专利名称：一种具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电池，具体涉及一种具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池。
背景技术：
晶体硅因具有原材料资源丰富，不含有毒元素，光电性能稳定，可靠性好，工艺技术成熟，市场接受程度高等优点，已成为目前太阳能电池产业化的主要原料。而在硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池的转换效率最高，技术也最为成熟，应用也最为广泛，在大规模应用和工业生产中占据主导地位。由于晶体硅具有较高的反射率，因此要提高单晶硅太阳能电池效率，就需要降低硅片表面的反射率，增加硅片对光的吸收。在单晶硅片表面制作抗反射层和改进晶体硅太阳能电池结构便是研究重点之一。对于硅片表面抗反射层的制作，实验室中有通过在太阳能电池上形成表面V型槽的结构、倒金字塔与正金字塔相互结合方式、制作纳米硅薄膜等，工业上则广泛采用化学腐蚀法来制备太阳电池表面绒面。利用不同晶向的硅在碱性溶液中腐蚀的速率不同，从而可以用碱性溶液在<100>晶向的硅片上腐蚀出类似金字塔不规则排列的绒面结构。入射光可以在金字塔的侧面上形成两次或两次以上入射，从而大大降低了硅片的反射率；在硅衬底上制备硅微纳米结构，如硅纳米线、硅纳米孔洞和硅纳米管等，则是改进晶体硅太阳能电池结构的重要举措之一。
实用新型内容本实用新型的目的在于通过将方形硅纳米孔洞结构及太阳能电池结构结合起来， 获得一种新型绒面结构，降低硅片表面的反射率，提高光吸收量，提供一种具有方形硅纳米孔洞太阳能电池，其光电转换率高，性能稳定性好。本实用新型采用以下技术方案一种具有方形硅纳米孔洞太阳能电池，其中，包括P型或N型硅衬底，在硅衬底上刻蚀有方形纳米孔洞；在方形纳米孔洞上设置N型或P型薄膜层，与P型或N型的具有方形硅纳米孔洞的硅衬底组成PN结；在硅衬底上的薄膜层表面及硅衬底另一面设置有电极层。进一步，所述薄膜层为微晶硅膜、GaN膜、CdS膜。进一步，所述薄膜层与硅衬底之间还可以设置有本征微晶硅膜。本实用新型的有益效果为单晶硅太阳能电池在全波段的反射率降低至2-3%左右。本实用新型的方形硅纳米孔洞采用金属催化腐蚀与传统的硅的湿法腐蚀技术相结合制备，这种方形硅纳米孔洞的制备方法方法不需要掩膜技术，同时兼有湿法腐蚀的成本低廉、操作简便和用时短及干法腐蚀的腐蚀均勻性和重复性好的优点。采用方形硅纳米孔洞结构的太阳能电池光电转换率高，性能稳定性。实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述， 并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书所特别指出的结构来实现和获得。
图1为实施例一通过扩散所获得的具有方形硅纳米孔洞太阳能电池结构示意图；图2为实施例二通过沉积另外一种掺杂类型的Si薄膜所获得的单片方形硅纳米孔洞太阳能电池结构示意图；图3为实施例三单片具有方形硅纳米孔洞的HIT太阳能电池结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步描述实施例一本实用新型的方形硅纳米孔洞采用金属催化腐蚀与传统的硅的湿法腐蚀技术相结合制备。如图1所示，本实施例包括P型硅衬底2，在硅衬底2上有方形纳米孔洞4，方形纳米孔4之间有未被刻蚀的部分硅衬底5。硅衬底2上通过扩散得到的薄膜层3，薄膜层3 为N型扩散层，与P型方形硅衬底2组成PN结，在硅衬底2的N型扩散层3表面及另一面设置电极层1。在硅衬底2表面进行扩散制备PN结(如果采用P型具有方形硅纳米孔洞衬底2， 则通过扩散得到N型扩散层3 ；如果采用N型方形硅纳米孔洞衬底2，则通过扩散得到P型扩散层3)。在硅衬底2两面引出电极层1后，便得到一个单片的方形硅纳米孔洞太阳能电池。在本实施例中，采用P型具有方形硅纳米孔洞的硅衬底2，通过扩散得到N型扩散层3， 在两面引出电极层1后，便得到一个单片的方形硅纳米孔洞太阳能电池。P型硅衬底2上面的方形纳米孔洞4的制备方法为将已切好的硅片用丙酮、酒精分别震荡10分钟和5分钟，接着用体积比为4:1的硫酸和双氧水的混合溶液80°C处理1小时，以去除表面的重金属离子，最后用双氧水氨水水=1:1:3 (体积比)的混合溶液80°C 处理1小时。在已清洗干净的硅片上真空蒸镀厚约10纳米的银膜。将镀有银膜的硅片放入管式高温炉，以95sCCm氩气为保护气体，温度为300°C，保温时间为90分钟的条件进行退火。将已退火的附有银颗粒的硅片浸入氢氟酸与双氧水的腐蚀溶液中，其中氢氟酸浓度为3. 2 3. 6 mol/L,双氧水浓度为0. 3 0. 38 mol/L,反应温度为55°C，腐蚀时间为90分钟。反应后，便得到方形硅纳米孔洞结构，随后将腐蚀后的硅片置于王水中放置5分钟，以去除残留的银。实施例二 如图2所示，本实施例包括P型(或N型)硅衬底2，在硅衬底2上有方形纳米孔洞 4，方形纳米孔洞4之间有未被刻蚀的部分硅衬底5。在所制备的P型(或N型)的具有方形纳米孔洞4的硅衬底2材料表面采用PECVD法沉积N型(P型)薄膜层3，薄膜层3为微晶硅膜。在硅衬底2两面引出电极层1后，便得到一个单片的具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池。在本实施例中采用P型方形硅衬底2，利用PECVD方法在衬底上沉积的N型微晶硅膜， 在两面沉积电极层1后，得到了一个单片的方形硅纳米孔洞太阳能电池。由于是在方形硅衬底2上沉积的另一种微晶硅膜，所以纳米孔洞4较实施例二中明显变小。硅衬底2上面的方形纳米孔洞4的制备方法如实施例一。实施例三如图3所示，本实施例包括P型(或N型)硅衬底2，在硅衬底2上有方形纳米孔洞4，方形纳米孔洞4之间有未被刻蚀的部分硅衬底5。在所制备的P型(或N型)的具有方形纳米孔洞4的硅衬底2表面采用PECVD法沉积本征微晶硅膜6后，再沉积N型(P型)微晶硅膜，微晶硅膜为薄膜层3，从而形成PIN结构，在两面引出电极层1后，便得到一个单片的具有方形硅纳米孔洞的HIT太阳能电池。在本实施例中，采用P型硅衬底2，利用PECVD方法在硅衬底2上沉积的本征微晶硅膜6，利用PECVD方法在本征微晶硅膜6上沉积的N型微晶硅膜，在两面沉积电极层1后，获得单片的方形硅纳米孔洞HIT太阳能电池。衬底2上面的方形纳米孔洞4的制备方法如实施例一。实施例四如图2所示，本实施例包括硅衬底2，在硅衬底2上有方形纳米孔洞4，方形纳米孔洞4之间有未被刻蚀的部分硅衬底5。但图1中微晶硅膜变为GaN膜。在所制备的具有方形纳米孔洞4的硅衬底2材料表面采用CVD法沉积GaN膜。在硅衬底2两面引出电极层1 后，便得到一个单片的具有方形Si纳米孔洞的Si/GaN太阳能电池。衬底2上面的方形纳米孔洞4和GaN膜的制备方法为将已切好的硅片用丙酮、酒精分别震荡10分钟和5分钟，接着用体积比为4:1的硫酸和双氧水的混合溶液80°C处理1 小时，以去除表面的重金属离子，最后用双氧水氨水水=1 1 3 (体积比)的混合溶液80°C 处理1小时。在已清洗干净的硅片上真空蒸镀厚约10纳米的银膜。将镀有银膜的硅片放入管式高温炉，以95sCCm氩气为保护气体，温度为300°C，保温时间为90分钟。将已退火的附有银颗粒的硅片浸入氢氟酸与双氧水的腐蚀溶液中，其中氢氟酸浓度为3. 2 3. 6 mol/ L，双氧水浓度为0. 3 0. 38 mol/L，反应温度为55°C，腐蚀时间为120分钟。反应后，便得到方形硅纳米孔洞结构，随后将腐蚀后的硅片置于王水中放置5分钟，以去除残留的银。采用化学气相沉积法，以金属镓为镓源，以氨气为氮源，在具有方形硅纳米孔洞结构的硅片衬底上沉积氮化镓(GaN)，形成氮化镓膜。之后，再沉积电极，组成Si/GaN太阳能电池，发现这种太阳能电池有较高的光电转化效率。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池，其特征在于包括P型或N型硅衬底，在硅衬底上刻蚀有方形纳米孔洞；在方形纳米孔洞上设置N型或P型薄膜层，与P型或N型的具有方形硅纳米孔洞的硅衬底组成PN结；在硅衬底上的薄膜层表面及硅衬底另一面设置有电极层。
2.如权利要求1所述的一种具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池，其特征在于所述薄膜层为微晶硅膜或GaN膜或CdS膜。
3.如权利要求1或2所述的一种具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池，其特征在于所述薄膜层与硅衬底之间还可以设置有本征微晶硅膜。
专利摘要本实用新型公开了一种具有方形硅纳米孔洞的太阳能电池，其中，包括P型或N型硅衬底，在硅衬底上刻蚀有方形纳米孔洞；在方形纳米孔洞上设置N型或P型薄膜层，与P型或N型的具有方形硅纳米孔洞的硅衬底组成PN结；在硅衬底上的薄膜层表面及硅衬底另一面设置有电极层。本实用新型将方形硅纳米孔洞结构及太阳能电池结构结合起来，获得一种新型绒面结构，降低了硅片表面的反射率，提高了光吸收量，具有光电转换率高，性能稳定性好的优点。
文档编号H01L31/0352GK202084569SQ20112005416
公开日2011年12月21日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者张迎九, 汪素兰, 王晓霞, 蔡永梅, 要峰 申请人:郑州大学