[发明专利]一种硅异质结太阳电池的制绒方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及硅异质结太阳电池的制造领域，特别涉及一种硅异质结太阳电池表面制绒制备方法及其应用。

背景技术

光伏发电是国际公认的解决能源缺乏与环境污染问题的有效途径之一。硅异质结太阳电池因其转换效率高，制备过程低耗能，生产成本较为廉价等优点受到广泛关注。相比于传统单晶硅电池，硅异质结太阳电池采用非晶硅薄膜材料作为发射层和钝化层，具有较高的开路电压，但非晶硅材料作为一种准直接带隙材料，具有较大的吸收系数。因此，为了提高电池的光电转换效率，就必须要增加电池的陷光能力以提高短路电流密度。绒面硅衬底由于具有良好的陷光效果，可明显提高电池的短路电流。目前常用的NaOH等无机碱对单晶硅衬底制绒可以实现硅片表面金子塔的均匀分布，金字塔尺寸可控制在5-15μm之间，陷光性能优良。但其制绒后的衬底表面粗糙度增加，且存在较多的金字塔尖峰，使得本征非晶硅钝化薄层难以均匀沉积在单晶硅表面，劣化了界面质量。三甲基氢氧化铵(TMAH)作为一种有机碱已被应用于硅片表面制绒。相比于NaOH溶液，TMAH制绒后的金字塔尺寸更小、制绒时间更短、形貌更为圆滑，而且没有金属离子的残留，更适合当做对界面缺陷态要求严格的硅异质结太阳电池的制绒溶剂。但是由于目前TMAH溶液价格较高，难以被广泛采用到工业化生产中。因此，探索一种满足相对廉价、陷光好、形貌特性优良、金属离子残留少的单晶硅衬底陷光方法是提升硅异质结太阳电池制绒工艺的关键。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题，通过采用NaOH溶液与TMAH溶液相组合的制绒方法对硅异质结太阳电池的单晶硅衬底进行制绒。该结构可以在保证制绒衬底的宽光谱陷光能力的前提下，进一步优化金字塔尺寸分布、形貌结构以及表面特性，实现提高电池输出特性参数的目的，且其制备方法廉价简单，易于实施。

本发明的技术方案：

一种硅异质结太阳电池制绒方法，是单晶硅衬底在经过丙酮和乙醇溶液各超声波清洗5min，去除硅片表面部分有机物和金属粒子玷污。采用去离子水冲洗干净之后将样品置于温度80℃，浓度为1-3%的无机碱溶液中进行10min的去损伤层处理，利用高浓度碱液高温下对硅片的各向同性腐蚀的特点去除硅片表面在切割过程中留下的机械损伤层，得到较为平整的硅片表面，再将样品放入去离子水中冲洗3min后备用。制绒过程主要分为两步，第一步制绒是通过含有低浓度的无机碱、异丙醇（IPA）和NaSiO₃的溶液制备出尺寸相对较大的金字塔形貌分布，利用低溶度碱液对单晶硅片的各项异性腐蚀来进行表面进行织构化，之后从制绒溶液中取出，用大量去离子水冲洗。第二步制绒是将第一步制绒处理过的样品放入有机碱和IPA的混合溶液中进行制绒，利用有机碱液对单晶硅的各项异性腐蚀来进行表面进行织构化，使得硅片表面金字塔更为圆滑且呈现大小金字塔相间的形貌分布，步骤如图1所示。上述过程中，经过第一步制绒之后，硅片表面的金子塔尺寸主要分布在5-12μm之间；经过第二步制绒之后，硅片表面金字塔均匀分布在3-10μm之间，且反射率明显降低。

其中第一步制绒中无机碱可以选用NaOH或者KOH，各组分质量浓度为1-3%的无机碱、0.5-2%的NaSiO₃、6%的异丙醇（IPA），制绒温度在75~85℃之间，时间为35min~45min，制绒结束后用去离子水冲洗3min。

第二步制绒中有机碱可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)、乙二胺、乙三胺、甲二胺、四丁基氢氧化铵中的任意一种，制绒温度在75~85℃之间，制绒时间在3min~10min之间调节，制绒之后采用去离子水冲洗3min，之后采用RCA清洗法清洗硅片表面，以备测试。

上述制绒溶液的加热方式为封闭式水域加热，也可采用敞开式加热方式。制绒的硅片为N型(100)晶向的切割片也可以是P型，太阳电池的结构可以为HIT结构、SHJ结构或HBC结构，制绒所选衬底可以为Cz或FZ衬底。

本发明的优点和积极效果：