专利名称：太阳能电池、其减反结构及形成方法
技术领域：
本发明涉及高效晶体硅太阳能电池制造领域，特别涉及到晶体硅高效太阳能电池 减反结构的实现技术。
背景技术：
随着全球能源的短缺和气候变暖环境，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火 力发电成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。在太阳能电池的发展历史中，非晶硅 薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池都已经历了近半个多世纪的发展历程。晶体硅太阳能 电池效率较高，而非晶硅薄膜太阳能电池的制造成本较低，因此二者优势结合起来形成效 率更高、成本更低的太阳能电池结构是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。为此，本发明的实施例提出一种在与已有太阳能电池制备工艺兼容的前提下，具 有更高可控性、超低减反效果及更好钝化效果的太阳能电池减反结构及其形成方法。另外，本发明的实施例还提出一种形成效率高且成本低的太阳能电池。根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种太阳能电池减反结构的形成方 法，所述方法包括以下步骤a)在太阳能电池硅片表面进行金属薄膜淀积；b)对淀积有金 属薄膜的硅片进行快速热退火处理，将所述金属薄膜退火形成纳米催化颗粒；c)利用湿法 化学腐蚀热退火后的硅片，以形成太阳能电池的纳米减反结构；以及d)清洗具有纳米减反 结构的硅片，以去除残余金属。根据本发明进一步的实施例，所述太阳能电池硅片为ρ型或者η型掺杂，包括太阳 能级硅衬底、集成电路级硅衬底和晶面指数(100)的硅材料衬底的其中一种。根据本发明进一步的实施例，步骤a包括利用金属薄膜生长工艺在所述硅片表 面淀积单层均勻的Al薄膜。所述Al薄膜的厚度为2 lOnm。根据本发明进一步的实施例，步骤a包括利用金属薄膜生长工艺在所述硅片表 面先淀积单层均勻Al薄膜；以及再于所述Al薄膜上淀积单层均勻的Ag薄膜。所述Al薄 膜的厚度为2 lOnm，所述Ag薄膜的厚度为2 8nm。根据本发明进一步的实施例，步骤b包括将淀积有金属薄膜的硅片置于快速热 退火炉中，并通入惰性气体作为保护气氛，退火时间为10 30s，温度可根据退火时间设为 500 700"C。根据本发明进一步的实施例，步骤c包括将热退火后的硅片置于防腐蚀容器中， 利用氢氟酸与双氧水混合液进行腐蚀，温度为O 40°C，时间为30min 证。根据本发明进一步的实施例，步骤d包括利用硝酸溶液将硅片进行浸泡，以去除 硅片表面的金属层；以及利用氢氟酸溶液漂洗硅片表面的氧化物。根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种根据上述形成方法形成的太阳能电池减反结构。根据本发明的再一方面，本发明的实施例提出一种包括上述减反结构的太阳能电 池。本发明制备的超低减反结构，能与现有工艺结合，不增加设备成本。相比传统的太 阳能电池减反结构，本发明的减反结构可控性更高，减反及钝化效果更好。并且，本发明制 备工艺简单，具有较好的工艺稳定性。此外，利用本发明形成具有减反结构的太阳能电池能够获得超低的减反效果，具 有高性能、低成本的优点。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中图1为本发明实施例的太阳能电池减反结构的形成方法流程图；图2到图5为本发明实施例的太阳能电池减反结构各个制作阶段的示意图。
具体实施例方式
本发明通常涉及一种太阳能电池的减反结构、其形成方法以及具有该方法所形成 减反结构的太阳能电池。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不 同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅 仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/ 或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置 之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人 员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征 在第二特征之“上”及/或“上方”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施 例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可 能不是直接接触。参考图1，图1示出了根据本发明的实施例的太阳能电池减反结构的形成方法的 流程图。在步骤101中，首先在太阳能电池硅片202表面进行金属薄膜淀积，参考图2。在本实施例中，太阳能电池硅片202为ρ型或者η型掺杂的硅衬底，包括 太阳能级硅衬底(纯度大于99. 9999 %的硅衬底)，集成电路级硅衬底(纯度大于 99. 9999999999% )，或者晶面指数(100)的一切硅材料衬底。在一个实施例中，金属薄膜的淀积可以利用Al作为金属源，并利用诸如电子束蒸 发、磁控溅射、真空蒸镀等金属薄膜生长工艺，在硅片202的表面淀积单层均勻的金属薄膜 204，参考图2。这里，淀积的Al薄膜的厚度为2 IOnm之间。在另一个实施例中，金属薄膜的淀积可以利用Al和^Vg作为金属源，并利用上述金 属薄膜生长工艺，在硅片202的表面先淀积单层均勻Al薄膜204，然后再于Al薄膜204上 淀积单层均勻的Ag薄膜206。这里，淀积的Al薄膜的厚度为2 IOnm之间，淀积的Ag薄膜的厚度为2 Snm之间。当然，除了上述实施例之外，还可以选择镍、银等合适金属作为金属源。在本发明实施例中，选用金属Al或者Al和Ag作为催化金属，以在后续工艺步骤 中得到纳米级的催化颗粒。在Al薄膜上淀积Ag薄膜主要是为了更好地防止金属Al在后 续热退火工艺中被氧化。在步骤102中，对淀积有金属薄膜的硅片进行快速热退火处理，从而将金属薄膜 退火形成纳米催化颗粒208，参考图4。对于图2仅淀积有Al薄膜的硅片的热退火处理，所 得到的催化颗粒208为Al金属颗粒。对于图3所示淀积有Al薄膜和Ag薄膜的硅片的热 退火处理，所得到的催化颗粒208为包含Al和Ag的金属颗粒。优选地，步骤102的快速热退火处理是将淀积有金属薄膜204或者204与206的 硅片202置于快速热退火炉中，并通入惰性气体，例如N2作为保护气氛，退火时间为10 30s，温度可根据退火时间设为500 700°C。接着，在步骤103中，利用湿法化学腐蚀如图4所示热退火后的硅片，以形成太阳 能电池的硅基纳米超低减反结构210，参考图5。在本发明实施例中，湿法化学腐蚀处理是 将热退火后的硅片置于防腐蚀容器中，然后利用氢氟酸与双氧水混合液进行腐蚀，温度为 0 40°C，时间为30min 5h。 优选地，氢氟酸溶液为稀释过的氢氟酸，其典型浓度值为5 % -40 %，双氧水溶液 为稀释过的双氧水，典型浓度值为0. 5% -15%。最后在步骤104中，清洗具有纳米减反结构210的硅片202，以去除残余金属。在 清洗硅片202时，可利用硝酸溶液将硅片202进行浸泡，先去除硅片表面的金属层；然后，利 用氢氟酸溶液漂洗硅片表面的氧化物。当然，在实际清洗步骤中，可以结合利用去离子水去除上述两种溶液的残余物以 及硅片表面的其他杂质。具体地，上述步骤104的表面清洗过程为依次利用去离子水、硝酸 溶液、去离子水、氢氟酸溶液、去离子水清洗的过程。清洗时间依次为anin以上、半小时以 上、Imin以上、IOs以上、Imin以上。例如在一个实施例中，首先利用去离子水清洗2 ;3min以去除硅片表面的脏东 西，然后利用硝酸溶液将硅片浸泡至少半小时，以去除其表面的残余金属层。再利用去离子 水清洗2 ;3min去除硝酸溶液，接着利用稀释的氢氟酸溶液漂洗30s来去除硅片表面的氧 化物，最后在利用去离子水清洗2-;3min将氢氟酸去除。其中硝酸溶液为浓硝酸，氢氟酸溶液为稀释的氢氟酸，可以包括所有的稀释比例。本发明的高效太阳能电池纳米超低减反结构的实现方法及其结构至少具有下列 优点首先，本发明利用湿法化学腐蚀形成硅基纳米超低减反结构阵列，能够极大降低 因干法刻蚀所造成的损伤，而且由于纳米超低减反结构阵列的独特减反效果，增加了光能 的吸收，有利于提高电池的转化效率。其次，本发明通过金属薄膜快速热退火形成催化颗粒，与传统方法相比具有可控 性的优势。体现在本发明通过调节退火时间与温度，可以控制纳米颗粒的尺寸与密度，进 而能够较好地控制腐蚀后形成的纳米减反结构的尺寸与周期，易于达到理想的减反效果。此外，此发明采用金属Al作为湿法腐蚀催化金属，在腐蚀之后去除金属较为容
5易，保证纳米结构表面洁净，避免造成金属离子的引入而致使太阳能电池的特性恶化。因 而，有利于提升电池性能。本发明制备的具有上述超低减反纳米结构阵列的高效太阳能电池，其制备工艺能 很好的与现有工艺结合，能在不增加工艺的复杂度同时保持较低成本的前提下，制备高转 换效率的太阳能电池。因此，高效太阳能电池的制备简便易行，有利于大规模生产与成本的 降低。本发明与已有的太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出创新结构和改良工艺， 以期获得超低的减反效果。利用该技术易于制备高性能、低成本的太阳能电池，并最终走向 实用化、工业化，创造价值。本发明将纳米结构制造融合其中，形成第三代太阳能电池，将有助于解决长期困 扰传统两个太阳能电池制备领域的效率低，成本高的瓶颈问题，实现太阳能技术的飞跃。虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和 所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对 于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺 步骤的次序可以变化。此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制 造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容 易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法 或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结 果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制 造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
权利要求
1.一种太阳能电池减反结构的形成方法，所述方法包括以下步骤a)在太阳能电池硅片表面进行金属薄膜淀积；b)对淀积有金属薄膜的硅片进行快速热退火处理，将所述金属薄膜退火形成纳米催化 颗粒；c)利用湿法化学腐蚀热退火后的硅片，以形成太阳能电池的纳米减反结构；以及d)清洗具有纳米减反结构的硅片，以去除残余金属。
2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述太阳能电池硅片为ρ型或者η型 掺杂，包括太阳能级硅衬底、集成电路级硅衬底和晶面指数(100)的硅材料衬底的其中一 种。
3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，步骤a包括利用金属薄膜生长工艺 在所述硅片表面淀积单层均勻的Al薄膜。
4.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，步骤a包括利用金属薄膜生长工艺在所述硅片表面先淀积单层均勻Al薄膜；以及再于所述Al薄膜上淀积单层均勻的Ag薄膜。
5.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述Al薄膜的厚度为2 lOnm。
6.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述Al薄膜的厚度为2 lOnm，所 述Ag薄膜的厚度为2 8nm。
7.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，步骤b包括将淀积有金属薄膜的硅 片置于快速热退火炉中，并通入惰性气体作为保护气氛，退火时间为10 30s，温度可根据 退火时间设为500 700°C。
8.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，步骤c包括将热退火后的硅片置 于防腐蚀容器中，利用氢氟酸与双氧水混合液进行腐蚀，温度为O 40°C，时间为30min 5h。
9.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，步骤d包括利用硝酸溶液将硅片进行浸泡，以去除硅片表面的金属层；以及利用氢氟酸溶液漂洗硅片表面的氧化物。
10.一种根据上述权利要求其中任一项所述的形成方法形成的太阳能电池减反结构。
11.一种包括根据上述权利要求10所述的减反结构的太阳能电池。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能电池减反结构的形成方法，首先在太阳能电池硅片表面进行金属薄膜淀积；然后，对淀积有金属薄膜的硅片进行快速热退火处理，将所述金属薄膜退火形成纳米催化颗粒；接着，利用湿法化学腐蚀热退火后的硅片，以形成太阳能电池的纳米减反结构；最后，清洗具有纳米减反结构的硅片，以去除残余金属。本发明可以形成具有纳米超低减反效果的太阳能电池的减反结构。本发明还公开了一种太阳能电池减反结构及具有该结构的太阳能电池。
文档编号H01L31/18GK102130210SQ20101061506
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘新宇, 岳会会, 李昊峰, 窦丙飞, 贾锐, 陈晨 申请人:中国科学院微电子研究所