[发明专利]激光对多晶硅材料表层的再结晶方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种激光对多晶硅材料表层的再结晶方法及应用。

背景技术

低价格高效率的太阳能电池是未来太阳能发电的发展方向，但是利用低价格材料例如多晶硅材料制造的太阳能电池往往有很多的晶体缺陷和杂质，极大降低了电池的效率。在传统的多晶硅太阳能电池中，在电池发射层和pn结中的晶体缺陷导致大量少数载流子的复合，致使电池效率大幅降低。传统的多晶硅电池采用氢气钝化的方法来钝化其发射层和pn结中的晶体缺陷，减少其复合速率，但是氢气钝化的稳定性不高，随着电池运行时间的增加，氢气钝化效果逐步降低，导致多晶硅电池发射层和pn结复合速率的逐渐上升，电池效率的逐渐下降。也有部分传统的多晶硅太阳能电池采用较高浓度(大约在10²⁰cm^-3)的磷掺杂来减少其发射层和pn结的复合速率，但是效果并不是十分理想。

因为传统多晶硅电池以上的缺点，本申请人发现激光对多晶硅材料表层的再结晶方法。激光对多晶硅材料表层的再结晶方法可以克服传统多晶硅电池的发射层和pn结中有大量晶体缺陷的缺点，形成更高质量的电池发射层和pn结。激光对多晶硅材料表层的再结晶方法可以融化多晶硅材料的上表面，并通过控制光照强度调节加热硅材料的温度，并通过控制激光的移动速度调节硅材料的冷却速度，从而实现对硅材料再结晶过程的精准控制。激光对多晶硅材料表层的再结晶方法可以融化硅材料表层的晶体缺陷并再结晶形成无晶体缺陷的类单晶硅材料表层，从而减少硅电池发射层和pn结的晶体缺陷数量，降低少数载流子在硅电池发射层和pn结的复合速率，最终提高多晶硅电池的效率。激光对多晶硅材料表层的再结晶方法还有一个优点就是可以应用在硅材料上表面的任何位置，从而实现局部化的再结晶，为新型太阳能电池的设计和制作提供了方法。

激光可以通过控制光强强度来调节硅材料融化过程中达到的最高温度，从而控制再结晶硅材料层的厚度，使再结晶的硅材料层的厚度大于硅电池pn结的深度。激光还可以通过调节移动速度，控制融化的硅材料的再结晶速度，从而控制再结晶的硅材料的质量。通过激光强度和移动速度的调节，我们可以制成高质量的再结晶硅材料层，大幅提高多晶硅电池的效率。本发明还采用连续激光再结晶硅材料表层，选用连续激光的好处在于以下几点：1.连续激光可以持续加热硅材料表层到很多温度，更容易控制加热温度；2.持续激光可以分隔开加热过程和冷却过程，更容易控制融化的硅材料的再结晶过程，有利于形成更高质量的再结晶硅表面层；3.连续激光可以减少激光诱发缺陷的数量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种有效去除多晶硅电池发射层和pn结中的晶体缺陷的方法，从而降低发射层和pn结的复合，提高多晶硅电池效率。

该方法具体是：

步骤(1)、多晶硅材料的预处理

将多晶硅材料用RCA试剂和体积分数为5％HF(氟化氢)溶液清理，去除多晶硅材料表面的杂质和氧化层；

所述的多晶硅材料为带有晶体缺陷(这里的晶体缺陷指代的是位错和晶界)和金属杂质(包括铁，铜等杂质)的太阳能电池级别硅材料；

所述的RCA试剂包括RCA1溶液和RCA2溶液，其中RCA1溶液由氨水、双氧水与水按照体积比1:1:5构成，RCA2溶液由盐酸、双氧水与水按照体积比1:1:5构成；

步骤(2)、利用激光扫描步骤(1)制备的硅材料的上表面；由于激光的加热效应，多晶硅材料的上表面会融化，然后在随后的冷却过程中再结晶。通过控制激光的移动速度，相应控制多晶硅材料的再结晶速度，从而生成一层晶向均一、无明显晶体缺陷的“类单晶”表层。

所述的激光光源的强度控制在50W/mm²～83.3W/mm²，模式为连续模式，波长控制在560nm～850nm，速度控制在1m/s～6m/s。

所述的激光光源必须为线型激光。

步骤(3)、将步骤(2)处理后的硅材料制作成硅材料上表面带有再结晶层的硅电池：