專利名稱：微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅基太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池 及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能儲量巨大，清潔無污染，是一種取之不盡用之不竭的能源，被譽為21世紀 新興能源之首。利用半導體材料的光伏效應，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能是目前世界各國的 研究熱點，其中硅基太陽能電池由于原料儲量豐富，工藝技術(shù)成熟，成為太陽能發(fā)電技術(shù)的 首選。由于光電轉(zhuǎn)化效率仍然很低，導致硅基太陽能電池發(fā)電的單位成本居高不下，這成 為限制硅基太陽能電池應用和發(fā)展的最大問題。導致太陽能電池轉(zhuǎn)化效率低下的主要原 因有以下幾種迎光面反射率高，不能全部吸收入射太陽光；光照產(chǎn)生的載流子復合；低頻 段太陽光波穿透電池，被底電極吸收轉(zhuǎn)換成熱流失；電極接觸不良或設(shè)計不合理導致串聯(lián) 電阻增加，無法有效收集載流子電流。針對這些限制，許多研究人員進行了深入探索，采取 了一系列措施采用透明減反射膜、表面粗糙化(金字塔織構(gòu)表面、多孔硅表面等)等來降 低迎光面反射率；通過表面鈍化膜層、加背電場及控制摻雜濃度等手段減小載流子復合； 設(shè)計背反射結(jié)構(gòu)減小長波穿透；合理設(shè)計電極減小串聯(lián)電阻。這些措施將硅基太陽能電池 的光電轉(zhuǎn)化效率提高到了 25%。然而，基于λ/4入射波反射波相消原理的透明減反射膜 僅對固定波長太陽光具有明顯減反射效果，而粗糙化表面雖能在較寬頻譜范圍(250nm 1200nm)內(nèi)有效降低反射率，但在更低頻段反射率指標明顯惡化。太陽光光譜由紫外光區(qū) (0 0.40 μ m)，可見光區(qū)(0. 40 0. 76 μ m)及紅外光區(qū)(0. 76 ①μ m)三部分組成，它 們在整個太陽光光譜中所占總能量的百分數(shù)分別為8.3%、40.3%和51.4%。可見提高硅 基太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的有效途徑是擴展其對太陽光光譜有效吸收的范圍，尤其是對 紅外區(qū)光波的吸收。上世紀末，黑硅作為高深寬比刻蝕工藝的負效應首次被研究人員發(fā)現(xiàn)，由于 它對較寬頻譜范圍內(nèi)的太陽光具有良好的吸收效果，表面呈現(xiàn)黑色，故而被命名為“黑 硅”(Black Silicon)。黑硅結(jié)構(gòu)通常由納米尺度的柱體或者篩孔構(gòu)成，其尺寸與光波長度 相近，光線入射后會沿柱體或篩孔表面多次反射和吸收，從而具有很低的反射率。黑硅制備 工藝主要包括光刻膠微掩膜法、納米球光刻法、電子束光刻法(EBL)、聚焦離子束法(FIB) 和激光刻蝕法等。前兩種工藝需要刻蝕掩膜，增加了工藝成本和復雜性，且在微米尺度結(jié)構(gòu) 表面制作掩膜依然是一大技術(shù)難題，更為重要的是利用它們在微米尺度結(jié)構(gòu)上制作納米尺 度黑硅結(jié)構(gòu)時，會刻蝕去除大量微米尺度結(jié)構(gòu)，從而導致微米尺度結(jié)構(gòu)失效，甚至消失。而 后三種工藝雖然可以在微米尺度結(jié)構(gòu)上刻蝕形成納米尺度黑硅結(jié)構(gòu)，但單次工藝作用范圍 小，只適用于小尺寸加工，并不能滿足大尺寸如晶片(Wafer)級加工，而太陽能電池單元尺 寸通常大于IOcmX IOcm，且更為重要的是利用它們在微米尺度結(jié)構(gòu)上制作納米尺度黑硅結(jié) 構(gòu)時，由于微米尺度結(jié)構(gòu)表面的不平整和非均一性，很難在整個表面同時制備高深寬比高 密度納米尺度黑硅結(jié)構(gòu)。故而傳統(tǒng)制備黑硅工藝無法實現(xiàn)大面積高深寬比高密度微納復合結(jié)構(gòu)。人們將納米尺度的黑硅用于太陽能電池迎光面，希望利用其寬帶吸收特性提高光 電轉(zhuǎn)化效率，但實際效果遠遠低于預期，最高只獲得了 16. 8%的轉(zhuǎn)化效率，遠沒有基于微米 尺度的化學織構(gòu)(柵格、金字塔等)表面太陽能電池轉(zhuǎn)化效率高。造成這一現(xiàn)象的原因被 認為是納米尺度黑硅材料遷移率低、載流子壽命短、俄歇復合嚴重等。由于上述黑硅制備工 藝的限制，無法大面積實現(xiàn)高密度高深寬比微納復合結(jié)構(gòu)，目前的研究都將納米尺度黑硅 材料取代微米尺度的化學織構(gòu)表面，直接在硅基襯底上刻蝕形成黑硅迎光面，導致這些問 題特別突出，極大地制約了黑硅太陽能電池效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制備方法，以解決傳 統(tǒng)硅基太陽能電池吸收光譜范圍窄，無法有效吸收和轉(zhuǎn)化1. 2μπι以上波長太陽光，及基于 納米尺度黑硅結(jié)構(gòu)太陽能電池效率低下的問題。本發(fā)明一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池的一側(cè)設(shè)置有在硅基襯底上表面制作的 摻雜擴散層、在所述摻雜擴散層上腐蝕獲取的微米尺度吸光層；以及在所述微米尺度吸光 層上刻蝕獲得的納米尺度黑硅減反射層。上述太陽能電池，優(yōu)選所述納米尺度黑硅減反射層是直徑為50nm lOOOnm，高 度IOOnm lOOOOnm，間距IOOnm IOOOnm的硅錐，且納米尺度黑硅減反射層對波長范圍 200nm 3300nm的太陽光具有< 的反射率。上述太陽能電池，優(yōu)選所述微米尺度吸光層的特征尺寸為Iym 50μπι，具有類 球形、棱臺形、棱錐形或柱狀結(jié)構(gòu)陣列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)；或V形槽或U形槽的柵狀微 米尺度結(jié)構(gòu)。上述太陽能電池，優(yōu)選所述硅基襯底為單晶硅、多晶硅或無定形硅，其導電類型為 N型或P型，厚度為100 μ m 800 μ m。本發(fā)明還公開了一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制備方法，包括摻雜擴散層 制作步驟，在硅基襯底上表面制作摻雜擴散層；微米尺度吸光層制作步驟，在摻雜擴散層上 腐蝕獲得微米尺度吸光層；黑硅減反射層制作步驟，在所述微米尺度吸光層上刻蝕獲得納 米尺度黑硅減反射層。上述制備方法，優(yōu)選所述摻雜擴散層制作步驟進一步為通過熱擴散或離子注入， 在硅基襯底上表面制作摻雜擴散層，其導電類型與硅基襯底相反，形成PN結(jié)。上述制備方法，優(yōu)選所述微米尺度吸光層制作步驟進一步為通過化學或物理腐 蝕，在摻雜擴散層上制作微米尺度吸光層，該微米尺度吸光層是類球形或棱臺形或棱錐形 或柱狀結(jié)構(gòu)陣列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)，或V形槽或U形槽所形成的柵狀微米尺度結(jié)構(gòu)。上述制備方法，優(yōu)選所述黑硅減反射層制作步驟進一步為利用基于無掩膜深反 應離子刻蝕制備黑硅的工藝，直接在微米尺度吸光層上制作納米尺度黑硅減反射層。上述制備方法，優(yōu)選所述基于無掩膜深反應離子刻蝕制備黑硅的工藝包括如下步 驟采用等離子刻蝕或非等離子刻蝕對硅片表面進行粗糙化處理；對DRIE設(shè)備進行初始化 和等離子穩(wěn)定；控制所述DRIE制備黑硅的工藝參數(shù)，直接制備黑硅；其中，所述DRIE制備 黑硅的工藝參數(shù)包括線圈功率為800W 900W ；壓強為20mTorr 30mTorr ；刻蝕氣體SF6流量為20sccm 45sccm，鈍化氣體C4F8流量為30sccm 50sccm ；SF6和C4F8氣體流量比 為1 1 1 2 ；刻蝕平板功率為6W IOW ；鈍化平板功率為OW IW ；刻蝕/鈍化時間 比為IOs IOs 4s 4s ；刻蝕/鈍化循環(huán)60 200次；溫度為20°C 30°C。上述制備方法，優(yōu)選所述摻雜擴散層制作步驟與所述微米尺度吸光層制作步驟之 間還設(shè)置有重摻雜擴散區(qū)制作步驟，通過熱擴散或離子注入，在摻雜擴散層上制作正面重 摻雜擴散區(qū)，其導電類型與摻雜擴散層相同；在硅基襯底下表面制作背面重摻雜擴散區(qū)，其 導電類型與硅基襯底相同；氧化絕緣層制作步驟，通過熱氧化或淀積100 A 2000 A 二氧化硅或氮化硅，在硅基襯底下表面制作氧化絕緣層，同時在摻雜擴散層上制作掩膜，然 后光刻腐蝕得到圖形化掩膜，并在氧化絕緣層上制作氧化絕緣層通孔；并且，所述黑硅減反 射層制作步驟后還包括減反射層通孔和正面柵電極制作步驟，通過光刻腐蝕，在納米尺度 黑硅減反射層上刻蝕減反射層通孔，然后通過濺射或淀積，在納米尺度黑硅減反射層上制 作正面柵電極，通過減反射層通孔與正面重摻雜擴散區(qū)形成電接觸；背面反射電極金屬層 制作步驟，通過濺射或淀積，在氧化絕緣層底部制作背面反射電極金屬層，通過氧化絕緣層 通孔與背面重摻雜擴散區(qū)形成電學接觸。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明充分利用了納米尺度黑硅材料的超寬帶低反射率特 性，與微米尺度吸光層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化效率高、開路電壓高等優(yōu)點相結(jié)合，在200nm 3300nm波長 范圍內(nèi)實現(xiàn)了 < 的極低反射率超寬帶硅基太陽能電池，在拓展對太陽光譜的吸收范圍 的前提下，能保持高的轉(zhuǎn)化效率。


圖1為本發(fā)明的微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的微納復合結(jié)構(gòu)的微米尺度吸光層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的微納復合結(jié)構(gòu)的納米尺度黑硅減反射層結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為采用無掩膜DRIE工藝制備的一種納米尺度黑硅減反射層的吸收光譜測試 圖；圖5為采用無掩膜DRIE工藝制備的幾種微納復合結(jié)構(gòu)實際效果圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。參照圖1，圖1為本發(fā)明的微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所述的各 個結(jié)構(gòu)分別為納米尺度黑硅減反射層1、減反射層通孔1-1，微米尺度吸光層2，摻雜擴散 層3，正面重摻雜擴散區(qū)4-1、背面重摻雜擴散區(qū)4-2，硅基襯底5，氧化絕緣層6、氧化絕緣層 通孔6-1，正面柵電極7，背面反射電極金屬層8。其中納米尺度黑硅減反射層1制作于微米尺度吸光層2上，是直徑為50nm lOOOnm， 高度IOOnm lOOOOnm，間距IOOnm IOOOnm的硅錐，該納米尺度黑硅減反射層1對波長范 圍200nm 3300nm的太陽光具有< 的反射率。微米尺度吸光層2制作于硅基襯底5上，是類球形、棱臺形、棱錐形或柱狀結(jié)構(gòu)陣 列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)或“V”形槽或“U”形槽的柵狀的微米尺度結(jié)構(gòu)，其特征尺寸為1 μ m 50 μ m0硅基襯底5為單晶硅或多晶硅或無定形硅，其導電類型為N型或P型，厚度為 ΙΟΟμ800μ ο摻雜擴散層3是采用硼或銻摻雜形成的P型擴散層，或采用磷或砷摻雜形成的N 型擴散層，厚度為0. 5μπι 50μπι，摻雜濃度為IO17 IO19cnT3。正面重摻雜擴散區(qū)4-1和背面重摻雜擴散區(qū)4-2是采用硼或銻摻雜形成的P型擴 散區(qū)，或采用磷或砷摻雜形成的N型擴散區(qū)，厚度為0. 01 μ m 10 μ m，摻雜濃度為IO19 1020Cm_3。氧化絕緣層6制作于硅基襯底5底部，是二氧化硅或氮化硅，厚度為
100 A 2000 A。正面柵電極7制作于納米尺度黑硅減反射層1上，為導電金屬材料，寬度為 0. 5 μ m 5 μ m，0. 5 μ m ~ 5 μ m, 巨 100 μ m ~ 500 μ m。背面反射電極金屬層8制作于氧化絕緣層6底部，為鋁或銀，厚度為5 μ m 50 μ m0減反射層通孔1-1制作于納米尺度黑硅減反射1層上，為邊長1 μ m 10 μ m的通 孔，間距ΙΟμπι 100 μ m。氧化絕緣層通孔6-1制作于氧化絕緣層6上，為邊長1 μ m 10 μ m的通孔，間距 10 μ m 100 μ m。該太陽能電池結(jié)構(gòu)將微米尺度結(jié)構(gòu)高吸光率和轉(zhuǎn)化率特性，與納米尺度黑硅結(jié)構(gòu) 的超寬帶極低反射率和自清潔特性相結(jié)合，從而解決傳統(tǒng)硅基太陽能電池吸收光譜范圍 窄，無法有效吸收和轉(zhuǎn)化1. 2μπι以上波長太陽光，及基于納米尺度黑硅結(jié)構(gòu)太陽能電池效 率低下的問題。下面對圖1所示結(jié)構(gòu)的制備方法具體介紹如下步驟SllO 通過熱擴散或離子注入，在硅基襯底5上表面制作摻雜擴散層3，其導 電類型與硅基襯底5相反，形成PN結(jié)，厚度為0. 5 μ m 50 μ m，摻雜濃度為IO17 IO1W30步驟S120 通過熱擴散或離子注入，在摻雜擴散層3上制作正面重摻雜擴散區(qū) 4-1，其導電類型與摻雜擴散層3相同；在硅基襯底5下表面制作背面重摻雜擴散區(qū)4-2， 其導電類型與硅基襯底5相同；正面重摻雜擴散區(qū)4-1和背面重摻雜擴散區(qū)4-2，厚度為 0. 01 μ m 10 μ m，摻雜濃度為 IO19 IO20CnT3。步驟S130 通過熱氧化或淀積100 A 2000 A二氧化硅或氮化硅，在硅基襯 底5下表面制作氧化絕緣層6，同時在摻雜擴散層3上制作掩膜，然后光刻腐蝕得到圖形 化掩膜，并在氧化絕緣層6上制作氧化絕緣層通孔6-1，為邊長1 μ m 10 μ m的通孔，間距 10 μ m 100 μ m。步驟S140 通過化學或物理腐蝕，在摻雜擴散層3上制作微米尺度吸光層2，是類 球形或棱臺形或棱錐形或柱狀結(jié)構(gòu)陣列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)，或“V”形槽或“U”形槽所 形成的柵狀微米尺度結(jié)構(gòu)，其特征尺寸為1 μ m 50 μ m。步驟S150 利用基于無掩膜深反應離子刻蝕(DRIE)制備黑硅的工藝，直接在微 米尺度吸光層2上制作納米尺度黑硅減反射層1，是直徑為50nm lOOOnm，高度IOOnm IOOOOnm,間距 IOOnm IOOOnm 的硅錐。
步驟S160 通過光刻腐蝕，在納米尺度黑硅減反射層1上刻蝕減反射層通孔1-1， 為邊長1 μ m 10 μ m的通孔，間距10 μ m 100 μ m。然后通過濺射或淀積，在納米尺度黑硅減反射層1上制作正面柵電極7，為導電 金屬材料，通過減反射層通孔1-1與正面重摻雜擴散區(qū)4-1形成電接觸，寬度為0. 5 μ m 5 μ m, 0· 5 μ m 5 μ m。步驟S170 通過濺射或淀積，在氧化絕緣層6底部制作背面反射電極金屬層8，通 過氧化絕緣層通孔6-1與背面重摻雜擴散區(qū)4-2形成電學接觸，為鋁或銀，厚度為5 μ m 50 μ m0上述方案中，步驟S150中所述基于無掩膜深反應離子刻蝕(DRIE)制備黑硅的工 藝，包括以下步驟采用等離子刻蝕或非等離子刻蝕對硅片表面進行粗糙化處理；對DRIE 設(shè)備進行初始化和等離子穩(wěn)定；控制所述DRIE制備黑硅的工藝參數(shù)，直接制備黑硅。DRIE 制備黑硅的工藝參數(shù)包括線圈功率為800W 900W ；壓強為20mTorr 30mTorr ；刻蝕氣 體SF6流量為20sccm 45sccm，鈍化氣體C4F8流量為30sccm 50sccm(SF6和C4F8氣體流 量比為1 1 1 2)；刻蝕平板功率為6W IOW ；鈍化平板功率為OW IW ；刻蝕/鈍化 時間比為IOs IOs 4s 4s ；刻蝕/鈍化循環(huán)60 200次；溫度為20°C 30°C。參照圖2，圖2為本發(fā)明的微納復合結(jié)構(gòu)的微米尺度吸光層結(jié)構(gòu)示意圖。上述步驟 S140中所述類球形結(jié)構(gòu)陣列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)見圖2a所示，其直徑為1 μ m 50 μ m， 中心距為3 μ m 150 μ m。上述步驟S140中所述“V”形槽所形成的柵狀微米尺度結(jié)構(gòu)，見 圖2b所示，其槽深為1 μ m 50 μ m，槽寬為1 μ m 50 μ m，間距1 μ m 50 μ m。參照圖3，圖3為本發(fā)明的微納復合結(jié)構(gòu)的納米尺度黑硅減反射層結(jié)構(gòu)示意圖。上 述步驟S150中所述納米尺度黑硅減反射層，采用基于無掩膜深反應離子刻蝕(DRIE)工藝 制備，具有無需掩膜，一步刻蝕實現(xiàn)大面積高密度高深寬比納米尺度黑硅結(jié)構(gòu)，此納米尺度 黑硅結(jié)構(gòu)為非均一性硅錐。參照圖4，圖4為采用無掩膜DRIE工藝制備的一種納米尺度黑硅減反射層的吸收 光譜測試圖。上述步驟S150中所述納米尺度黑硅減反射層，具有超寬帶極低反射率特性， 在200nm 3300nm波長的太陽光譜范圍內(nèi)，具有< 1 %的反射率。參照圖5，圖5為采用無掩膜DRIE工藝制備的微納復合結(jié)構(gòu)實際效果圖。其中， 圖5a為棱臺形陣列微納復合結(jié)構(gòu)，圖5b為柱狀陣列微納復合結(jié)構(gòu)，圖5c為“U”形槽所形 成柵狀微納復合結(jié)構(gòu)，圖5d為“V”形槽所形成柵狀微納復合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢為1、本發(fā)明提出的基于微納復合結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的太陽能電池結(jié)構(gòu)，由于采用無需掩 膜DRIE工藝，在不破壞原有微米尺度結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，生長納米尺度黑硅結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng) 黑硅加工工藝的限制，實現(xiàn)了大面積高密度高深寬比微納復合結(jié)構(gòu)。在微米尺度吸光層上 直接制作納米尺度黑硅減反射層，充分利用了納米尺度黑硅材料的超寬帶低反射率特性， 與微米尺度吸光層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化效率高、開路電壓高等優(yōu)點相結(jié)合，在200nm 3300nm波長范 圍內(nèi)實現(xiàn)了< 的極低反射率超寬帶硅基太陽能電池。解決了傳統(tǒng)黑硅太陽能電池結(jié)構(gòu) 中，將黑硅材料層代替微米尺度吸光層，雖然拓展了對太陽光譜的吸收范圍，但轉(zhuǎn)化效率低 的問題。2、本發(fā)明提出的基于微納復合結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的太陽能電池結(jié)構(gòu)，表面由微納復合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中微米尺度結(jié)構(gòu)增大了表面積體積比；而納米尺度黑硅減反射層，由于高密 度高深寬比(10 1 30 1)納米錐體的表面形貌，極大地增加了表面積體積比，因而 具有良好的超疏水特性；且由于所采用的DRIE工藝的鈍化環(huán)節(jié)，在納米錐體表面生成一 層IOOA IOOOA聚合物薄膜，進一步增大了其超疏水特性。因此本發(fā)明提出的基于微 納復合結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的太陽能電池結(jié)構(gòu)，具有極好的超疏水特性，其接觸角約為150° 160°，滾動角約為1° 3°，可實現(xiàn)自清潔功能，使得太陽能電池壽命長、適應惡劣環(huán)境 能力強，且維護簡單。3、本發(fā)明提出的制備方法，首先在硅基襯底上表面制作摻雜擴散層，然后在摻雜 擴散層上腐蝕實現(xiàn)微米尺度吸光層，最后在微米尺度吸光層上刻蝕實現(xiàn)納米尺度黑硅減反 射層。通過微米尺度和納米尺度兩次刻蝕，極大地減小了摻雜擴散層的厚度，從而極大地降 低了光生載流子的復合，增加光生電流；同時微米納米復合結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成密度梯度和反射 率梯度，使得進入太陽能電池表面的入射光經(jīng)多次反射和折射，幾乎全部被吸收。4、本發(fā)明提出的制備方法，步驟S130中所述生成二氧化硅或氮化硅，可直接作為 硅基襯底下表面氧化絕緣層和制作微米尺度吸光層結(jié)構(gòu)的刻蝕掩膜，且實現(xiàn)微米尺度吸光 層刻蝕后，該掩膜無需單獨工藝步驟腐蝕去除，可直接由制作納米尺度黑硅減反射層時所 采用的無掩膜DRIE工藝中的刻蝕環(huán)節(jié)直接去除，從而極大地簡化了太陽能電池的工藝步 驟，充分降低單位成本。5、本發(fā)明提出的制備方法，步驟S160中所述在在納米尺度黑硅減反射層上制作 正面柵電極，由于采用無掩膜DRIE工藝實現(xiàn)納米尺度黑硅減反射層，在DRIE工藝中的鈍化 環(huán)節(jié)中納米尺度黑硅減反射層表面淀積的聚合物薄膜，具有良好的絕緣性，可減小正面柵 電極與硅基襯底的接觸面積，從而減小串聯(lián)電阻、降低載流子復合，進一步提高轉(zhuǎn)化效率、 開路電壓和短路電流。而且與傳統(tǒng)太陽能電池制作過程中需單獨制作鈍化層相比，極大地 簡化了工藝步驟。以上對本發(fā)明所提供的一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制備方法進行詳細 介紹，本文中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù) 本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不 應理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在于，在太陽能電池的一側(cè)設(shè)置有在硅基襯底上表面制作的摻雜擴散層、在所述摻雜擴散層上腐蝕獲取的微米尺度吸光 層；以及在所述微米尺度吸光層上刻蝕獲得的納米尺度黑硅減反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述納米尺度黑硅減反射層是直徑為50nm lOOOnm，高度IOOnm lOOOOnm，間距 IOOnm IOOOnm的硅錐，且納米尺度黑硅減反射層對波長范圍200nm 3300nm的太陽光具有< 的反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于，所述微米尺度吸光層的特征尺 寸為Iym 50 μ m,具有類球形、棱臺形、棱錐形或柱狀結(jié)構(gòu)陣列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)；或 V形槽或U形槽的柵狀微米尺度結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，所述硅基襯底為單晶硅、多晶硅或 無定形硅，其導電類型為N型或P型，厚度為100 μ m 800 μ m。
5.一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括 摻雜擴散層制作步驟，在硅基襯底上表面制作摻雜擴散層；微米尺度吸光層制作步驟，在摻雜擴散層上腐蝕獲得微米尺度吸光層； 黑硅減反射層制作步驟，在所述微米尺度吸光層上刻蝕獲得納米尺度黑硅減反射層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述摻雜擴散層制作步驟進一步為 通過熱擴散或離子注入，在硅基襯底上表面制作摻雜擴散層，其導電類型與硅基襯底相反，形成PN結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述微米尺度吸光層制作步驟進 一步為通過化學或物理腐蝕，在摻雜擴散層上制作微米尺度吸光層，該微米尺度吸光層是 類球形或棱臺形或棱錐形或柱狀結(jié)構(gòu)陣列所形成的微米尺度結(jié)構(gòu)，或V形槽或U形槽 所形成的柵狀微米尺度結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述黑硅減反射層制作步驟進一步為利用基于無掩膜深反應離子刻蝕制備黑硅的工藝，直接在微米尺度吸光層上制作納米 尺度黑硅減反射層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述基于無掩膜深反應離子刻蝕制 備黑硅的工藝包括如下步驟采用等離子刻蝕或非等離子刻蝕對硅片表面進行粗糙化處理；對DRIE設(shè)備進行初始 化和等離子穩(wěn)定；控制所述DRIE制備黑硅的工藝參數(shù)，直接制備黑硅；其中，所述DRIE制 備黑硅的工藝參數(shù)包括線圈功率為800W 900W ；壓強為20mTorr 30mTorr ；刻蝕氣體SF6流量為20sccm 45sccm,鈍化氣體C4F8流量為30sccm 50sccm ；SF6和C4F8氣體流量比為1 1 1 2 ； 刻蝕平板功率為6W 10W ；鈍化平板功率為OW IW ；刻蝕/鈍化時間比為IOs IOs 4s 4s ；刻蝕/鈍化循環(huán)60 200次；溫度為20°C 30°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述摻雜擴散層制作步驟與所述微米尺度吸光層制作步驟之間還設(shè)置有重摻雜擴散區(qū)制作步驟，通過熱擴散或離子注入，在摻雜擴散層上制作正面重摻雜擴 散區(qū)，其導電類型與摻雜擴散層相同；在硅基襯底下表面制作背面重摻雜擴散區(qū)，其導電類 型與硅基襯底相同；氧化絕緣層制作步驟，通過熱氧化或淀積IOO A 2000 A 二氧化硅或氮化硅，在硅 基襯底下表面制作氧化絕緣層，同時在摻雜擴散層上制作掩膜，然后光刻腐蝕得到圖形化 掩膜，并在氧化絕緣層上制作氧化絕緣層通孔； 并且，所述黑硅減反射層制作步驟后還包括減反射層通孔和正面柵電極制作步驟，通過光刻腐蝕，在納米尺度黑硅減反射層上刻 蝕減反射層通孔，然后通過濺射或淀積，在納米尺度黑硅減反射層上制作正面柵電極，通過 減反射層通孔與正面重摻雜擴散區(qū)形成電接觸；背面反射電極金屬層制作步驟，通過濺射或淀積，在氧化絕緣層底部制作背面反射電 極金屬層，通過氧化絕緣層通孔與背面重摻雜擴散區(qū)形成電學接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制備方法。其中，該微納復合結(jié)構(gòu)的太陽能電池的一側(cè)設(shè)置有在硅基襯底上表面制作的摻雜擴散層、在所述摻雜擴散層上腐蝕獲取的微米尺度吸光層；以及在所述微米尺度吸光層上刻蝕獲得的納米尺度黑硅減反射層。本發(fā)明充分利用了納米尺度黑硅材料的超寬帶低反射率特性，與微米尺度吸光層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化效率高、開路電壓高等優(yōu)點相結(jié)合，在200nm～3300nm波長范圍內(nèi)實現(xiàn)了＜1％的極低反射率超寬帶硅基太陽能電池，在拓展對太陽光譜的吸收范圍的前提下，能保持高的轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號H01L31/18GK102117850SQ201010543460
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者張曉升, 張海霞, 朱福運, 邸千力 申請人:北京大學