[发明专利]光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能电池制造工艺，具体涉及一种利用表面Si纳米晶、金属硅化物纳米晶的光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法，属于新能源技术领域。

【背景技术】

随着世界人口的急剧增加和各国经济的快速发展，对能源的需求越来越多；能源问题已成为一个国家长久快速发展的战略性问题。目前大规模使用的传统能源如石油和煤炭由于储量有限，按目前的消耗量在几十年后至一百多年后将会枯竭，同时目前频繁的使用化石能源造成严重的大气污染和温室效应，因此对清洁可再生能源的需求也越来越迫切；太阳能电池作为清洁能源的一种由此得到了快速发展。自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的Si太阳能电池以来，各种太阳能电池相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池从第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的薄膜太阳能电池到现在第三代的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。

目前晶硅电池面临着转换效率不是很高(大规模生产能单晶在18-18.5％，多晶在16.5-17.2％之间)、价格贵等缺点，但晶硅(单晶和多晶)电池目前在各种太阳能电池中，其市场比重占到了90％以上，大规模的退出市场还需时日；因此提高转换效率是降低成本的一种有效手段。从光吸收角度来看，能量大于Si禁带宽度(1.1eV)以上的光子，特别是高能量(短波长，比如450nm左右)的光子，很大一部分由于晶格振动而损失掉。根据报导，在短波长方面造成的损失达33％，如何有效地利用这些损失掉的光谱来提高效率是一项重要内容。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种先进的光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法，其利用传统晶体硅生产线，在制备晶体硅电池的过程中，在电池的表面制备出Si纳米晶、金属硅化物纳米晶的混合结构，利用Si纳米晶的量子限制效应，吸收高能量的光子而减少热损失，再利用金属硅化物纳米晶的共振散射作用，使光发生共振散射而耦合到纳米晶和pn结，同时利用金属硅化物纳米晶的窄带隙特性吸收长波长光子，使得光的利用率大为提高，进而达到高效光电转换的目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)、在P型晶体硅衬底上制备正、反绒面；

2)、正、反两面均有绒面结构的晶硅衬底放置入闭管式扩散炉中，对P型晶体硅衬底进行磷扩散，形成PN结；

3)、利用平板等离子增强化学气相淀积，在表面进行非晶硅薄膜的沉积；

4)、利用退火炉对具有非晶硅薄膜的晶体硅衬底进行快速热退火，退火过程形成硅纳米晶；

5)、在晶硅衬底表面淀积一薄层金属薄膜，再利用平板等离子增强化学气相淀积沉积非晶硅薄膜，从而形成金属薄膜/非晶硅薄膜；

6)、利用退火炉热退火的方式对具有金属薄膜/非晶硅薄膜的硅衬底进行退火而形成Si纳米晶；

7)、利用管式或者平板式等离子增强化学气相淀积方法在衬底正面淀积Si₃N₄减反膜；

8)、利用丝网印刷机在晶体硅衬底背面和正面分别进行正、负电的丝网印刷，分别形成电池的正极和负极；

9)、对正极和负极退火处理，完成该光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池。

本发明的光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法进一步为：所述步骤1)中的P型晶体硅衬底为p型125mm×125mm单晶硅片、156mm×156mm单晶硅片或156×156mm多晶硅片，其厚度为180微米至250微米之间，其放置于NaOH、Na₂SiO₃和无水乙醇混合而成的制绒液中进行各向异性腐蚀。

本发明的光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法进一步为：所述步骤2)中进行磷扩散时所采用的扩散源为液态POCl₃，利用氮气作为载气对POCl₃进行气体输送，扩散出的双面PN结的结深在200-500微米之间，扩散完后利用酸洗去掉正反面的磷硅玻璃。

本发明的光谱散射共振调制高效晶硅太阳能电池制备方法进一步为：所述步骤3)中的所述非晶硅薄膜的厚度在1nm-30nm，沉积温度不高于600度。