[发明专利]一种背接触式黑硅电池及其制备方法

说明书

本发明属于光伏技术领域，具体为一种背接触式黑硅电池的制备方法。本发明使用银纳米颗粒诱导化学腐蚀制备高吸收率黑硅，背表面黑硅将有效提升硅片在700nm至1500nm的吸收，而受光面将采用表面织构化技术。产生的300‑1500nm广谱光生电子空穴对都可被IBC结构的PN结区有效利用，其光电流远高于常见的晶硅太阳能电池。这种新型的IBC结构同时利用了黑硅的广谱吸收效应和背接触光伏结区构造的优势，从根本上拓宽了晶硅太阳能电池的光谱响应，突破窄带晶硅电池效率理论极限29%，充分利用占据太阳光能谱近半的红外光，实现近20年来晶硅电池工艺瓶颈的突破。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种背接触式（IBC）黑硅电池及其制备方法。

背景技术

硅太阳电池正长期并将在未来持续占据光伏产业的主导地位，然而目前硅电池的研究工作遭遇前所未有的重要挑战，这主要是因为当今主流的硅光伏技术依旧聚焦于窄光谱响应，而各种工艺以及其协同效应，已将硅带隙对应的窄带光电响应的潜能挖至极限。窄带电池的理论极限效率约为29%，然而如澳大利亚新南威尔士大学的钝化发射极背面局部扩散（PERL）电池（24.9%）和日本松下公司的非晶硅N单晶硅异质结电池（HIT）（25.6%）的工艺已极度复杂，成本相当之高。在量产的过程中限于工艺条件和各种其他因素，实际获得的成品电池效率又远低于这些实验室效率。可以预见，如不在晶硅电池的原理上寻求突破口和切入点，一味追求完善的制备工艺，晶硅电池的未来发展将不可避免地陷入停滞。

由于带隙限制，硅电池的有效光电响应范围小于1100nm，对占据太阳光能谱近半的红外光完全没有响应，如果能够将这部分太阳光有效利用起来，硅电池的效率将会在短时间内得到极大的突破。IBC电池出现于上世纪70年代，是人们最早研究的背结电池。背结电池的一大优势就是PN结和电极位于电池背面同侧。黑硅电池则诞生于上世纪90年代，其一大弊病就是产生红外高吸收的杂质来源相对靠近PN结，导致黑硅电池的开路电压一直较低。如果能将广谱吸收的黑硅做到硅衬底背面，借由IBC电池的大范围结区有效利用黑硅的可见-近红外光生电子空穴对。这种设计不仅不影响到电池的开路电压，同时表面复合相对较低，甚至可以实现硅电池的红外响应，从机理上实现硅电池效率的突破。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简易的背接触式（IBC）黑硅电池及其制备方法。

本发明提供的背接触式黑硅电池，是一种背表面黑硅和氧化铝钝化协同增强型单晶硅电池；具体使用银纳米颗粒诱导化学腐蚀制备高吸收率黑硅，使用原子层沉积制备氧化铝背钝化层，背表面黑硅将有效提升硅片在700nm至1500nm的吸收，同时兼具梯度带隙的自钝化效果，而受光面将采用表面织构化技术。在N硅衬底黑硅面用电子束蒸发生长约百纳米的本征硅掩蔽层，其目的是尽可能分离PN结高掺杂区域和黑硅部分，防止黑硅中的杂质能级影响PN结，保证电池的开路电压和填充因子不受影响。IBC部分则利用固态源扩散模板来制作，这种方法比起复杂的传统IBC工艺不仅简易可行，工序大为减少，而且成本大大降低，适用于工业量产。

本发明提供的背接触式黑硅电池的制备方法，具体步骤如下：

（1）选取两面抛光的，电阻率为1-10Ω cm的单晶硅作为衬底；该单晶硅衬底体积可为10×10×0.2mm³-25×25×0.2mm³。

（2）将衬底浸没于氢氟酸溶液中，去除表面的氧化层；氢氟酸溶液质量浓度可为5%-10%。

（3）取出去氧化层的衬底，用氮气枪将样品表面吹干，进行表面织构化；具体流程可为：将其置于85℃-90℃的NaOH/Alcohol/H₂O （例如0.5g/200ml/200ml）混合溶液中10-20分钟；

该步骤中，所述表面织构化应均匀，制绒硅表面应有30%以下的反射率，例如为20-30%；