领域：

本发明与太阳能电池单晶或多晶硅片表面处理方法有关，尤其涉及利用激光在硅片表面形成硫硅合金的方法。

背景技术：

硅是目前光电器件，尤其是太阳能电池、光电探测器中应用最广泛的材料。由于晶体硅的禁带宽度为1.12eV，所以光子能量小于该值的（对应的光波长为1.1μm）近红外光不能被晶体硅有效吸收和转化为电能输出。

黑硅是指利用超短脉冲激光在六氟化硫气体中对晶体硅表面进行刻蚀和掺杂后具有极低反射率的硅材料，其在200nm—2500nm的光波段可达到90%以上的光吸收率。该特性使黑硅有望在近红外光电器件如探测器、太阳能电池上获得应用，制备广谱高效黑硅探测器及太阳能电池。黑硅的制备方法参见美国专利“Manufacture of silicon—based devices having disordered sulfur—doped surface layers” （专利号7354792）。该专利提出了利用飞秒激光脉冲在含硫气体中制备高光吸收率硅的技术。

黑硅的研究不论从国外还是国内主要集中于微结构的制备，将表面具有特殊微结构且可极大降低晶体硅反射率的材料均称为黑硅，并发展了多种制备减反射微结构的方法。

如中国专利“基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法”（ 专利公布号：CN  101734611A）提出了一种基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法。“采用宽脉冲激光器光源扫描辐照制作黑硅材料的方法”（ 专利公布号：CN  101824653A）提出了一种采用宽脉冲激光器光源扫描辐照制备黑硅材料的方法。“利用等离子体浸没离子注入制备黑硅的方法”（ 专利公布号：CN  101880914A）提出了一种利用等离子体浸没离子注入制备黑硅的方法。“一种制做黑硅材料的方法” （专利公布号：CN  101824654A ）采用吸收系数不同的两种波长的激光实现黑硅的制备。“一种使用低浓度碱溶液制备黑硅材料的方法” （专利公布号：CN  102623562A）利用碱性溶液在硅表面刻蚀形成丛林或洞穴形态的黑硅。“使用混合气体刻蚀制备纳米森林结构的方法”（专利公布号：CN  102653390A） 利用等离子体刻蚀制备纳米森林状结构。“一种制备黑硅方法”（专利公布号：CN  102655179A ）是用等离子体刻蚀的方式形成黑硅。“金属铜离子辅助刻蚀制备黑硅的方法”（专利公布号：CN  102768951A）利用化学方法制备表面具有孔洞微结构的黑硅。

但是，光电器件如光探测器、太阳能电池等的核心是光电转换效率。高的光电转换效率不仅需要高的光吸收率，而且要求光是以电子从价带到导带跃迁吸收的（半导体材料对光的吸收有多种途径，但对光电转换有贡献的是价带电子吸收光子跃迁至导带产生电子空穴对）。除此之外，高的光电转换效率还要求光生电子空穴对能被有效输运和收集。

上述的国内专利仅考虑了晶体硅表面微结构的制备，产生的高的可见光吸收率来源于硅表面微结构产生的光的多次反射和吸收，对晶体硅在红外波段1100nm—2500nm吸收率的增强贡献不大。因为黑硅在此波段的吸收增强除了微结构引起的反射率下降外，还有一个主要原因是硅表面超固溶度硫系元素的掺杂对硅能带结构的调控。高浓度的硫掺入，可有效提升硅中光生载流子间接跃迁的几率，促进硅在近红外光波段的吸收。因此，上述的国内专利制备的黑硅大多不具备在近红外光的高吸收率。