[发明专利]一种硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微米及纳米半导体微加工、纳米织构化光电池制备技术领域，尤其涉及一种硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极及其制作方法。

背景技术

纳米阵列是一种新型的表面结构，在太阳电池、LED等许多领域有巨大的工业应用，纳米织构化具有优良的降低可见光反射及提高光谱响应的特性。现在纳米织构化太阳电池正在逐步商业化，常规的纳米织构化太阳电池，都是将前表面整体织构化，栅极覆盖在已经织构化的硅的表面上，这种电极形式不能形成良好的欧姆接触，电池的光电转化效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极及其制作方法，以形成良好的欧姆接触，提高电池的光电转化效率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极，该选择性栅极是覆盖在未被刻蚀纳米柱阵列的光电池表面，在除覆盖该选择性栅极以外的光电池表面是被刻蚀形成的硅纳米柱阵列。

上述方案中，所述光电池表面由栅极区和纳米织构区构成，该栅极区通过紫外光刻技术获得，该纳米织构区通过纳米岛光刻技术获得。

上述方案中，所述栅极区包括硅栅极图形与硅对准标记，在纳米织构化之前，采用紫外光刻技术在硅片表面制备出光刻胶栅极图形及光刻胶对准标记，光刻胶栅极图形及光刻胶对准标记在纳米织构化过程中起保护作用；纳米织构化之后，去除光刻胶图形，露出硅栅极图形和硅对准标记。

上述方案中，所述纳米织构区是有纳米柱阵列的区域，选用氯化铯自组装技术完成，氯化铯结构以圆岛结构形式形成于硅表面，圆岛直径尺寸在50-1500纳米。

上述方案中，所述氯化铯岛结构作为等离子体刻蚀掩模，通过等离子体刻蚀技术，将氯化铯岛结构转移到硅材料上，形成与氯化铯岛结构相同图案的硅纳米柱状结构。

上述方案中，所述硅纳米柱状结构高度及形貌通过等离子体刻蚀的功率、气体流量、压强和时间来控制，形成硅纳米圆柱或圆锥结构，高度为0.2-10微米。

上述方案中，该选择性栅极是利用镂空金属掩模镀膜技术实现的，该镂空金属掩模为镍金属片，由镂空区和实体区构成，镂空区包括与硅片表面选择性栅极相同的镂空图形和对准标记的镂空图形，实体区为镍金属。该选择性栅极选用钛、银金属，通过真空镀膜技术完成。

为达到上述目的，本发明还提供了一种硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极的制作方法，该方法包括：

在硅片表面制作出光刻胶栅极图形及光刻胶对准标记图形；

在硅片表面生长一层氯化铯薄膜，显影后在硅片表面形成氯化铯纳米圆岛结构；

对表面具有光刻胶栅极图形及氯化铯纳米圆岛结构的硅片进行等离子体刻蚀，在没有光刻胶保护的部分获得硅纳米柱状结构；

去除残余氯化铯纳米岛及光刻胶，露出未被刻蚀的硅栅极图形及硅对准标记和硅纳米柱阵列；

对硅纳米柱状结构进行三氯氧磷扩散，形成P-N结结构；

将镂空金属掩模板栅极图形与硅片上的硅栅极图形通过对准标记对准，用真空镀膜的方法蒸镀钛和银，制成选择性栅极。

上述方案中，所述在硅片表面制作出光刻胶栅极图形及光刻胶对准标记图形，是在硅片表面采用光刻技术涂胶、前烘、曝光及显影，制作出光刻胶栅极图形及光刻胶对准标记图形。

上述方案中，所述光刻胶对准标记图形分布在光刻胶栅极图形的四角，呈十字图形，在纳米织构化过程中起保护作用。

上述方案中，所述对硅纳米柱状结构进行三氯氧磷扩散是采用热扩散的方法。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种新型硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极，在金属栅极覆盖下的硅片保持完好硅结构，没有刻蚀纳米柱阵列，在除栅极以外的区域制备了纳米柱阵列。该电极结构在充分利用纳米织构化的减小反射的特性的同时，还避免了前表面全部纳米织构化带来的欧姆接触不良的弊端，减小串联电阻，增加欧姆接触，提高太阳电池的光电转换效率。

2、本发明提供的这种新型硅纳米柱阵列光电池的选择性栅极，具有低成本和较强的工艺适应性能，在充分利用纳米织构化减小反射的特性的同时，还避免了前表面全部纳米织构化带来的欧姆接触不良的弊端，可以减小串联电阻，增加欧姆接触，提高纳米织构化太阳电池的光电转换效率。