全角度陷光绒面及晶硅太阳能电池的制备方法

本发明属于晶硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种全角度陷光绒面及晶硅太阳能电池的制备方法。

背景技术：

晶硅太阳能电池由于其成本较低、光电转换效率较高，同时也具有较高稳定性的特点，目前成为了市场主流的太阳能电池。近几年随着市场对晶硅太阳能电池的效率以及外观有更高的要求，如何提高光电转换效率以及解决外观“色差”影响成为了当下需要解决的问题。

单晶太阳能电池相比多晶太阳能电池这几年逐渐成为市场主流的晶硅电池，主要由于其成本降低以及相对较高的光电转换效率。目前产线上对于单晶太阳能电池表面的减反绒面(正金字塔绒面)主要通过两步法各项异性碱刻蚀形成，其表面反射率为11％左右。其正金字塔绒面虽能有效的吸收垂直入射到太阳能电池表面的光，但由于侧面反射率较高，在特定角度下会产生“反光”现象。这不仅会导致太阳能电池对光的利用率较低，而且会带来视觉角度上“色差”影响。当在室外发电时一则会导致在早晨还有傍晚时分太阳能电池组件对光的利用率较低，发电量降低；二则影响电池组件美观性。

目前为了解决单晶太阳能电池正金字塔绒面侧面发光的问题，大部分报道都是在硅片表面制备例如纳米“金字塔”、“凹坑+纳米线”或“金字塔+纳米线”微纳复合绒面可以解决这一问题，但此方法不可避免的会改变硅片表面形貌，增加比表面积导致表面复合增加。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种全角度陷光绒面及晶硅太阳能电池的制备方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全角度陷光绒面及晶硅太阳能电池的制备方法，其基于硅片表面介质层形成一种全角度陷光的绒面。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种全角度陷光绒面的制备方法，所述制备方法包括：

s1、采用碱刻蚀制绒工艺，在单晶硅片表面形成正金字塔结构绒面；

s2、在制绒后的单晶硅片表面沉积介质层；

s3、采用湿法沉积工艺，在介质层表面沉积金属纳米颗粒；

s4、采用退火工艺，对金属纳米颗粒进行修饰以形成金属掩膜颗粒；

s5、采用等离子体刻蚀工艺，以金属掩膜颗粒作为掩膜，对单晶硅片表面的介质层进行等离子体刻蚀；

s6、去除介质层表面残留的金属掩膜颗粒，形成全角度陷光绒面。

一实施例中，所述介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2、ito中的一种或多种；和/或，所述介质层的厚度为50～300nm。

一实施例中，所述步骤s3具体为：

将含有氟离子和铵根离子的溶液、含有金属离子的硝酸盐溶液、及去离子水混合得到混合溶液；

将沉积有介质层的单晶硅片放入混合溶液中，在70～90℃水浴下反应20～40min，在介质层表面均匀沉积一层金属纳米颗粒。

一实施例中，所述金属纳米颗粒的平均尺寸范围为5～10nm，平均间距为10～50nm。

一实施例中，所述步骤s4具体为：

将沉积有金属纳米颗粒的单晶硅片在空气气氛中进行退火，起始为室温，以2～4℃/min升至200℃后保持10～30min，再自然降温至室温。

一实施例中，所述金属掩膜颗粒的平均尺寸范围为50～100nm，平均间距为100～500nm。

一实施例中，所述步骤s5具体为：

将单晶硅片放入容性耦合等离子体发生装置中，并抽真空；

以金属掩膜颗粒作为掩膜，对单晶硅片表面的介质层进行等离子体刻蚀，放电气体为ar和sf6，ar和sf6的流量比为2:3～4:1，反应压强为1～5pa，射频频率为13.56～40.68mhz，射频功率为80～100w，偏压为-300～-200v，放电时间为1～5min。

一实施例中，所述步骤s6具体为：

将等离子体刻蚀后的单晶硅片放入硝酸与去离子水的混合溶液中进行超声反应，去除介质层表面残留的金属掩膜颗粒。

一实施例中，所述步骤s1还包括：

将具有正金字塔结构绒面的单晶硅片进行磷扩散制备pn结；

刻蚀去除边缘区域和/或背面psg层。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种晶硅太阳能电池的制备方法，所述晶硅太阳能电池的制备方法包括：

对采用如上述的制备方法制备的具有全角度陷光绒面的单晶硅片进行加工。

本发明具有以下有益效果：

本发明在具有正金字塔结构绒面的硅片上，通过等离子体刻蚀介质层的方式能够制备均匀的全角度陷光微纳复合绒面；

全角度陷光绒面能有效的解决单晶硅片侧面反光的问题，同时在保持原先介质层对硅片本身良好的钝化效应又不破坏硅片内部结构的前提下，充分利用了太阳光，提高了太阳能电池的光电转换效率，对当前晶硅太阳能电池产线具有很重要的参考和利用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明全角度陷光绒面的制备方法的流程示意图；

图2为本发明全角度陷光绒面的制备方法的工艺流程图；

图3为本发明一具体实施例中硅片表面氮化硅介质层的sem图；

图4为本发明一具体实施例中退火前氮化硅表面ag纳米颗粒的sem图；

图5为本发明一具体实施例中退火后氮化硅表面ag掩膜颗粒的sem图；

图6为本发明一具体实施例中最终单晶硅片表面全角度陷光绒面表面的sem图；

图7为本发明一具体实施例中最终单晶硅片表面全角度陷光绒面截面的sem图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1并结合图2所示，本发明公开了一种全角度陷光绒面的制备方法，包括：

s1、采用碱刻蚀制绒工艺，在单晶硅片表面形成正金字塔结构绒面；

s2、在制绒后的单晶硅片表面沉积介质层；

s3、采用湿法沉积工艺，在介质层表面沉积金属纳米颗粒；

s4、采用退火工艺，对金属纳米颗粒进行修饰以形成金属掩膜颗粒；

s5、采用等离子体刻蚀工艺，以金属掩膜颗粒作为掩膜，对单晶硅片表面的介质层进行等离子体刻蚀；

s6、去除介质层表面残留的金属掩膜颗粒，形成全角度陷光绒面。

其中，介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2、ito等中的一种或多种；介质层的厚度为50～300nm。

上述步骤s3具体为：

将含有氟离子和铵根离子的溶液、含有金属离子的硝酸盐溶液、及去离子水混合得到混合溶液；

将沉积有介质层的单晶硅片放入混合溶液中，在70～90℃水浴下反应20～40min，在介质层表面均匀沉积一层金属纳米颗粒。

其中，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为5～10nm，平均间距为10～50nm。

上述步骤s4具体为：

将沉积有金属纳米颗粒的单晶硅片在空气气氛中进行退火，起始为室温，以2～4℃/min升至200℃后保持10～30min，再自然降温至室温。

其中，金属掩膜颗粒的平均尺寸范围为50～100nm，平均间距为100～500nm。

上述步骤s5具体为：

将单晶硅片放入容性耦合等离子体发生装置中，并抽真空；

以金属掩膜颗粒作为掩膜，对单晶硅片表面的介质层进行等离子体刻蚀，放电气体为ar和sf6，ar和sf6的流量比为2:3～4:1，反应压强为1～5pa，射频频率为13.56～40.68mhz，射频功率为80～100w，偏压为-300～-200v，放电时间为1～5min。

上述步骤s6具体为：

将等离子体刻蚀后的单晶硅片放入硝酸与去离子水的混合溶液中进行超声反应，去除介质层表面残留的金属掩膜颗粒。

进一步地，步骤s1还包括：

将具有正金字塔结构绒面的单晶硅片进行磷扩散制备pn结；

刻蚀去除边缘区域和/或背面psg层。

本发明还公开了一种晶硅太阳能电池的制备方法，该晶硅太阳能电池的制备方法包括：

对采用如上述的制备方法制备的具有全角度陷光绒面的单晶硅片进行加工。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例中全角度陷光绒面的制备方法具体包括以下步骤：

1、采用碱刻蚀制绒工艺，在单晶硅片表面形成正金字塔结构绒面

实验采用的是p型单晶硅片，尺寸为157mm*157mm，厚度为175um，电阻率为0.5～2.0ω·cm。

首先将硅片经过rca清洗去掉表面灰尘、杂质等使表面洁净，之后将清洗完的硅片放入碱制绒槽里面刻蚀在其表面形成正金字塔结构绒面，使硅片能更充分的吸收和利用太阳光。

2、在制绒后的单晶硅片表面沉积介质层。

接着将制完正金字塔结构绒面的硅片进行磷扩散形成pn结，然后进行刻蚀去除边缘区域和背面psg层。最后将预处理完的单晶硅片经pecvd方式在其表面沉积～300nm厚度的氮化硅介质层，作为后续样品使用。

参图3所示为硅片表面氮化硅介质层的sem图，可以发现氮化硅层很好地与硅片接触在一起，并且整体还是呈正金字塔形状。

3、采用湿法沉积工艺，在介质层表面沉积金属纳米颗粒。

将覆盖～300nm氮化硅介质层的单晶硅片放入质量分数1％的nh4f、质量分数1％的agno3和去离子水的混合溶液中，在80℃水浴下反应30min，在氮化硅表面均匀沉积一层ag纳米颗粒，ag纳米颗粒的平均尺寸范围为5～10nm，平均间距为10～50nm。整个单晶硅片表面的颜色从深紫色过渡到绿色。

参图4所示为退火前氮化硅表面ag纳米颗粒的sem图，可以看出ag纳米颗粒均匀分布在氮化硅表面，并没有形成“塔尖聚集、两侧稀疏”现象。

4、采用退火工艺，对金属纳米颗粒进行修饰以形成金属掩膜颗粒。

将附着完ag纳米颗粒的单晶硅片放入空气箱式退火炉中，在空气气氛中进行退火，起始为室温25℃，然后以3℃/min升至200℃后保持15min，之后再自然降温，形成ag掩膜颗粒。该过程目的是对刚生长在氮化硅表面的ag纳米颗粒进行修饰使之达到需要的掩膜颗粒大小，退后后ag掩膜颗粒的平均尺寸范围为50～100nm，平均间距为100～500nm。

参图5所示为退火后氮化硅表面ag掩膜颗粒的sem图，可见，退火后ag掩膜颗粒的尺寸和间距均大于退火前ag纳米颗粒的尺寸和间距。

5、采用等离子体刻蚀工艺，以金属掩膜颗粒作为掩膜，对单晶硅片表面的介质层进行等离子体刻蚀。

本实施例中等离子体刻蚀采用的是容性耦合等离子体发生装置。

首先开盖放入之前退火完样品，关盖后使用机械泵+分子泵组合方式抽真空，真空度抽至1*10^-2pa左右。

之后通入纯度为99.99％的ar和sf6气体，ar和sf6的流量比为7：3，调节压强为3pa左右。打开连接至下极板的13.56mhz功率源，调节功率至90w左右，再调节匹配器使下极板偏压为-240v左右，开始等离子体刻蚀，放电时间在4min左右。

处理结束关闭机器开盖取样。

6、去除介质层表面残留的金属掩膜颗粒，形成全角度陷光绒面。

将等离子刻蚀完的样品放入质量分数10％的hno3与去离子水混合溶液中超声条件下反应180s，去除硅片表面的残留的ag掩膜颗粒，之后将清洗完的硅片烘干得到具有全角度陷光绒面的单晶硅片。

参图6所示为最终单晶硅片表面全角度陷光绒面表面的sem图，刻蚀的主要方向是沿竖直方向，由于ag掩膜颗粒的存在，在刻蚀的过程中没有覆盖ag掩膜颗粒的氮化硅区域被刻蚀掉，而被ag掩膜颗粒覆盖的区域则没有被刻蚀，这就形成了凹凸不平的坑状结构。

参图7所示为最终单晶硅片表面全角度陷光绒面截面的sem图，刻蚀后的氮化硅绒面分布很均匀且大小比较均一，形状类似“斜三角形”，另外硅片本身没有被刻蚀过程所破坏，避免了二次影响。这种微纳复合的氮化硅绒面有效的降低了电池片特定角度下“色差“影响，同时又更有效地利用了太阳光，对电池外表面美观性也有很大提升。

对上述具有全角度陷光绒面的单晶硅片进行加工制备晶硅太阳能电池的方法与现有晶硅太阳能电池工艺完全相同，此处不再进行赘述。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明在具有正金字塔结构绒面的硅片上，通过等离子体刻蚀介质层的方式能够制备均匀的全角度陷光微纳复合绒面；

全角度陷光绒面能有效的解决单晶硅片侧面反光的问题，同时在保持原先介质层对硅片本身良好的钝化效应又不破坏硅片内部结构的前提下，充分利用了太阳光，提高了太阳能电池的光电转换效率，对当前晶硅太阳能电池产线具有很重要的参考和利用价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。