一种激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳电池领域，是一种涉及硅微米柱阵列制备以及多种气相沉积技术与激光刻蚀技术结合的新型高效a-Si/c-Si太阳电池。
【背景技术】
[0002]近年来，能源紧缺问题和全球变暖的环境问题日益严重，人类对清洁的可再生能源需求空前急切。光伏太阳能是一种重要的可再生能源，具有能源广泛，地域限制少，安全可靠等诸多优势。
[0003]自1954年第一块硅太阳电池应用至今，太阳电池经过了第一代单晶硅太阳电池，第二代薄膜电池的发展，但是当前高的发电成本仍然严重限制太阳电池的进一步广泛应用，因此从目前光伏太阳电池的发展来看，其技术发展趋势是成本降低，效率提高。
[0004]径向结电池相对于平面结电池，可以有效的对载流子进行分离、降低光生载流子的复合几率，能够有效提高太阳电池的短路电流。本发明采用光刻结合ICP刻蚀技术制备大面积硅微米柱阵列，具有一定程度的减反陷光效果，300-1200nm平均反射率可低至15%，相对于平面娃的36%左右有明显改善；激光烧蚀形成电极图案结合丝网印刷精确对准丝印电极，可显著改善硅基微纳结构电极接触问题；本征非晶硅对晶硅表面可以实现良好的钝化效果，c-Si/a-Si异质结具有较传统晶硅电池更高的开路电压；在此基础上形成的异质结，解决了原有平面结电池的结构问题，有效提高短路电流。这种电池结构具有较低的反射率、增强光吸收，电极接触明显改善、填充因子得到提高，径向异质结具有高的开路电压同时还能有效降低载流子的复合，最终转换为光电流，实现更高的电池效率。
【发明内容】
[0005]本发明旨在解决现有技术中的上述问题。本发明的目的是提出一种激光刻栅c-Si/a-Si径向异质结电池及其制备方法。
[0006]本发明实施例提出了一种微米结构激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结太阳电池的制备方法，包括以下步骤:
[0007]a)对N型双抛单晶硅衬底(201)进行清洗；
[0008]b)采用光刻工艺在单晶硅衬底上形成微米柱图形，此面称为正面；
[0009]c)在正面采用ICP刻蚀机进行刻蚀，形成硅微米柱阵列结构(203)；
[0010]d)去除步骤c)N型衬底残余光刻胶(202);
[0011]e)采用激光烧蚀对步骤d)得到的N型硅衬底正反两面进行刻蚀形成电极沟槽图案(204)；
[0012]f)对步骤e)对激光烧蚀电极沟槽图案(204)区进行清洗，去除激光烧蚀区损伤层及堆积物；
[0013]g)在步骤f) N型衬底的正反两面分别沉积本征非晶硅(1-a-Si) (205);
[0014]h)在步骤g) N型衬底有微米柱的正面沉积在P型非晶娃(p_a_Si) (206)，在另一面反面沉积N型非晶硅(n-a-Si) (207)；
[0015]i)采用PVD在步骤h)的N型衬底正反两面均沉积ITO (208)；
[0016]j)采用丝网印刷在步骤i)N型衬底正面对应的激光烧蚀形成的电极沟槽图案(204)内精确对准印刷Ag电极(209)，并烘烤，反面印刷全Ag电极，并烘烤。
[0017]根据本发明进一步的优选，所述的N型硅片进行清洗的步骤，是使用标准的RCA清洗流程对硅片进行清洗，之后去离子水清洗，氮气吹干。
[0018]根据本发明进一步的优选，所述的采用光刻工艺形成的微米柱图形的尺寸为2 μ m0
[0019]根据本发明进一步的优选，所述的采用光刻工艺形成微米柱图形的具体过程包括:
[0020]气相成底膜:采用六甲基二硅胺烷(HMDS)成底膜，温度200°C，时间20min ；，旋转涂胶:在N型衬底在硅片一面采用匀胶机将正胶(包括但不限于9912)均匀旋涂；前烘:匀胶之后的硅片在85°C _120°C下真空热板上烘烤30-60S ;对准曝光；显影；坚膜。
[0021]根据本发明进一步的优选，所述的ICP刻蚀形成的硅微米柱的长度为5 μπι。
[0022]根据本发明进一步的优选，所述的去除N型衬底表面残余光刻胶的具体过程包括:硅片在丙酮溶液中浸泡60min ;在酒精中浸泡1min ;去离子水冲洗10遍；氮气吹干。
[0023]根据本发明进一步的优选，所述的采用激光烧蚀对N型硅衬底两面进行刻蚀形成电极沟槽图案的步骤中，所用的激光波长为1064nm、532nm或355nm。
[0024]根据本发明进一步的优选，所述的采用激光烧蚀对N型硅衬底两面进行刻蚀形成电极沟槽图案的步骤中，烧蚀宽度依据设计栅线的宽度而定，一般烧蚀宽度宽于栅线宽度15-25 μm0
[0025]根据本发明进一步的优选，所述的对激光烧蚀区进行清洗，去除激光烧蚀区损伤层及堆积物的步骤中，清洗的腐蚀液为稀的NaOH溶液，之后去离子水冲洗10遍，氮气吹干。
[0026]根据本发明进一步的优选，所述的在N型衬底两面分别沉积本征非晶硅(1-a-Si)的方法包括但不限于PECVD。
[0027]根据本发明进一步的优选，所述的在N型衬底两面分别沉积本征非晶硅(1-a-Si)的厚度为5-15nm0
[0028]根据本发明进一步的优选，所述的在N型衬底有微米柱的一面沉积在P型非晶硅(p-a-Si)，在另一面沉积N型非晶硅(n-a-Si)的方法包括但不限于PECVD。
[0029]根据本发明进一步的优选，所述的在N型衬底有微米柱的一面沉积在P型非晶硅(p-a-Si)，在另一面沉积N型非晶娃(n-a-Si)的厚度为10_20nm。
[0030]根据本发明进一步的优选，所述的采用PVD在硅片两面沉积ITO的方法包括但不限于磁控溅射。
[0031]根据本发明进一步的优选，所述的采用PVD在硅片两面沉积ITO的厚度分别为正面 70_90nm 和反面 150_250nm。
[0032]根据本发明进一步的优选，所述的采用丝网印刷在N型衬底正面面激光烧蚀形成的电极图案区域精确对准印刷Ag电极，并烘烤的步骤中，丝网印刷对准精度达到Ιμπι。
[0033]根据本发明进一步的优选，所述的烘烤的温度为150?200°C，时间为200?600so
[0034]本发明的激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池及其制备方法，能够制备尺寸均匀的微米柱阵列，在此基础结合上激光刻蚀技术以及气相沉积技术制备的径向异质结电池具有诸多优点。这种电池结构，由于微米柱阵列能够有效增加光的传播路径，有效降低反射率(反射率在15%左右)，因此可以显著提高晶硅材料的光吸收能力，激光烧蚀结合丝网印刷形成电极可以有效解决微纳结构电极接触问题，径向结结构(PN结与光入射方向垂直)改变了传统电池PN结与光入射方向平行，载流子输运距离有效降低，载流子复合概率降低，提高载流子的输运能力，增加了光生电流，同时异质结构还具有高的开路电压，电池转换效率明显得到改善。
[0035]本发明的激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池及其制备方法，在部分与现有太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出了创新结构，并给出有效的制备方法，以提高太阳能电池的转换效率。
[0036]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。
【附图说明】
[0037]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:
[0038]图1为本发明实施例的激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池的制备方法流程图；
[0039]图2-图9为本发明实施例的激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池的各个制作阶段的示意图；
[0040]其中图2为光刻形成微米柱结构图形；
[0041]图3为采用ICP刻蚀形成硅微米柱结构(带有残余光刻胶)图形；
[0042]图4为去除光刻胶后的硅微米柱结构图形；
[0043]图5为采用激光烧蚀在硅微米柱衬底正面上制备电极图案后图形；
[0044]图6为在娃衬底两面沉积本征非晶娃后图形；
[0045]图7为在娃衬底正面沉积P型非晶娃，在背面沉积N型非晶娃后图形；
[0046]图8为在娃衬底两面沉积ITO后图形；
[0047]图9为丝网印刷电极后图形。
[0048]201单晶硅衬底、202光刻胶、203硅微米柱阵列结构、204电极沟槽图案、205本征非晶硅、206P型非晶硅、207N型非晶硅、208IT0、209Ag电极。
【具体实施方式】
[0049]本发明通常涉及一种激光刻栅a-Si/c-Si径向异质结电池及其制备方法。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，并不构成本发明的限制。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。
[0050]实施例1
[0051]参考图1和图2，图2和图1分别示出了根据本发明的实施例的激光刻栅C-Si/a-Si径向异质结电池及其制备方法的流程图。
[0052](I)在步骤101中，首先对N型单晶硅衬底201进行清洗。优选的，具体工艺流程为:1、将η型单晶硅衬底置于丙酮中超声清洗15min，去离子水冲洗10次；2将η型单晶硅衬底置于酒精中超声清洗15min，去离子水冲洗10次；3、将η型单晶硅衬底置于H2SO4 = H2O2=3:1的煮沸混合溶液中清洗lOmin，去离子水冲洗10次，5%的HF溶液中去除氧化层；4、将η型单晶硅衬底置于NH3.H2O:Η202:H2O = 1: 1:5混合溶液中中70-80 °C清洗lOmin，去离子水冲洗10次，5%的HF溶液中去除氧化层；5、将η型单晶硅衬底置于HC1:H202:H20 =1:1:6混合溶液中70-80°C清洗lOmin，去离子水冲洗10次，5%的HF溶液中去除氧化层。
[0053](2)接着在步骤102中，在η型单晶硅衬底201上采用光刻的方法制备光刻胶掩膜202，如图2所示。优选的，采用的光刻机为suss ΜΑ6，光刻胶选取型号为9912正性光刻胶，匀胶机在3000转下匀胶lmin，100°C下前烘60s，紫外曝光时间为5s，显影时间为60s，120°C下坚膜温度90s。光刻胶掩膜202的为圆柱形状，直径为2um，周期