专利名称：一种太阳能电池光阳极的微纳复合结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及微纳加工领域，更具体地，涉及一种太阳能电池光阳极的微纳复合结构及其制备方法。
背景技术：
全球能源日益紧张，全球的科学家都在努力寻找可再生、洁净的新能源。传统化石能源地球储量有限，并且会导致严重的环境污染问题，特别是由于大量CO2气体的排放，使全球气候变暖，产生非常严重的后果。新能源的寻找变得极为重要，关系到整个人类的可持续发展。目前，太阳能、风能、水能、氢能等能源都是前景非常好的替代能源。尤其是太阳能，因其储量丰富，绿色无污染，广受人们青睐，各国政府也纷纷加大力度扶持太阳能光伏产业的发展，推进高效太阳能电池的研发。设计合理的太阳能电池光阳极结构对太阳能电池非常重要，这也是太阳能电池最重要的一个组成部分。 目前，已经有很多种光阳极结构被开发了出来，如硅纳米线阵列、多孔硅等等，开发出一种陷光能力强，载流子收集效率高的光阳极结构，是当前相关研究的一个热点和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使太阳能电池光电转换效率更高的太阳能电池光阳极的微纳复合结构。为实现上述目的，本发明提供了一种用于太阳能电池光阳极的微纳复合结构的制备方法，包括下述步骤SI :在硅片上匀胶并进行光刻，制作微尺度光刻胶圆盘图形；S2 以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀出微米级硅柱阵列；S3 :将带有微米级硅柱阵列的硅片采用SPM工艺清洗并去除微米级硅柱表面的氧化层；S4 :进行电化学镀在所述微米级硅柱表面镀一层银；S5:采用刻蚀剂进行金属催化刻蚀，在微米级硅柱表面制作纳米线并形成微纳复合结构；S6 :去除所述微米级硅柱表面残留的银，并对微纳复合结构进行掺杂使纳米线整体及微米级硅柱表面为N型。更进一步地,步骤S2中所述微米级娃柱直径为1μηι-100μηι。更进一步地，步骤S3中使用HF溶液浸泡去除微米级硅柱表面的氧化层，所述HF溶液的浓度为1%-10%，浸泡时间为lmin-5min。更进一步地，步骤S4中使用包含有HF和AgNO3的溶液进行电化学镀；HF的浓度为lmol/L_20mol/L, AgNO3 的浓度为 O. 001mol/L-0. 02mol/L,锻膜时间为 O. 5min_5min。更进一步地，步骤S5中所述刻蚀剂包括HF和H2O2的溶液，HF浓度为Imol/L-20mol/L, H2O2 浓度为 0. lmol/L-lmol/L，刻蚀时间为 lmin_30min。更进一步地，步骤S6中所使用的掺杂方法包括固态源扩散、液态源扩散或气态源扩散。本发明的目的还在于提供一种采用上述制备方法获得的太阳能电池光阳极的微纳复合结构，包括硅基底、在所述硅基底表面阵列分布的微米级硅柱和布满所述微米级硅柱表面的硅纳米线；微米级硅柱核心为P型，外壳为N型，硅纳米线为N型。本发明的另一目的还在于提供一种太阳能电池的制备方法，包括下述步骤 SI :在硅片上匀胶并进行光刻，制作微尺度光刻胶圆盘图形；S2 以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀出微米级硅柱阵列；S3 :将带有微米级硅柱阵列的硅片采用SPM工艺清洗并去除微米级硅柱表面的氧化层；S4 :进行电化学镀在所述微米级硅柱表面镀一层银；S5 :采用刻蚀剂进行金属催化刻蚀，在微米级硅柱表面制作纳米线并形成微纳复合结构；S6 :去除所述微米级硅柱表面残留的银，并对微纳复合结构进行掺杂使纳米线整体及微米级硅柱表面为N型；S7 :在硅片背面制作背电极。本发明的另一目的还在于提供一种采用上述方法获得的太阳能电池，包括硅基底、在所述硅基底表面阵列分布的微米级硅柱、布满所述微米级硅柱表面的硅纳米线和位于所述硅基底背面的背电极；微米级硅柱核心为P型，外壳为N型，硅纳米线为N型。本发明提供的用于太阳能电池光阳极的微纳复合结构中纳米线垂直于微米柱表面，表面积大，陷光能力强，尤其是径向的PN结结构设计，载流子收集效率高，适合制备高效率的太阳能电池。
图I为本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法流程图；图2为本发明实施例提供的太阳能电池的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例中制造用于太阳能电池光阳极的微纳复合结构的工艺方法包括下列具体步骤(I)在清洗干净的硅片上匀胶并进行光刻，制备出阵列分布的微尺度光刻胶圆盘图形，圆盘直径10微米，圆心间距20微米，直角分布；(2)以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀出直径10微米的硅柱阵列；(3)将硅片放入丙酮中超声lOmin，然后放入浓硫酸和双氧水的混合溶液(3 :1)中120°C煮lOmin，再用去离子水冲洗，这样使用SPM工艺将硅片清洗干净。
(4)在浓度为2%的HF溶液中浸泡硅片5min ；(5)将硅片放入包含有HF和AgNO3的溶液中进行电化学镀2min，在结构表面镀一层Ag，其中HF和AgNO3的浓度分别为2mol/L和O. 005mol/L ；(6)使用包含有HF和H2O2的溶液作为刻蚀剂进行金属催化刻蚀5min，在微米柱表面制备出硅纳米线，其中HF和H2O2的浓度分别为2mol/L和O. lmol/L ；(7)使用浓硝酸清洗硅片，去除表面残留的银；(8)使用固态源扩散法对微纳复合结构表面进 行掺杂，使硅纳米线及硅微米柱表面为N型。如图I所示，本发明实施例中制造太阳能电池的工艺方法包括下列具体步骤(I)在清洗干净的硅片上匀胶并进行光刻，制备出阵列分布的微尺度光刻胶圆盘图形，圆盘直径50微米，圆心间距50微米，直角分布；(2)以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀技术，刻蚀出直径50微米的硅柱阵列；(3)将硅片放入丙酮中超声lOmin，然后放入浓硫酸和双氧水的混合溶液(3 :1)中120°C煮lOmin，再用去离子水冲洗，这样使用SPM工艺将硅片清洗干净。(4)在浓度为10%的HF溶液中浸泡硅片Imin ；(5)将硅片放入包含有HF和AgN03的溶液中进行电化学镀5min，在结构表面镀一层Ag，其中HF和AgN03的浓度分别为IOmoI/L和O. 01mol/L ；(6)使用包含有HF和H2O2的溶液作为刻蚀剂进行金属催化刻蚀20min，在微米柱表面制备出硅纳米线，其中HF和H2O2的浓度分别为10mol/L和0. 5mol/L ；(7)使用浓硝酸清洗硅片，去除表面残留的银；(8)使用液态源扩散法对微纳复合结构表面进行掺杂，使硅纳米线及硅微米柱表面为N型。(9)在硅片背面溅射300nm Al，并在500°C退火lOmin，形成欧姆接触。在本发明实施例中，如图2所示，太阳能电池包括光阳极和背电极，其中光阳极为微纳复合结构，微纳复合结构包括娃基底、在娃基底表面阵列分布的微米级娃柱、布满微米级硅柱表面的硅纳米线；背电极位于硅基底背面；1为N型硅纳米线，2为硅微米线N型外壳，3为娃微米线P型核心,4为背电极。 本发明中，微米级硅柱表面布满硅纳米线，这种微纳米复合结构更加有利于太阳光的最大化吸收，特别是径向PN结的结构设计，可以将基于光电效应产生的电子空穴对进行有效的分离，产生电力，实现较高的光电转换效率。
权利要求
1.一种太阳能电池光阳极的微纳复合结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤 Si:在硅片上匀胶并进行光刻，制作微尺度光刻胶圆盘图形； 52:以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀出微米级硅柱阵列； 53:将带有微米级硅柱阵列的硅片采用SPMエ艺清洗并去除微米级硅柱表面的氧化层； 54:进行电化学镀在所述微米级硅柱表面镀ー层银； 55:采用刻蚀剂进行金属催化刻蚀，在微米级硅柱表面制作纳米线并形成微纳复合结构； 56:去除所述微米级硅柱表面残留的银，并对微纳复合结构进行掺杂使纳米线整体及微米级硅柱表面为N型。
2.如权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述微米级硅柱直径为I u m-100 u m。
3.如权利要求I所述的的制备方法，其特征在干，步骤S3中使用HF溶液浸泡去除微米级硅柱表面的氧化层，所述HF溶液的浓度为1%_10%，浸泡时间为lmin-5min。
4.如权利要求I所述的的制备方法，其特征在于，步骤S4中使用包含有HF和AgNO3的溶液进行电化学镀；HF的浓度为lmol/L-20mol/L，AgN03的浓度为0. 001mol/L-0. 02mol/L,锻膜时间为0. 5min_5min。
5.如权利要求I所述的的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述刻蚀剂包括HF和H2O2的溶液，HF浓度为 lmol/L-20mol/L,H2C^<^度为 0. lmol/L-lmol/L,刻蚀时间为 lmin_30min。
6.如权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中所使用的掺杂方法包括固态源扩散、液态源扩散或气态源扩散。
7.ー种采用权利要求1-6任一项所述的制备方法获得的太阳能电池光阳极的微纳复合结构，其特征在于，包括娃基底、在所述娃基底表面阵列分布的微米级娃柱和布满所述微米级硅柱表面的硅纳米线；所述微米级硅柱的核心为P型，外壳为N型，所述硅纳米线为N型。
8.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤 51:在硅片上匀胶并进行光刻，制作微尺度光刻胶圆盘图形； 52:以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀出微米级硅柱阵列； 53:将带有微米级硅柱阵列的硅片采用SPMエ艺清洗并去除微米级硅柱表面的氧化层； 54:进行电化学镀在所述微米级硅柱表面镀ー层银； 55:采用刻蚀剂进行金属催化刻蚀，在微米级硅柱表面制作纳米线并形成微纳复合结构； 56:去除所述微米级硅柱表面残留的银，并对微纳复合结构进行掺杂使纳米线整体及微米级硅柱表面为N型； 57:在硅片背面制作背电极。
9.ー种采用权利要求8所述的制备方法获得的太阳能电池，其特征在于，包括:硅基底、在所述硅基底表面阵列分布的微米级硅柱、布满所述微米级硅柱表面的硅纳米线和位于所述硅基底背面的背电极;所述微米级硅柱的核心为P型，外壳为N型，所述硅纳米线为N型。
全文摘要
本发明公开了一种用于太阳能电池光阳极的微纳复合结构及其制备方法，包括S1在硅片上匀胶并进行光刻，制作微尺度光刻胶圆盘图形；S2以光刻胶为掩膜，使用ICP干法刻蚀出微米级硅柱阵列；S3将带有微米级硅柱阵列的硅片采用SPM工艺清洗并去除微米级硅柱表面的氧化层；S4进行电化学镀在微米级硅柱表面镀一层银；S5采用刻蚀剂进行金属催化刻蚀，在微米级硅柱表面制作纳米线并形成微纳复合结构；S6去除微米级硅柱表面残留的银，并对微纳复合结构进行掺杂使纳米线整体及微米级硅柱表面为N型。本发明提供的微纳复合结构中纳米线垂直于微米柱表面，表面积大，陷光能力强，载流子收集效率高，适合制备高效率的太阳能电池。
文档编号H01L31/0224GK102738298SQ20121017938
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者史铁林, 夏奇, 孙博, 廖广兰, 张康, 汤自荣, 盛文军 申请人:华中科技大学