專利名稱：一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，特別設(shè)計一種利用金屬納米顆粒的表面等離子激元效應(yīng)和絨面散射雙重吸收增強機制進(jìn)行陷光的用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)單晶硅太陽電池的制作過程中，利用擴散的方法在晶硅襯底上制作出摻雜pn結(jié)。為了提高太陽電池的性能和效率，需要盡可能多的吸收太陽光能。因此，在擴散工藝前會在晶硅襯底上制作絨面，通常是利用堿性腐蝕液(如K0H、Na0H等)對硅片表面進(jìn)行腐蝕而形成。但是，即便是通過表面制絨增加光在晶硅層中的散射來達(dá)到增加光吸收效率的目的，仍然有超過30%的光能由于空氣和晶硅界面折射率不匹配而通過反射損失掉。通過在擴散層上用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝沉積一層SiNx鈍化層，可以起到阻抗調(diào)整的作用，減小反射損耗。但由于該鈍化層的折射率依然較高，超過2，所以反射損耗的降低有限。利用金屬納米顆粒的表面等離子激元效應(yīng)，可以獲得令人滿意的陷光效果。特別是將不同材質(zhì)和尺寸的納米顆粒均勻混合，將大大拓展其等離子吸收峰的寬度，進(jìn)一步提高陷光效果。日本發(fā)明專利2009M6025-A1公開了一種薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)，直接采用金屬納米顆粒構(gòu)成的金屬層作為背電極。CN101866961A公開了一種太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，包括硅襯底、摻雜薄膜硅層、金屬納米結(jié)構(gòu)、透明電極，所述襯底為未制絨的。從光學(xué)吸收的角度，由于金屬納米顆粒形成的納米薄層的等效折射率很小，如果將其放置在單晶硅太陽電池中合適的位置，可以提高界面阻抗匹配關(guān)系，從而更好的減少光反射損耗。從載流子輸運角度，如果將金屬納米顆粒直接放置于結(jié)區(qū)附近，在光吸收增加的同時也提供了光生載流子的復(fù)合中心，界面復(fù)合損耗大大增加，反而降低了電池的效率。因此，如何實現(xiàn)對金屬納米顆粒優(yōu)異的陷光效應(yīng)的利用，同時又不引入額外的復(fù)合損耗，能夠提高單晶硅太陽電池的光吸收效率，且方法便捷可行，具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是結(jié)合目前傳統(tǒng)單晶硅太陽電池制作工藝，提出一種將金屬納米顆粒用于單晶硅太陽電池的復(fù)合陷光結(jié)構(gòu)。本發(fā)明充分考慮到現(xiàn)有單晶硅太陽電池的主流制備技術(shù)的特點，既能使單晶硅太陽電池獲得優(yōu)異的陷光效果，又無需引入額外的界面從而增加界面缺陷和載流子復(fù)合中心，同時從光學(xué)和電學(xué)兩個層面確保提高晶硅太陽電池的效率。—般而言，除了抗反射層之外，鈍化層的優(yōu)劣，是決定太陽能電池效率的重要關(guān)鍵。好的鈍化層可以與硅表面或缺陷處(如差排(Dislocation)晶界、點缺陷)的懸浮鍵(dangling bond)形成鍵結(jié)，有效降低電子空穴對在硅表面及缺陷處的再結(jié)合率(recombination rate)，進(jìn)而提高少數(shù)載流子的壽命(lifetime)，而達(dá)到提高太陽能電池效率的目的。本發(fā)明將金屬納米顆粒層直接沉積在單晶硅太陽電池表面鈍化層上，利用表面等離子激元效應(yīng)的長程作用增加了單晶硅層的光吸收，同時結(jié)合已存在的絨面結(jié)構(gòu)增加光線在單晶硅太陽能電池內(nèi)部的散射，進(jìn)一步提高光吸收。這樣，無需將金屬納米顆粒和單晶硅直接接觸，避免了引入額外的光生載流子的復(fù)合損耗。該鈍化層提高載流子的壽命，從而提高太陽電池的效率。利用本發(fā)明制備的單晶硅太陽電池能夠獲得高效率。本發(fā)明所述的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的單晶硅襯底，在所述單晶硅襯底上的摻雜層， 在所述摻雜層上的鈍化層，在所述鈍化層上的納米樹脂層以及在所述納米樹脂層內(nèi)的金屬納米顆粒層。由納米樹脂包裹的金屬納米顆粒層，可以顯著增強對金屬納米顆粒優(yōu)異的陷光效應(yīng)的利用，同時又不引入額外的復(fù)合損耗，能夠提高單晶硅太陽電池的光吸收效率該鈍化層為Si3N4鈍化層，其質(zhì)量密度為2. 3-2. 5g/cm3，折射率為2. 3-2. 4、且氫濃度為20-25原子％?；蛘?，所述的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的單晶硅襯底，在所述單晶硅襯底上的摻雜層， 在所述摻雜層上的鈍化層，在所述鈍化層上的金屬納米顆粒層。該鈍化層為Si3N4鈍化層， 其質(zhì)量密度為2. 3-2. 5g/cm3，折射率為2. 3-2. 4、且氫濃度為20-25原子％。在本發(fā)明的單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)中，可以在鈍化層和金屬納米顆粒層之間含有一層自組裝單分子層。通過實施本發(fā)明的陷光結(jié)構(gòu)后，可以增加光學(xué)吸收效率，同時不引入額外的界面復(fù)合損耗，從而獲得更好的電池性能。尤其是通過使用本發(fā)明的鈍化層，可有效解決對金屬納米顆粒優(yōu)異的陷光效應(yīng)的利用，同時又不引入額外的復(fù)合損耗，能夠提高單晶硅太陽電池的光吸收效率。所述鈍化層的沉積是使用本領(lǐng)域常用的PECVD技術(shù)進(jìn)行，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要推測出適當(dāng)?shù)墓に嚉怏w流速來沉積鈍化層。


圖1本發(fā)明所述的用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)示意圖；圖2實施例1中的陷光結(jié)構(gòu)示意圖；圖3實施例2中的陷光結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1納米樹脂層，2金屬納米顆粒層，3鈍化層，4摻雜層，5制絨的晶硅層。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如附圖1所示，本發(fā)明用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的晶硅襯底 (5)、在所述晶硅襯底(5)上的摻雜層(4)、在所述摻雜層(4)上的納米鈍化層(3)、在所述鈍化層⑶上的納米樹脂層⑴以及納米樹脂層⑴內(nèi)部的金屬納米顆粒(2)?；蛘?，所述的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的晶硅襯底(5)、在所述晶硅襯底(5)上的摻雜層(4)、在所述摻雜層(4)上的納米鈍化層(3)、在所述鈍化層(3)上的金屬納米顆粒層(2)。在本發(fā)明所述的單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)中，在所述鈍化層(3)和所述金屬納米顆粒層( 之間可以存在自組裝單分子層。實施例1如附圖2所示的一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，該陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的ρ 型晶硅襯底(5)，在所述ρ型晶硅襯底( 上的η型擴散摻雜層G)，形成ρη結(jié)；SiH4氣體以3. 5sccm的流量和NH3氣體以50sccm的流量、氫氣以82sccm的流量進(jìn)入PECVD沉積室， 在所述的η型擴散摻雜層上通過PECVD沉積一層厚度小于20納米的Si3N4鈍化層(3)，其質(zhì)量密度為2. 3g/cm3，折射率為2. 3、且氫濃度為20原子％。在所述鈍化層(；3)上涂覆一層含有金屬納米顆粒( 的厚度可控的樹脂層(1)。調(diào)節(jié)樹脂層的折射率介于空氣和Si3N4 鈍化層(3)之間，則可以進(jìn)一步減小反射損耗。金屬納米顆粒(2)可進(jìn)行表面處理以避免團聚。實施例2如圖3所示的一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，該陷光結(jié)構(gòu)包括p型晶硅襯底( ，在所述P型晶硅襯底( 上的η型擴散摻雜層(4)，形成ρη結(jié)；在所述的ρ型擴散摻雜層上通過PECVD沉積一層厚度小于20納米的Si3N4鈍化層(3)，在所述鈍化層( 上通過熱傳導(dǎo)熏蒸的方法沉積一層單分子層，起到提高粘附力的作用。將經(jīng)過表面修飾的金屬納米顆粒( 通過噴霧烘焙方法直接沉積到單分子層上。鈍化層的制備與實施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，涉及利用金屬納米顆粒的表面等離子激元效應(yīng)和絨面散射雙重吸收增強機制。其特征在于，所述的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的晶硅襯底 (5)、在所述晶硅襯底(5)上的摻雜層(4)、在所述摻雜層(4)上的納米鈍化層(3)、在所述鈍化層⑶上的納米樹脂層⑴以及納米樹脂層⑴內(nèi)部的金屬納米顆粒(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶體硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，該鈍化層為Si3N4鈍化層， 其質(zhì)量密度為2. 3-2. 5g/cm3，折射率為2. 3-2. 4、且氫濃度為20-25原子％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于晶體硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述鈍化層(3)和所述鈍化層(3)上的金屬納米顆粒層(2)之間進(jìn)一步含有一層自組裝單分子層。
4.一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，涉及利用金屬納米顆粒的表面等離子激元效應(yīng)和絨面散射雙重吸收增強機制。其特征在于，所述的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的晶硅襯底 (5)、在所述晶硅襯底(5)上的摻雜層(4)、在所述摻雜層(4)上的納米鈍化層(3)、在所述鈍化層(3)上的金屬納米顆粒層(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于晶體硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述鈍化層(3)和所述鈍化層(3)上的金屬納米顆粒層(2)之間進(jìn)一步含有一層自組裝單分子層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于晶體硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，該鈍化層為Si3N4鈍化層，其質(zhì)量密度為2. 3-2. 5g/cm3，折射率為2. 3-2. 4、且氫濃度為20-25原子％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于單晶硅太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)，涉及利用金屬納米顆粒的表面等離子激元效應(yīng)和絨面散射雙重吸收增強機制。其特征在于，所述的陷光結(jié)構(gòu)包括制絨的晶硅襯底(5)、在所述晶硅襯底(5)上的摻雜層(4)、在所述摻雜層(4)上的納米鈍化層(3)、在所述鈍化層(3)上的納米樹脂層(1)以及納米樹脂層(1)內(nèi)部的金屬納米顆粒(2)。本發(fā)明既能使單晶硅太陽電池獲得優(yōu)異的陷光效果，又無需引入額外的界面從而增加界面缺陷和載流子復(fù)合中心，同時從光學(xué)和電學(xué)兩個層面確保提高晶硅太陽電池的效率。
文檔編號H01L31/04GK102332477SQ201110212439
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者徐勇, 章圓圓, 符黎明, 陳培良 申請人:常州時創(chuàng)能源科技有限公司