CN204885179U

CN204885179U - 一种抗lid黑硅太阳能高效电池

Info

Publication number: CN204885179U
Application number: CN201520411949.0U
Authority: CN
Inventors: 姚玉
Original assignee: Zhenjiang Daqo Solar Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Daqo Solar Co Ltd
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2025-06-16

Abstract

本实用新型涉及一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极、铝背场、P型硅片衬底和依次位于P型硅片衬底上的PN结、SiO₂氧化膜、SiNx薄膜，所述PN结厚度均匀，所述SiNx薄膜包覆在SiO₂氧化膜表面。本实用新型增强了光能的吸收，提高了光电转换效率，减少了电池的漏电现象，具有抗LID和PID效果。

Description

一种抗LID黑硅太阳能高效电池

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池，具体公开一种抗LID黑硅太阳能高效电池。

背景技术

硅是世界上储量最丰富的元素之一,广泛的应用于光电探测、光通信、微电子设备等重要领域。但是由于晶体硅的本身的性质,使得晶体硅表面对可见-红外光的反射很高,极大的限制了硅基光电器件的灵敏度、可用波段范围以及转换效率等关键技术指标。近年来,一种叫黑硅的微结构硅引起了人们极大的关注,黑硅由于对可见-红外光波段的光有着其极高的吸收,可以广泛应用于生物,红外探测,太阳能电池,药学,微电子,农业和安全检测等方面。常规的晶体硅太阳电池都是基于p型掺硼硅晶体制造的,但这种电池存在着光衰减现象,该现象已经成为制约高效太阳电池发展的一个重要瓶颈。目前光衰减现象的性质和机理还未完全清楚,它是当前国际上晶体硅太阳电池材料和器件方向的研究热点之一。光衰问题可以通过抑制光衰减的缺陷生成-硼氧复合体的方法来解决，抑制硼氧复合体的方法包括①降低氧含量②降低硼浓度③p型掺镓硅晶体（镓取代硼）④n型硅晶体（不含硼）⑤高温热处理⑥同族掺杂（锗、锡和碳）硅晶体。

目前制备黑硅的方法多种多样,最具产业化的两种方法为干法制绒RIE（ReactiveIonEtching）和湿法制绒MCCE(Met铝CatalyzedChemic铝Etching)。采用RIE法或MCCE法制备黑硅纳米陷光娥眼结构可以显著提高可见-红外光波段的光谱吸收，但是由于黑硅制备过程中表面积的增大以及引入的缺陷，具有较高的表面复合速率和较低的少数载流子寿命，导致开路电压下降、漏电增大，太阳能电池的光电转换效率没有显著的提高。黑硅纳米陷光娥眼结构使形成的PN结结深不均匀，PN结浅结处硼和氧多数处于亚稳态，容易形成硼氧复合体，导致光照衰减（LID）现象更加严重。同时，PN结浅结处容易烧穿，导致太阳能电池的漏电现象更加严重。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：为解决以上问题提供一种增强光能吸收，提高光电转换效率，减少电池漏电现象，具有抗LID和PID效果的抗LID黑硅太阳能高效电池。

本实用新型所采用的技术方案是这样的：

一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极和铝背场，还包括P型硅片衬底和依次位于P型硅片衬底上的PN结、SiO₂氧化膜、SiNx薄膜，所述PN结厚度均匀，所述SiNx薄膜包覆在SiO₂氧化膜表面。

进一步地，所述P型硅片衬底一端平整，另一端呈陷光结构，在其陷光结构端端面为PN结；所述PN结外侧、P型硅片衬底陷光结构端外层为SiO₂氧化膜；所述SiNx薄膜一端平整，另一端与所述P型硅片衬底陷光结构端形成吻合设置。

进一步地，所述PN结深为0.1~10μm。

进一步地，所述SiNx薄膜厚度为50~150nm。

综上所述，由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、利用RIE法或MCCE法形成黑硅纳米陷光娥眼结构，由于超低纳米减反结构阵列的独特减反效果，增加了光能的吸收，有利于提高纳米柱电池的转化效率；

2、通过两次扩散，第一由于黑硅纳米陷光娥眼结构，通过再次扩散促使磷再分布形成均匀的PN结表面，有效防止高陷光结构凹陷部分PN结偏浅导致的光照衰减，具有抗LID效果；第二，提高了纳米柱与电极的欧姆接触特性，改善了黑硅纳米陷光娥眼结构与电极接触的问题，减少太阳能电池的漏电现象；第三，得到硅片表面掺杂浓度低，表面复合小，提高太阳能电池的开路电压，从而显著提高太阳能电池的光电转换效率；第四，在磷扩散层表面形成二氧化硅氧化层钝化膜，具有抗PID效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中标记：1、正电极；2、负电极；3、铝背场；4、P型硅片衬底；5、PN结；6、SiO₂氧化膜；7、SiNx薄膜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极1、2和铝背场3，还包括P型硅片衬底4和依次位于P型硅片衬底4上的PN结5、SiO₂氧化膜6、SiNx薄膜7，所述P型硅片衬底纯度大于99.9999%；所述P型硅片衬底4一端平整，另一端呈陷光结构，在其陷光结构端端面为PN结5，PN结5表面均匀,深度为0.1~1.0微米；所述PN结5外侧、P型硅片衬底4陷光结构端外层为SiO₂氧化膜6，具有抗LID效果；所述SiNx薄膜7一端平整，另一端与所述P型硅片衬底4陷光结构端形成吻合设置;所述SiNx薄膜7厚度为50～150nm。

该抗LID黑硅太阳能高效电池的生产方法如下：

（1）高陷光纳米柱的制作，所述P型硅片衬底4为纯度大于99.9999％的太阳能级硅衬底，P型掺杂。MCCE（金属催化化学腐蚀）方法制备高陷光纳米柱，是在腐蚀时添加纳米金属颗粒催化剂，经过混酸腐蚀处理、碱扩孔处理、氢氟酸处理、及去离子水清洗过程，其间酸液浓度和碱液浓度保持不变。RIE（等离子制绒）法制备高陷光纳米柱，是在真空环境中通入等离子制绒所需气体，然后在硅片上施加负偏压,将硅片直接浸没在等离子体中,在硅片表面形成陷光纳米结构，最后对陷光纳米结构进行去损伤层处理；制绒处理完成后的硅片平均反射率5%～15%。

（2）第一次扩散，对上述硅片进行第一次磷扩散处理，磷扩散处理是传统的扩散工艺，包括预沉积、再推进过程，磷扩散为利用POCl₃作为磷扩散源，在保护气体N₂、O₂气氛下采用通入磷源工艺进行扩散。气体扩散温度810℃～860℃。各气体通量范围如下：小N₂：0～1.8slm；N₂：2～20slm；O₂：0～1.1slm。扩散后的方块电阻为50~150欧姆，PN结5深为0.1~1.0微米。

（3）去除边结和磷硅玻璃层；利用湿法刻蚀工艺，经过混酸刻蚀槽，将硅片进行去边处理，去除扩散过程中可能造成的边缘短路的部分，同时对硅片背面进行抛光，然后用稀释的氢氟酸处理，去除扩散产生的磷硅玻璃层。最后用去离子水清洗。其间酸液浓度和碱液浓度保持不变。

（4）第二次扩散，为了解决步骤（1）中通过RIE法或MCCE法处理制备的纳米柱凹槽深度大，扩散过程中凸起部分结深，凹槽结浅的PN结不均匀现象，需要进行二次扩散。二次扩散是磷再分布及氧化层生成的过程，在硅片已扩散的一面进行氧扩散。利用O₂作为扩散源，在保护气体N₂气氛下进行扩散，在磷扩散层表面形成二氧化硅氧化层钝化膜。二次扩散温度650℃～800℃，比一次扩散温度低。

（5）对硅片进行SiNx表面钝化和减反薄膜沉积，对硅片进行SiNx表面钝化和减反薄膜沉积，是利用PEVCD设备，在硅片的扩散面沉积一层SiNx薄膜7，薄膜厚度为50～150nm。PEVCD完成后反射率0～15%。

（6）制备电池负电极、正电极和铝背场，完成抗LID黑硅太阳能电池制备。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种抗LID黑硅太阳能高效电池，包括正、负电极和铝背场，其特征在于：还包括P型硅片衬底和依次位于P型硅片衬底上的PN结、SiO₂氧化膜、SiNx薄膜，所述PN结厚度均匀，所述SiNx薄膜包覆在SiO₂氧化膜表面。

2.根据权利要求1所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池，其特征在于：所述P型硅片衬底一端平整，另一端呈陷光结构，在其陷光结构端端面为PN结；所述PN结外侧、P型硅片衬底陷光结构端外层为SiO₂氧化膜；所述SiNx薄膜一端平整，另一端与所述P型硅片衬底陷光结构端形成吻合设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池，其特征在于：所述PN结深为0.1~10μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种抗LID黑硅太阳能高效电池，其特征在于：所述SiNx薄膜厚度为50~150nm。