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CN104756260B - 具有硅基板上的纳微复合结构的太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池 - Google Patents

具有硅基板上的纳微复合结构的太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池 Download PDF

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CN104756260B CN201280076576.5A CN201280076576A CN104756260B CN 104756260 B CN104756260 B CN 104756260B CN 201280076576 A CN201280076576 A CN 201280076576A CN 104756260 B CN104756260 B CN 104756260B
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Abstract

本发明涉及太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，包括：准备具有第一面和第二面的第一导电型半导体基板的步骤；以多个横向线和多个纵向线相互交叉的平面形态在第一导电型半导体基板的第二面上对光刻胶进行图案化的步骤；以在与光刻胶相对应的区域形成宽度为1μm至3μm、高度为3μm至5μm的微米线，在不与光刻胶相对应的区域形成宽度为1nm至100nm、高度为1μm至3μm的多个纳米线的方式对半导体基板进行无电解蚀刻的步骤；利用POCl3在微米线及纳米线掺杂第二导电型杂质的步骤；在半导体基板的第一面上形成第一电极的步骤；在微米线上形成第二电极的步骤，其中太阳能电池的效率为10％至13％，该效率是每单位面积入射的光能和功率的比。

Description

具有硅基板上的纳微复合结构的太阳能电池的制备方法及由 此制备的太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种具有硅基板的纳微复合结构的太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池。
背景技术
一般情况下，太阳能电池具有PN接合面。当光入射在PN接合面上时产生电子和空穴，而这些电子和空穴向P区域和N区域移动，并因这种现象而在P区域和N区域之间产生电位差(电动势)，此时，若在太阳能电池连接负荷，则会导电。
太阳能电池可大致分为利用硅半导体材料的电池和利用合成半导体材料的电池。并且，利用硅半导体的太阳能电池可分为晶系太阳能电池和非晶系太阳能电池。
目前，通常用在太阳光发电系统中的大部分太阳能电池为硅半导体。尤其，晶系硅半导体的单晶及多晶太阳能电池因良好的转换效率和高可靠性而被广泛使用。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中可根据光刻胶的光刻设计来形成具有不同大小的微米线，并且，还可通过调节湿式蚀刻溶液的浓度和浸渍时间来形成具有不同大小及纵横比的纳米线。
技术方案
本发明的太阳能电池的制备方法包括：准备具有第一面和第二面的第一导电型半导体基板的步骤；以形成光刻胶的多个横向线和多个纵向线相互交叉的平面形态的方式在上述第一导电型半导体基板的第二面上对光刻胶进行图案化的步骤；无电解蚀刻半导体基板，以在与光刻胶相对应的区域中形成宽度为1μm至3μm并且高度为3μm至5μm的微米线，在不与光刻胶相对应的区域中形成宽度为1nm至100nm并且高度为1μm至3μm的多个纳米线的步骤；利用POCl3来在上述微米线及纳米线掺杂第二导电型杂质的步骤；在上述半导体基板的第一面上形成第一电极的步骤；以及在微米线上形成第二电极的步骤，作为在每单位面积入射的光能和功率的比的上述太阳能电池的效率为10％至13％。
在此，无电解蚀刻步骤可包括：第一浸渍步骤，其中在半导体基板的第一面上形成保护层，且将半导体基板浸渍在硝酸银溶液和氢氟酸溶液的混合溶液中；第二浸渍步骤，其中将来自硝酸银溶液的银粒子附着在其上的半导体基板浸渍在过氧化氢溶液和氢氟酸溶液的混合溶液中；以及第三浸渍步骤，其中将半导体基板浸渍在硝酸溶液和水的混合溶液中以去除银粒子。
并且，第一浸渍步骤的硝酸银溶液的浓度可以为5mM至15mM，氢氟酸溶液的浓度可以为2mM至8mM。
并且，第二浸渍步骤的过氧化氢溶液和氢氟酸溶液的浓度可分别为2mM至8mM。
并且，可通过第二浸渍步骤来形成上述纳米线，并且第二浸渍步骤可执行1分钟至12分钟。
并且，无电解蚀刻步骤可包括第二无电解蚀刻步骤，其中，在包括第一浸渍步骤、第二浸渍步骤及第三浸渍步骤的第一无电解蚀刻步骤之后，通过将半导体基板浸渍在氢氧化钾溶液和水的混合溶液中来蚀刻上述纳米线，以形成平坦的凹槽区域。
并且，无电解蚀刻步骤可包括：微米线形成步骤，其中通过在第一导电型基板的第二面上对光刻胶进行图案化来形成微米线；AgNO3沉积步骤，其中在未形成有微米线的第一导电型基板的第二面上沉积AgNO3；以及纳米线形成步骤，其中通过利用KOH溶液对AgNO3进行蚀刻来形成纳米线。
并且，可在820℃至880℃温度下利用POCl3来掺杂第二导电型杂质。
本发明的太阳能电池可包括：第一导电型半导体基板；多个微米线，其以多个横向线和多个纵向线相互交叉的平面形态形成于半导体基板的上表面上，多个微米线的宽度为1μm至3μm、高度为3μm至5μm；多个纳米线，其形成于微米线的外侧来增加光的路径，多个纳米线的宽度为1nm至100nm、高度为1μm至3μm；第二导电型杂质掺杂区域，其通过利用POCl3将第二导电型杂质掺杂于微米线的表面来形成；第一电极，其形成于半导体基板的下表面上；以及第二电极，其形成于第二导电型杂质掺杂区域的表面上；其中作为在每单位面积入射光的能量和功率的比的太阳能电池的效率为10％至13％。
其中，可通过对纳米线进行蚀刻来形成平坦的凹槽区域。
有益效果
本发明提供可同时形成微米线及纳米线的太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池。
本发明的一实施例提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中可根据光刻胶的光刻设计来形成具有不同大小的微米线，并且可通过调节湿式蚀刻溶液的浓度和浸渍时间来形成具有不同大小及纵横比的纳米线。
本发明的一实施例提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中不利用价格高且需要长处理时间的干式蚀刻方法，而是利用价格低且需要短处理时间的湿式蚀刻方法来蚀刻纳米线。
本发明的一实施例提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中因多个微米线及纳米线而使入射光的反射率显著低于通常的平板形结构，因此效率提高。即，本发明提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中入射光的路径通过将多个微米线的结构而不是通常的平板形结构施加到光吸收层而增加，电流值因发生诸如光子囚禁效应(photon confinement)的量子效应而增加，并且最终效率提高。
附图说明
图1为示出本发明一实施例的太阳能电池的制备方法的流程图。
图2a至图2h为依次示出本发明一实施例的太阳能电池的制备方法的部分剖视图。
图3为依次示出在本发明一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的流程图。
图4a至图4c为依次示出在本发明一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的部分剖视图。
图5为依次示出在本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的流程图。
图6a至图6b为依次示出在本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的部分剖视图。
图7为示出本发明另一实施例的太阳能电池的部分剖视图。
图8为依次示出在本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的流程图。
图9a至图9c为依次示出在本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的部分剖视图。
图10为示出本发明另一实施例的太阳能电池的部分剖视图。
图11a至图11d为示出在本发明另一实施例的太阳能电池中，通过将利用POCl3来掺杂第二导电型杂质过程的温度改变为820℃、840℃、860℃及880℃测定的面电阻的图表。
图12为在本发明另一实施例的太阳能电池中，在利用POCl3来掺杂第二导电型杂质之后，根据掺杂温度的变化来测定基于深度的原子的浓度的图表。
图13为在本发明另一实施例的太阳能电池中，根据蚀刻时间来测定利用POCl3来掺杂第二导电型杂质前后的载体寿命的图表；以及
图14为在将蚀刻时间固定在60秒钟(KOH)之后，通过将图13中获得的结果的纵横比(A/R，Aspect ratio)改变为1、2、3、4来测定电流密度的图表。
具体实施方式
参照附图，以本发明所属领域的普通技术人员能够容易地执行的程度对本发明的优选实施例进行详细说明如下。
以下，对本发明一实施例的太阳能电池的制备方法进行说明。
图1为示出本发明一实施例的太阳能电池的制备方法的流程图。
如图1所示，本发明一实施例的太阳能电池的制备方法可以包括准备第一导电型半导体基板的步骤S1、对光刻胶进行图案化的步骤S2、无电解蚀刻步骤S3、掺杂第二导电型杂质的步骤S4、去除磷硅酸玻璃(PSG，Phosphor Silicate Glass)的步骤S5、发射极蚀刻步骤S6、形成第一电极的步骤S7及形成第二电极的步骤S8。
图2a至图2h为依次示出本发明一实施例的太阳能电池的制备方法的部分剖视图。以下，一同参照图1来对本发明一实施例的太阳能电池的制备方法进行说明。
参照图1及图2a，在准备第一导电型半导体基板的步骤S1中，准备具有大致平坦的第一面(下表面)111和作为其相反面的大致平坦的第二面(上表面)112的第一导电型半导体基板110。例如，半导体基板110可以为P型硅半导体基板。即，半导体基板110可以为在硅半导体基板掺杂如元素周期表第13族的元素硼(B)或镓(Ga)的杂质的P型硅半导体基板。
在附图中，两条平行的虚线表示半导体基板110中被省略的区域，而虚线的外侧区域表示半导体基板110的边缘区域119。
参照图1及图2b，在对光刻胶进行图案化的步骤S2中，在半导体基板110的第二面112涂敷预定厚度的光刻胶120，并通过通常的光刻过程对光刻胶120进行图案化。其中，随后在半导体基板110的与光刻胶120相对应的区域中形成微米线113，并且随后在不与光刻胶120相对应的区域中形成多个纳米线114。此外，在这种对光刻胶120进行图案化的步骤S2之后，可以在半导体基板110的第一面111上形成预定厚度的保护层121。这种保护层121可以为通常的绝缘层、金属层及其等同物中的任一个。当然，优选地，保护层121只要是不与下述湿式蚀刻溶液发生反应的材料，就不受限制。
并且，这种光刻胶120的平面可以为棋盘形态或矩阵形态。即，在半导体基板110的四个边缘区域119的内侧，以多个棋盘形态或矩阵形态形成上述光刻胶120。只是，为了有助于对本发明的理解，附图只示出了两个被图案化的光刻胶120。
参照图1及图2c，虽然以下将会详细说明，但在无电解蚀刻步骤S3中，通过将半导体基板110在预定浓度的湿式蚀刻溶液中浸渍预定时间，在与未形成有光刻胶120的区域相对应的半导体基板110的第二面112中形成多个纳米线114。如上所述，在与形成有光刻胶120的区域相对应的半导体基板110的第二面112中形成微米线113。因此，在半导体基板110的第二面112中形成多个微米线113以及多个纳米线114。其中，微米线113意味着其宽度为微米级，纳米线114意味着其宽度为纳米级。
更具体地，微米线113的宽度可以在约1μm至约3μm的范围内，其高度可以在约3μm至约5μm的范围内。并且，纳米线114的宽度可以在约1nm至约100nm的范围内，其高度可以在约1μm至约3μm的范围内。然而，这种数值仅为助于对本发明的理解的实例，能够通过光刻胶120的设计或调整湿式蚀刻溶液的浓度及浸渍时间来改变。
并且，在无电解蚀刻步骤S3之后，从半导体基板110去除光刻胶120及保护层121。当然，根据情况，保护层121可在掺杂过程之后被去除。
并且，由于光刻胶120的平面形态为棋盘形态或矩阵形态，因此，微米线113的平面形态也为棋盘形态或矩阵形态。换言之，微米线113的平面形态为多个横向线和多个纵向线相互交叉的形态。
参照图1及图2d，在掺杂第二导电型杂质的步骤S4中，通过在微米线113及纳米线114掺杂第二导电型杂质，在半导体基板110中形成第二导电型杂质掺杂区域115。即，在半导体基板110形成PN接合区域。例如，诸如元素周期表的15族元素磷(P)、砷(As)或锑(Sb)的杂质可掺杂于微米线113及纳米线114。并且，由于掺杂深度可以为约0.5μm，因而在微米线113中形成辐射状(Radial)形态的PN接合区域，整个纳米线114基本上成为N区域。
因此，这种纳米线114并不作为PN接合区域，而是通过在太阳能电池上增加光入射的路径来产生诸如光子囚禁效应的量子效应，由此增加太阳能电池的效率。
另一方面，在利用含有磷(P)的化合物来进行掺杂过程的情况下，可在半导体基板110的表面上形成磷硅酸玻璃(PSG)116，并且PSG116可以在下一过程中去除。当然，在磷(P)离子直接注入半导体基板110中的情况下，无需上述去除磷硅酸玻璃的过程。
参照图1及图2e，在去除磷硅酸玻璃的步骤S5中，借助于通常的蚀刻溶液来去除包围半导体基板110的整个表面(上表面、下表面及侧面)的磷硅酸玻璃116。
参照图1及图2f，在发射极蚀刻步骤S6中，半导体基板110的整个表面(上表面、下表面及侧面)被蚀刻至预定厚度。尤其，因为形成于半导体基板110的下表面及侧面处的PN接合区域通过蚀刻被去除，所以在太阳能电池的工作过程中泄露电流最小化。
像这样，半导体基板110的下表面仅存在例如第一导电型区域(P型区域)，而在半导体基板110的上表面存在第二导电型区域(N型区域)。
参照图1及图2g，在形成第一电极的步骤S7中，在半导体基板110的第一面111上形成第一电极117。例如，将选自铝及其等同物中的一种丝网印刷在半导体基板110的第一面111上，从而形成第一电极117。其中，第一电极117表示集电极。
参照图1及图2h，在形成第二电极的步骤S8中，在形成于半导体基板110的第二面112上的微米线113的表面上形成第二电极118。更准确地，在形成于微米线113上的第二导电型杂质掺杂区域115的表面上形成第二电极118。例如，将选自银及其等同物中的一个丝网印刷在第二导电型杂质掺杂区域115的表面上，从而形成第二电极118。其中，第二电极118表示发射极。
像这样，本发明的太阳能电池100包括：第一导电型半导体基板110；多个微米线113，其以棋盘形态或矩阵形态形成于半导体基板110的上表面上；第二导电型杂质掺杂区域115，其以在微米线113的表面掺杂第二导电型杂质的方式形成；多个纳米线114，其形成于微米线113的外侧；第一电极117，其形成于半导体基板110的下表面上；以及第二电极118，其形成于第二导电型杂质掺杂区域115的表面上。
因此，在本发明的太阳能电池100中，微米线113以棋盘形态或矩阵形态形成于一个半导体基板110上，而并非平板形态的辐射状形态的PN接合区域形成在微米线113中。由此，随着PN接合区域的面积增加，太阳能电池的效率得到提高。并且，在微米线113的周围形成多个纳米线114。因为纳米线114增加入射光的路径以产生诸如光子囚禁效应的量子效应，所以纳米线114可进一步提高太阳能电池的效率。
图3为依次示出本发明一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的流程图。
如图3所示，无电解蚀刻方法包括第一浸渍步骤S21、第二浸渍步骤S22及第三浸渍步骤S23。
图4a至图4c为依次示出本发明一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的部分剖视图。以下，一同参照图3来对无电解蚀刻方法进行说明。
参照图3及图4a，在第一浸渍步骤S21中，因为半导体基板110浸渍在硝酸银(AgNO3)溶液及氢氟酸(HF)溶液的混合溶液中，所以多个银粒子123以物理方式与光刻胶120及半导体基板110的第二面112相结合。其中，硝酸银溶液的浓度为约5mM至约15mM，氢氟酸溶液的浓度为约2mM至约8mM。并且，可以通过适当地调节这种溶液的浓度及半导体基板110的浸渍时间，适当地控制形成于半导体基板110的第二面112上的银粒子123的量。
参照图3及图4b，在第二浸渍步骤S22中，因为如上所述的结合有银粒子123的半导体基板110浸渍在过氧化氢(H2O2)溶液及氢氟酸溶液的混合溶液中，所以在半导体基板110的第二面112中形成多个纳米线114。其中，光刻胶120不与过氧化氢(H2O2)溶液及氢氟酸溶液的混合溶液发生反应。
并且，其中，过氧化氢溶液和氢氟酸溶液的浓度可分别为约2mM至约8mM。并且，这种浸渍可执行大约1分钟至大约12分钟。例如，观察到，在半导体基板110浸渍在上述混合溶液中约2分钟时，形成了深度为约2.5μm的纳米线114，当半导体基板110浸渍在上述混合溶液中约6分钟时，形成了深度为约5μm的纳米线114，并且当半导体基板110浸渍在上述混合溶液中约10分钟时，形成了深度为约7.5μm的纳米线114。
虽然，在上述银粒子123和半导体基板110的接触区域中相对较快地进行蚀刻的现象在进行进一步研究时变得清楚，但本发明人认为，这是当蚀刻溶液促进银和硅之间的界面发生剧烈的氧化反应时产生的现象。
另一方面，由于上述现象，银粒子123可保持在纳米线114和纳米线114之间的谷(valley)中，并且可能需要去除银粒子123以抑制泄露电流。
参照图3及图4c，在第三浸渍步骤S23中，因为如上所述形成有纳米线114的半导体基板110浸渍在硝酸(HNO3)溶液和水(H2O)的混合溶液中，所以去除存在于纳米线114和纳米线114之间的谷中的银。其中，硝酸溶液和水的体积比可以为约3:1，但本发明并不局限于此。
像这样，本发明一实施例提供一种太阳能电池的制备方法以及由此制备的太阳能电池，其中可同时形成微米线113及纳米线114
并且，本发明一实施例还提供一种太阳能电池的制备方法以及由此制备的太阳能电池，其中可根据光刻胶120的光刻设计形成不同大小的微米线113，并且还可通过调节湿式蚀刻溶液的浓度和半导体基板110的浸渍时间形成不同大小及纵横比的纳米线114。
并且，本发明一实施例还提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中不利用价格高且需要长处理时间的干式蚀刻方法，而是利用价格低且需要短处理时间的湿式蚀刻方法形成纳米线114。即，作为现有的干式蚀刻设备的电感耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)设备及反应离子蚀刻(RIE，Reactive Ion Etching)设备均在真空环境下进行处理，因此价格非常高，而且因在洁净室中操作，所以需要过多的维护费用。然而因为在本发明中利用通常的湿式蚀刻过程，所以能够花费不多地制备太阳能电池。
并且，本发明一实施例还提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中因多个微米线113及纳米线114而使入射光的反射率显著低于通常的平板形结构，因此是高效率的。即，本发明提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中入射光的路径通过将微米线113及纳米线114的结构而不是平板形结构施加到光吸收层而增加，电流值因发生诸如光子囚禁效应的量子效应而增加，并且最终效率提高。
以下，对本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法进行说明。除了只有无电解蚀刻步骤S3不同之外，本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法与上述本发明一实施例的太阳能电池的制备方法相同。因此，以下主要说明本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻步骤。
图5为依次示出本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的流程图。
如图5所示，无电解蚀刻方法可包括第一无电解蚀刻步骤S31及第二无电解蚀刻步骤S32。
并且，可以与上述本发明一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻步骤S3相同的方式执行第一无电解蚀刻步骤S31。
图6a至图6b为依次示出本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的部分剖视图。以下，一同参照图5来对无电解蚀刻方法进行说明。
参照图5及图6a，在第一无电解蚀刻步骤S31中，通过上述本发明一实施例的太阳能电池的制备方法中的上述无电解蚀刻步骤S3，来在半导体基板110中形成微米线113及纳米线114a。
参照图5及图6b，在第二无电解蚀刻步骤S32中，通过将半导体基板110浸渍在氢氧化钾(KOH)溶液和水的混合溶液中来蚀刻纳米线114a，形成大致平坦的凹槽区域114。由于这种凹槽区域114是通过蚀刻纳米线114a形成，所以凹槽区域可能不是大致平坦的，而是可能具有不平坦的表面。即，凹槽区域114可具有压纹形状或不规则形状。
在第二无电解蚀刻步骤S32中，氢氧化钾溶液和水的体积比可以为约1:10，但本发明不局限于此。并且，氢氧化钾溶液和水的重量比可以为约10wt％:90wt％，但本发明不局限于此。除了这种氢氧化钾之外，还可以利用盐酸或硝酸，但本发明人认识到，氢氧化钾最适合用于去除纳米线114a。
并且，合适的半导体基板110的浸渍时间在约30秒至约40秒的范围内。在浸渍时间小于约30秒的情况下，无法充分去除纳米线114a，而在浸渍时间大于约40秒的情况下，将过度去除纳米线114a。
图7为示出本发明另一实施例的太阳能电池的部分剖视图。
参照图7，在半导体基板110的第一面形成有微米线113及通过蚀刻纳米线114a形成于微米线113的外侧的具有不平坦的压纹形状或不规则形状的凹槽区域114。
因此，本发明另一实施例提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中可根据光刻胶120的光刻设计来形成具有不同大小的微米线113，并且，还可通过调节湿式蚀刻溶液的浓度和半导体基板110的浸渍时间形成具有不同大小及纵横比的微米线113。
并且，本发明另一实施例还提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中不利用价格高且需要长处理时间的干式蚀刻方法，而是利用价格低且需要短处理时间的湿式蚀刻方法来形成微米线113。即，作为现有的干式蚀刻设备的电感耦合等离子体设备及反应离子蚀刻设备均在真空环境下进行处理，因此价格非常高，且因在洁净室操作，因而需要花费过多的维护费用，然而利用本发明的通常的湿式蚀刻过程，能够花费不多地制备太阳能电池。
并且，本发明另一实施例提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中因多个微米线113而使入射光的反射率显著低于通常的平板形结构，因此它是高效率的。即，本发明提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中入射光的路径通过将多个微米线113的结构而不是通常的平板形结构施加到光吸收层而增加，电流值因发生诸如光子囚禁效应的量子效应而增加，并且最终效率提高。
此外，本发明另一实施例提供一种太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池，其中通过形成具有不规则形状、球面波形状、正弦波形状或方波形状的PN接合区域，与通常的结构相比，PN接合区域显著增加，由此效率提高。
以下，对本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法进行说明。除了只有无电解蚀刻步骤S3不同之外，本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法与上述本发明一实施例的太阳能电池的制备方法相同。并且，在本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中，在第二导电型杂质掺杂步骤S4中利用POCl3来掺杂第二导电型杂质。因此，以下将主要说明在本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻步骤及利用POCl3的第二导电型杂质的掺杂。
图8为依次示出本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的流程图。
如图8所示，上述无电解蚀刻方法可包括微米线形成步骤S41、AgNO3沉积步骤S42及纳米线形成步骤S43。
图9a至图9c为依次示出本发明另一实施例的太阳能电池的制备方法中的无电解蚀刻方法的部分剖视图。以下，一同参照图8来对无电解蚀刻步骤进行说明。
参照图8及图9a，在微米线形成步骤S41中，通过对上述半导体基板110进行蚀刻来形成微米线113。在此情况下，虽然未在图9a中示出，但可在上述半导体基板110的下部形成保护层。这种保护层可以包括通常的绝缘层、金属层及其等同物中的任一个，并且可以使用任何材料，只要它不与蚀刻溶液发生反应。
上述半导体基板110通过使用上述光刻胶120作为掩膜来进行蚀刻。结果，去除未形成上述光刻胶120的区域，并且在形成上述光刻胶120的区域中形成微米线113。上述微米线113可形成为具有约1μm至约3μm的宽度以及约3μm至约5μm的高度。但上述值仅被提供作为用于理解本发明的实例，本发明不局限于此。
参照图8及图9b，在AgNO3沉积步骤S42中，AgNO3沉积在上述半导体基板110的上部的未形成微米线113的区域上，即，在上述微米线形成步骤S41中被蚀刻的区域，从而形成AgNO3层114’。上述AgNO3层114’之后被蚀刻，来形成纳米线114。
参照图8及图9c，在纳米线形成步骤S43中，上述半导体基板110被上述AgNO3层114’蚀刻，从而形成纳米线114。在此情况下，可使用KOH作为蚀刻溶液。在蚀刻过程中，上述AgNO3层114’的银(Ag)粒子可与KOH发生剧烈的反应。因此，上述半导体基板110的Ag粒子沉积在其上的区域由于与KOH的剧烈反应而被更多地蚀刻，Ag粒子未沉积在其上的区域则被相对较少地蚀刻。图9c的纳米线114形成为具有不均匀的高度就是这个原因。上述纳米线114可形成为具有约1nm至约100nm的宽度以及约1μm至约3μm的高度。但上述值仅被提供作为用于理解本发明的实例，本发明并不局限于此。
并且，在上述纳米线形成步骤S43中，上述光刻胶120和保护层可以通过蚀刻被去除。
图10为示出本发明另一实施例的太阳能电池的剖视图。
参照图10，本发明另一实施例的太阳能电池可包括：第一导电型半导体基板110；多个微米线113，其以棋盘形态或矩形形态形成于半导体基板110的上表面上；第二导电型杂质掺杂区域215，其利用POCl3形成在上述微米线113的表面上；多个纳米线114，其形成于微米线113的外侧；第一电极117，其形成于半导体基板110的下表面；以及第二电极118，其形成于上述第二导电型杂质掺杂区域215的表面上。
因此，在本发明另一实施例的的太阳能电池中，微米线113以棋盘形态或矩阵形态形成于一个半导体基板110的上表面上，并且辐射状形状而不是平面形状的PN接合区域形成在微米线113中。因此，随着PN接合区域的面积增加，太阳能电池的效率得到提高。并且，在微米线113的周围形成多个纳米线114。因为纳米线114增加入射光的路径来产生诸如光子囚禁效应的量子效应，所以纳米线114可进一步增加太阳能电池的效率。
以下，对根据不同条件的本发明另一实施例的太阳能电池的特性进行说明。
由于太阳能电池基本利用PN接合，因此，为了在第一导电型(P型)半导体基板上形成第二导电型(N型)杂质层，例如在高温下对POCl3或H3PO4进行沉积并扩撒。将在此情况下形成的第二导电型(N型)杂质层称为发射极。在本发明另一实施例的太阳能电池中，通过利用POCl3来掺杂第二导电型杂质形成发射极层。
利用POCl3的第二导电型杂质的掺杂包括作为第一步骤的预沉积(Pre-deposition)过程和作为第二步骤的在850℃或更高的高温下将杂质注入到硅中的主扩散过程。在预沉积过程中，在约810℃的温度下将POCl3注入到半导体基板110、微米线113及纳米线114中。在上述过程中，在半导体基板110、微米线113及纳米线114的表面上形成P205氧化层。在随后的扩散过程中，通过在约820℃至约860℃的温度下进行热处理来使P205层的磷(P)扩散到半导体基板的硅(Si)中，从而形成发射极层215，即，第二导电型(N型)杂质层。
表1呈现出在本发明另一实施例的太阳能电池中利用POCl3的第二导电型杂质的掺杂的条件。
表1
图11a至图11d为在本发明另一实施例的太阳能电池中，通过将利用POCl3来掺杂第二导电型杂质的过程的温度变化为820℃、840℃、860℃及880℃测定面电阻的图表。通过基于温度变化的面电阻测定来获得具有纳/微复合结构的太阳能电池所需的最佳温度。结果，在860℃温度下，平均面电阻为52.79889，其中该值是最类似于当前商用产品的面电阻。虽然在880℃温度下，面电阻为44.22111，呈现出最低的值，但是低的面电阻也表示杂质的量很大。因此，由于泄露电流的量可能增加，所以在880℃温度下的掺杂过程并不适合。即，可理解为，呈现出与商用产品的面电阻最类似的值的860℃温度下的掺杂过程最为适合。
图12为在本发明另一实施例的太阳能电池中，在利用POCl3来掺杂第二导电型杂质之后，根据掺杂温度的变化来测定基于深度的原子的浓度的图表。此过程通过二次离子质谱法(SIMS，Secondary Ion Mass Spectrometry)来进行，并可获得微米线PN接合的最佳深度。
参照图12，可理解，在利用POCl3来掺杂第二导电型杂质之后的基于深度的原子的浓度与温度成正比，且浓度随着深度的增加总体上降低。并且，从860℃的最佳温度下的测定值可理解，微米线PN接合的最佳深度为0.5μm。
图13为在本发明另一实施例的太阳能电池中，根据蚀刻时间测定利用POCl3来掺杂第二导电型杂质前后的载体寿命的图表。其中，可使用KOH作为蚀刻溶液。在利用POCl3来掺杂第二导电型杂质之前的载体寿命为约10μs，但在掺杂之后，可获得约300μs的载体寿命。
图14为在蚀刻时间固定在60秒(KOH)之后，从图13获得的结果中通过将纵横比(A/R，Aspect ratio)改变为1、2、3、4来测定电流密度的图表。
并且，表2呈现出根据来自图14的图表的各个条件的太阳能电池的效率。从表2中可知，在包括1的A/R条件下可实现最高的效率。
表2
纵横比 Voc(mV) Jsc(mA/cm2) FF(％) EFF(％)
1 575 28.7 75.1 12.4
2 573 28.41 74.4 12.2
3 585 26.3 73.3 11.3
4 581 26.2 71.4 10.9
在此，开路电压(Voc,Open circuit voltage)为通过打开太阳能电池的电极端子来测定的电压。短路电流(Isc,Short circuit current)为当太阳能电池的电极端子短路时流动的电流，其单位为安培(A)，并且通过短路电流除以太阳能电池的面积获得作为每单位面积的电流的短路电流密度(Jsc)。填充因子(FF，fill factor)为最大输出电压和最大输出电流的乘积与开路电压和短路电流的乘积的比。太阳能电池的效率(EFF，Efficiency)是太阳能电池的电输出与每单位面积入射光的能量的比，其中标准测试条件下的光能为100mW/cm2，并且太阳能电池的电输出是通过开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)及填充因子(FF)的乘积获得的值。
以上的说明仅为用于实施本发明的太阳能电池的制备方法及由此制备的太阳能电池的一个实施例，本发明并不局限于此。在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本发明的真实范围限定为本领域技术人员可对其作出各种修改和改变的程度。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
准备具有第一面和第二面的第一导电型半导体基板的步骤；
以多个横向线和多个纵向线相互交叉的平面形态在上述第一导电型半导体基板的第二面上对光刻胶进行图案化的步骤；
无电解蚀刻上述半导体基板，以在与上述光刻胶相对应的区域形成宽度为1μm至3μm、高度为3μm至5μm的微米线，在不与上述光刻胶相对应的区域形成宽度为1nm至100nm、高度为1μm至3μm的多个纳米线的步骤；
利用POCl3来在上述微米线及上述纳米线掺杂第二导电型杂质的步骤；
在上述半导体基板的第一面上形成第一电极的步骤；以及
在上述微米线上形成第二电极的步骤，
其中，作为每单位面积入射的光能和功率的比的上述太阳能电池的效率为10％至13％。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，上述无电解蚀刻步骤包括：
第一浸渍步骤，其中，在上述半导体基板的第一面上形成保护层，且将上述半导体基板浸渍在硝酸银溶液和氢氟酸溶液的混合溶液中；
第二浸渍步骤，其中，将具有来自上述硝酸银溶液的银粒子附着在其上的上述半导体基板浸渍在过氧化氢溶液和氢氟酸溶液的混合溶液中；以及
第三浸渍步骤，其中，将上述半导体基板浸渍在硝酸溶液和水的混合溶液中以去除上述银粒子。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，上述第一浸渍步骤的硝酸银溶液的浓度为5mM至15mM，上述氢氟酸溶液的浓度为2mM至8mM。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，上述第二浸渍步骤的上述过氧化氢溶液和氢氟酸溶液各自具有2mM至8mM的浓度。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，通过上述第二浸渍步骤来形成上述纳米线，上述第二浸渍步骤执行1分钟至12分钟。
6.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，上述无电解蚀刻步骤还包括在包括上述第一浸渍步骤、上述第二浸渍步骤及上述第三浸渍步骤的第一无电解蚀刻步骤之后的第二无电解蚀刻步骤，在上述第二无电解蚀刻步骤中，通过将上述半导体基板浸渍在氢氧化钾溶液和水的混合溶液中，蚀刻上述纳米线，以形成平坦的凹槽区域。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，上述无电解蚀刻步骤包括：
微米线形成步骤，其中，在上述第一导电型半导体基板的第二面上对上述光刻胶进行图案化，来形成微米线；
AgNO3沉积步骤，其中，在未形成有上述微米线的第一导电型半导体基板的第二面上沉积AgNO3；以及
纳米线形成步骤，其中，通过利用KOH溶液对上述AgNO3进行蚀刻，来形成纳米线。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，在820℃至880℃温度下利用上述POCl3来掺杂上述第二导电型杂质。
9.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
第一导电型半导体基板；
多个微米线，以多个横向线和多个纵向线相互交叉的平面形态形成于上述半导体基板的上表面上，上述多个微米线的宽度为1μm至3μm、高度为3μm至5μm；
多个纳米线，形成于上述微米线的外侧，来增加光的路径，上述多个纳米线的宽度为1nm至100nm、高度为1μm至3μm；
第二导电型杂质掺杂区域，其通过利用POCl3将第二导电型杂质掺杂于上述微米线的表面来形成，
第一电极，形成于上述半导体基板的下表面上；以及
第二电极，形成于上述第二导电型杂质掺杂区域的表面上，
其中，作为每单位面积入射的光能和功率的比的上述太阳能电池的效率为10％至13％。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，通过对上述纳米线进行蚀刻来形成平坦的凹槽区域。
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