[发明专利]基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池，它包含有金属上电极层、P型硅层和Al电极层，其特征在于：所述P型硅层上设有硅线阵列，所述硅线阵列中硅线边长或者直径为1～10μm，硅线之间中心间距为2～30μm；所述P型硅层设有硅线阵列的一面为正面，另一面为背面，所述P型硅层正面设有掺磷硅层，从而形成硅线阵列外层为掺磷硅层，芯部为呈P型硅层的芯壳型结构；所述金属上电极层设在掺磷硅层上，在所述P型硅层背面依次设有Al-Si共晶合金层和所述Al电极层。

2.根据权利要求1所述的一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池，其特征在于：在所述掺磷硅层上增设透明导电薄膜层，所述金属上电极层改为设在所述增设的透明导电薄膜层上。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池，其特征在于：所述硅线高度为1～50μm。

4.根据权利要求2所述的一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池，其特征在于：所述金属上电极层为Ti/Pd/Ag上电极，在所述掺磷硅层或者透明导电薄膜层上设置Ti层，再依次设置Pd层和Ag层，形成Ti/Pd/Ag上电极。

5.根据权利要求2所述的一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池，其特征在于：所述透明导电薄膜层选用InSnO₂或碳纳米管。

6.一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括光刻与干法刻蚀，掺磷，制备电极等三种工艺，具体如下：

(一)在P型硅片上制备硅线阵列，步骤包括：

(1)设计制备硅线边长或者直径为1～10μm，硅线之间中心间距为2～30μm的光刻模版；

(2)将电阻率为1～20Ω·cm的P型硅片进行清洗，光刻；

(3)采用等离子体轰击的方法，对硅片进行干法刻蚀，通过控制刻蚀时间控制硅线深度在1～50μm；

(4)将干法刻蚀后得到的硅线进行清洗，除去表层残留的光刻胶；

(二)将得到的硅线阵列制成芯壳型的结构，步骤如下：

(1)分别使用体积比浓H₂SO₄∶H₂O₂＝2.5～3∶1的Ⅲ号清洗液，H₂O∶NH₄OH∶H₂O₂＝3～7∶1∶1的Ⅰ号清洗液，HF∶H₂O＝1∶5～15的稀释的氢氟酸溶液，H₂O∶HCl∶H₂O₂＝3～7∶1∶1的Ⅱ号清洗液对硅线样品进行清洗；

(2)清洗好的硅线在温度为860～1000℃范围内掺磷，使用的磷源为POCl₃，通过鼓气的方法将磷源通入反应容器中，鼓气量体积比O₂∶N₂＝1∶1～5，用作保护气体的另一路氮气量为用作鼓气通入氮气量的10～20倍，扩散时间10～60min，得到表面掺杂浓度为10¹⁸～10²¹cm^-3，面电阻为10～150Ω/sq；

(三)将得到的芯壳型结构蒸镀电极，步骤如下：

(1)将掺磷的硅线用稀释的氢氟酸溶液漂洗，处理完后在P型硅背面蒸镀Al，并在800～1000℃下烧结，其中烧结时间为10～120min，从而形成Al-Si共晶合金层；

(2)烧结完后用王水清洗除去Al，再用稀释的氢氟酸溶液漂洗除掉烧结时形成的氧化层；

(3)将硅线样品背面蒸镀一层Al电极，在硅线样品正面依次蒸镀Ti层、Pd层、Ag层，形成Ti/Pd/Ag的上电极，蒸镀完后将样品在300～500℃下退火处理10～90min；

将经过以上步骤制备得到的样品进行切片，得到所需要大小的样品，然后进行封装，得到所需要的基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池。

7.根据权利要求6所述的一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(三)中，第(2)步骤后增加以下步骤：将处理后的P型硅片设有硅线的一面蒸镀一层透明导电薄膜，再进行后续步骤。

8.根据权利要求6所述的一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述透明导电薄膜为InSnO₂或者为碳纳米管。