本发明涉及黑硅太阳能电池的生产
技术领域：
，特别是一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺。
背景技术：
：晶体硅由于易提纯、易掺杂、耐高温等优点在半导体行业中具有非常广泛的应用，但同样也存在很多缺陷，如晶体硅表面对可见光至红外光的反射很高，而且因为禁带宽度大，晶体硅不能吸收波长大于1100nm的光波，当入射光的波长大于1100nm时，硅探测器对光的吸收率和响应率将大大降低；在探测这些波段时必须使用锗、砷化镓等其他材料；由于这些材料的价格昂贵、热力学性能和品体质量较差以及不能与现有的成熟的硅工艺兼容等缺点而限制了其在硅基器件方面的应用；因此，减少晶体硅表面的反射、扩展硅基和硅兼容光电探测器的探测波段仍然是目前最热门的研究。为了减少晶体硅表面的反射，人们采用了许多实验方法和技术，如光刻技术、反应离子束刻蚀、电化学腐蚀等；这些技术都能在一定程度上改变晶体硅表面及近表面形貌，达到减少硅表面反射的目的；在可见光波段，减少反射可以增加吸收.提高器件的效率；但在波长超过1100nm时，如果在硅禁带中引入吸收能级；反射减少仅仅导致透射增加，因为硅的禁带宽度最终限制了其对长波长光的吸收；因此，要扩展硅基和硅兼容器件的敏感波段，就必须在减少硅表面反射的同时增加禁带内的光子吸收。20世纪90年代末，哈佛大学EricMazur教授等在研究飞秒激光与物质相互作用的过程中获得了一种新材料—黑硅；EricMazur等在研究黑硅的光电性质时惊奇地发现这种表面微构造过的硅材料具有奇特的光电性质，它对近紫外至近红外波段的光几乎全部吸收，具有良好的可见和近红外发光特性以及良好的场致发射特性等；这个发现在半导体界掀起惊涛骇浪，各大杂志对此争相报道。2001年NewScientist杂志等都发表专栏文章，评述黑硅的发现及其潜在的应用性.认为它在遥感、光通讯及微电子等领域都具有重要的潜在应用价值；目前，国外的很多科学家包括国内的学者都已经开展了很多黑硅的研究工作，并取得了初步的研究成果。因此，黑硅技术应用于太阳能电池中将是未来高效电池发展的趋势；本项目开发的目的是对黑硅太阳能电池技术进行研究，以期望获得低成本高转换效率的黑硅太阳能电池并达到量产化；通过对黑硅太阳能电池关键技术的研究，将在以下方面获得突破性进展，达到国内领先或先进水平；探索拥有自主知识产权的黑硅太阳电池的关键技术，包括产品的结构及其制造工艺流程；获得前沿的基础研究成果。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种黑硅太阳能电池结构及其制作工艺。为了解决以上技术问题，本发明提供一种黑硅太阳能电池结构，包括N型硅衬底，N型硅衬底的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层及绝缘层，其中，B型扩散层的材质为硼酸盐，绝缘层的材质为SiNx层膜，绝缘层的上表面设置有P型金属电极；N型硅衬底的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层及钝化层，钝化层下表面设置有n型金属电极。本发明进一步限定的技术方案是：进一步的，前述的黑硅太阳能电池结构，广谱吸收黑硅材料层采用黑硅材料，该黑硅材料具有间隔为20nm至20μm，横向尺度为20nm至20μm，深度为20nm至20μm的硅锥、硅粒或硅孔，这种材料对0.25μm至2.5μm波长范围内的太阳光具有＞85％的光吸收率。前述的黑硅太阳能电池结构，P型金属电极与N型硅衬底的边缘之间留有距离，n型金属电极与N型硅衬底的边缘之间留有距离。前述的黑硅太阳能电池结构，SiNx层膜为氮化硅和二氧化硅构成的叠层膜。前述的黑硅太阳能电池结构，二氧化硅层膜位于氮化硅层膜的下方，二氧化硅层膜的厚度为41-43nm，氮化硅层膜的厚度为80-83nm。本发明还设计了一种黑硅太阳能电池结构的制作工艺，选用N型硅衬底作为基底，包括如下具体步骤：①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底的表面场，并将N型硅衬底放入管式炉中进行扩散，通入N2气体作为保护，N2气体的流量为11slm，扩散温度为910-930℃，扩散时间为11-13min，形成B型扩散层；硼盐酸溶液的制备为：将B2O5溶解到稀盐酸中形成13-16wt％的溶液；②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒，绒面大小在200-700nm，深度180-220nm；在N型硅衬底的背表面场采用PCLO3扩散方法，控制扩散的流量900sccm，扩散时间为4-6min，扩散温度880-900℃，控制整体方阻100-120，控制结深2.7un，表面弄6.0E+20，均匀性小于7％，形成掺磷梯度层；在N型硅衬底的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层；③在B型扩散层的上表面采用硝酸氧化制作厚度为41-43nm的二氧化硅层膜，在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为80-83nm的氮化硅层膜，二氧化硅层膜作为钝化层，氮化硅层作为减反射层，控制反射率小于8％，钝化层与减反射层共同作为绝缘层；④在广谱吸收黑硅材料层的下表面制作钝化层，采用硅烷进行两层钝化镀膜而成，第一层钝化镀膜时增大硅烷流量150，第二步中钝化镀膜时缩减硅烷流量50，控制钝化层的厚度为84-87um；⑤在绝缘层上印刷Ag/Al浆，制作P型金属电极，在钝化层的下表面印刷Al浆，制作n型金属电极。前述的黑硅太阳能电池结构的制作工艺，选用N型硅衬底作为基底，包括如下具体步骤：①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底的表面场，并将N型硅衬底放入管式炉中进行扩散，通入N2气体作为保护，N2气体的流量为11slm，扩散温度为920℃，扩散时间为12min，形成B型扩散层；硼盐酸溶液的制备为：将B2O5溶解到稀盐酸中形成15wt％的溶液；②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒，绒面大小在200-700nm，深度180-220nm；在N型硅衬底的背表面场采用PCLO3扩散方法，控制扩散的流量900sccm，扩散时间为5min，扩散温度890℃，控制整体方阻100-120，控制结深2.7un，表面弄6.0E+20，均匀性小于7％，形成掺磷梯度层；在N型硅衬底的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层；③在B型扩散层的上表面采用硝酸氧化制作厚度为42nm的二氧化硅层膜，在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为81nm的氮化硅层膜，二氧化硅层膜作为钝化层，氮化硅层作为减反射层，控制反射率小于8％，钝化层与减反射层共同作为绝缘层；④在广谱吸收黑硅材料层的下表面制作钝化层，钝化层的厚度为84-87um；⑤在绝缘层上印刷Ag/Al浆，制作P型金属电极，在钝化层的下表面印刷Al浆，制作n型金属电极(7)。前述的黑硅太阳能电池结构的制作工艺，在N型硅衬底(4)的侧表面上涂覆防抗覆冰附着乳液，防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：7-9％，氨基甲酸乙酯：11-13％，α-亚麻酸：3.3-3.5％，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.3-1.5％，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：4.5-4.7％，过氧化苯甲酰：3.2-3.4％，丙烯酸丁酯：2.3-2.5％，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.7-2.9％，锑掺杂氧化锡纳米晶：2.8-3％，纳米二氧化钛：4.3-4.5％，纳米碳化硅：2.5-2.7％，乙烯-醋酸乙烯：2.5-2.7％，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.7-3.9％，聚二甲基硅氧烷：1.4-1.6％，聚醚改性硅油：1.1-1.3％，助溶剂：5.4-5.6％，附着力促进剂：9.3-9.5％，有机氟防水剂：余量。前述的黑硅太阳能电池结构的制作工艺，防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：8％，氨基甲酸乙酯：12％，α-亚麻酸：3.3％，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.3％，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：4.6％，过氧化苯甲酰：3.3％，丙烯酸丁酯：2.4％，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.8％，锑掺杂氧化锡纳米晶：2.9％，纳米二氧化钛：4.4％，纳米碳化硅：2.6％，乙烯-醋酸乙烯：2.7％，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.8％，聚二甲基硅氧烷：1.5％，聚醚改性硅油：1.2％，助溶剂：5.5％，附着力促进剂：9.4％，有机氟防水剂：余量。本发明的有益效果是：本发明中将N型硅衬底放入管式炉中进行扩散，通入N2气体作为保护，N2气体的流量为11slm，扩散温度为920℃，扩散时间为12min，控制管内均匀度小于10％，控制片内均匀度小于7％，如表1所示，得到的平均方阻为70.2Ω/sq,偏差≤3Ω/sq；与固态硼扩散和液态硼扩散具有扩散温度低、时间短、工艺简单和环境友好等优点，因此，这种扩散工艺在制备N型太阳能电池的发射极方面具有广阔的应用前景。此外，这种扩散工艺还可以应用到制备P型电池的背场。表1第一温区第二温区第三温区第四温区第五温区67.571.26970.570.170.273.568.770.668.969.369.568.970.96970.17070.36969.368.270.17168.570.2平均值69.0670.8669.5869.969.5本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明有以下优点：在N2保护下920℃，12min扩散得到的平均方阻为70.2Ω/sq,偏差≤3Ω/sq；与固态硼扩散和液态硼扩散具有扩散温度低、时间短、工艺简单和环境友好等优点，因此，这种扩散工艺在制备N型太阳能电池的发射极方面具有广阔的应用前景。此外，这种扩散工艺还可以应用到制备P型电池的背场。本发明中采用RIE黑硅技术(反应离子刻蚀法)，操作简单，反应复杂简单、产量高、能够显著提效0.5％以上，且处理方便；本发明充分利用酸制绒绒面本身的陷光结构进行反应，绒面变大，腐蚀深度变深，绒面大小在200-700nm之间，深度在200nm左右，大幅降低硅片制绒后反射率，提升转换效率0.4％-0.8％，硅片制绒后反射率从现有的20降至5左右，金刚线切割硅片制绒后反射率降至7左右，解决现有的金刚线切割硅片反射率高的问题，取代主流的砂浆切割，硅片成本下降10％-20％；本发明中由于制绒绒面变大，腐蚀深度增加，扩散磷源降低100sccm，推进时间增加5min,整体方阻控制在100-120，结深控制在2.7um，表面浓度在6.0E+20，均匀性控制在7％之内；同时，RIE过程会导致表面复合增加，制作钝化层时，加大第一步镀膜硅烷流量150，缩减第二步镀膜硅烷流量50，增加钝化效果，膜厚控制在85-86um，折射率控制在2.06-2.12。本发明的防抗覆冰附着乳液通过其科学的配方，在N型硅衬底的侧表面喷洒附着乳液后，附着乳液在室外紫外光线的作用下，其中聚合物会发生二次共聚和交联反应，生成网状结构的保护膜，大幅度提高了附着乳液与N型硅衬底的侧表面的粘结强度、强剥离强度和撕裂强度，从而解决了防抗覆冰附着乳液与N型硅衬底的侧表面不易结合的技术问题，使N型硅衬底的侧表面具有优良的拒水性、防水防冻和防抗覆冰性能，使其用于雨天寒冷环境时仍保持优良性能；根据试验，将本发明的旋涂硼酸盐扩散层的太阳能电池置于暴雨中，拒水性能是普通太阳能电池的3-5倍；将本发明的旋涂硼酸盐扩散层的太阳能电池外置于零下1-15℃的环境中，雨水后太阳能电池外表面不易结冰；另外，本发明附着乳液中，锑掺杂氧化锡纳米晶、纳米二氧化钛、纳米碳化硅能等成分的加入使N型硅衬底的侧表面具有很好的抗静电性和吸收隔热性，且具有防霉杀菌和防污性，还能提高其耐磨损性，获得了意想不到的技术效果。附图说明图1为本发明所设计的黑硅太阳能电池结构的结构示意图；其中，1-P型金属电极，2-绝缘层，3-B型扩散层，4-N型硅衬底，5-广谱吸收黑硅材料层，6-钝化层，7-n型金属电极。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例提供的一种黑硅太阳能电池结构，包括N型硅衬底4，N型硅衬底4的表面场自下而上依次铺设有B型扩散层3及绝缘层2，其中，B型扩散层3的材质为硼酸盐，绝缘层2的材质为SiNx层膜，绝缘层2的上表面设置有P型金属电极1；N型硅衬底4的背表面场自上而下依次设置有广谱吸收黑硅材料层5及钝化层6，钝化层6下表面设置有n型金属电极7；广谱吸收黑硅材料层5采用黑硅材料，该黑硅材料具有间隔为20nm至20μm，横向尺度为20nm至20μm，深度为20nm至20μm的硅锥、硅粒或硅孔，这种材料对0.25μm至2.5μm波长范围内的太阳光具有＞85％的光吸收率；P型金属电极1与N型硅衬底4的边缘之间留有距离，n型金属电极7与N型硅衬底4的边缘之间留有距离；SiNx层膜为氮化硅和二氧化硅构成的叠层膜；二氧化硅层膜位于氮化硅层膜的下方，二氧化硅层膜的厚度为41-43nm，氮化硅层膜的厚度为80-83nm。实施例2本实施例提供了一种黑硅太阳能电池结构的制作工艺，选用N型硅衬底4作为基底，包括如下具体步骤：①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底4的表面场，并将N型硅衬底4放入管式炉中进行扩散，通入N2气体作为保护，N2气体的流量为11slm，扩散温度为910-930℃，扩散时间为11-13min，形成B型扩散层3；硼盐酸溶液的制备为：将B2O5溶解到稀盐酸中形成13-16wt％的溶液；②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒，绒面大小在200-700nm，深度180-220nm；在N型硅衬底4的背表面场采用PCLO3扩散方法，控制扩散的流量900sccm，扩散时间为4-6min，扩散温度880-900℃，控制整体方阻100-120，控制结深2.7un，表面弄6.0E+20，均匀性小于7％，形成掺磷梯度层；在N型硅衬底4的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层5；③在B型扩散层3的上表面采用硝酸氧化制作厚度为41-43nm的二氧化硅层膜，在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为80-83nm的氮化硅层膜，二氧化硅层膜作为钝化层，氮化硅层作为减反射层，控制反射率小于8％，钝化层与减反射层共同作为绝缘层2；④在广谱吸收黑硅材料层5的下表面制作钝化层6，采用硅烷进行两层钝化镀膜而成，第一层钝化镀膜时增大硅烷流量150这里的流量单位是什么，钝化速度是多少，第二步中钝化镀膜时缩减硅烷流量50这里的流量单位是什么，钝化速度是多少，控制钝化层6的厚度为84-87um；⑤在绝缘层2上印刷Ag/Al浆，制作P型金属电极1，在钝化层6的下表面印刷Al浆，制作n型金属电极7。实施例3本实施例提供了一种黑硅太阳能电池结构的制作工艺，选用N型硅衬底4作为基底，包括如下具体步骤：①将硼盐酸溶液涂覆在N型硅衬底4的表面场，并将N型硅衬底4放入管式炉中进行扩散，通入N2气体作为保护，N2气体的流量为11slm，扩散温度为920℃，扩散时间为12min，形成B型扩散层3；硼盐酸溶液的制备为：将B2O5溶解到稀盐酸中形成15wt％的溶液；②采用RIE黑硅技术对黑硅材料进行制绒，绒面大小在200-700nm，深度180-220nm；在N型硅衬底4的背表面场采用PCLO3扩散方法，控制扩散的流量900sccm，扩散时间为5min，扩散温度890℃，控制整体方阻100-120，控制结深2.7un，表面弄6.0E+20，均匀性小于7％，形成掺磷梯度层；在N型硅衬底4的背表面场掺磷梯度层上利用上述黑硅材料制作广谱吸收黑硅材料层5；③在B型扩散层3的上表面采用硝酸氧化制作厚度为42nm的二氧化硅层膜，在二氧化硅层膜上采用PECVD沉积厚度为81nm的氮化硅层膜，二氧化硅层膜作为钝化层，氮化硅层作为减反射层，控制反射率小于8％，钝化层与减反射层共同作为绝缘层2；④在广谱吸收黑硅材料层5的下表面制作钝化层6，钝化层6的厚度为84-87um；⑤在绝缘层2上印刷Ag/Al浆，制作P型金属电极1，在钝化层6的下表面印刷Al浆，制作n型金属电极7；在N型硅衬底4的侧表面上涂覆防抗覆冰附着乳液，防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：8％，氨基甲酸乙酯：12％，α-亚麻酸：3.3％，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.3％，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：4.6％，过氧化苯甲酰：3.3％，丙烯酸丁酯：2.4％，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.8％，锑掺杂氧化锡纳米晶：2.9％，纳米二氧化钛：4.4％，纳米碳化硅：2.6％，乙烯-醋酸乙烯：2.7％，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.8％，聚二甲基硅氧烷：1.5％，聚醚改性硅油：1.2％，助溶剂：5.5％，附着力促进剂：9.4％，有机氟防水剂：余量。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。当前第1页1 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