本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體公開一種抗LID黑硅太陽(yáng)能高效電池及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
硅是世界上儲(chǔ)量最豐富的元素之一,廣泛的應(yīng)用于光電探測(cè)、光通信、微電子設(shè)備等重要領(lǐng)域。但是由于晶體硅的本身的性質(zhì),使得晶體硅表面對(duì)可見-紅外光的反射很高,極大的限制了硅基光電器件的靈敏度、可用波段范圍以及轉(zhuǎn)換效率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。近年來(lái),一種叫黑硅的微結(jié)構(gòu)硅引起了人們極大的關(guān)注,黑硅由于對(duì)可見-紅外光波段的光有著其極高的吸收,可以廣泛應(yīng)用于生物,紅外探測(cè),太陽(yáng)能電池,藥學(xué),微電子,農(nóng)業(yè)和安全檢測(cè)等方面。常規(guī)的晶體硅太陽(yáng)電池都是基于p 型摻硼硅晶體制造的,但這種電池存在著光衰減現(xiàn)象,該現(xiàn)象已經(jīng)成為制約高效太陽(yáng)電池發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。目前光衰減現(xiàn)象的性質(zhì)和機(jī)理還未完全清楚, 它是當(dāng)前國(guó)際上晶體硅太陽(yáng)電池材料和器件方向的研究熱點(diǎn)之一。光衰問題可以通過抑制光衰減的缺陷生成-硼氧復(fù)合體的方法來(lái)解決，抑制硼氧復(fù)合體的方法包括①降低氧含量②降低硼濃度③p型摻鎵硅晶體（鎵取代硼）④n型硅晶體（不含硼）⑤高溫?zé)崽幚恝尥鍝诫s（鍺、錫和碳）硅晶體。
目前制備黑硅的方法多種多樣,最具產(chǎn)業(yè)化的兩種方法為干法制絨RIE（Reactive Ion Etching）和濕法制絨MCCE(Met鋁Catalyzed Chemic鋁Etching)。采用RIE法或MCCE法制備黑硅納米陷光娥眼結(jié)構(gòu)可以顯著提高可見-紅外光波段的光譜吸收，但是由于黑硅制備過程中表面積的增大以及引入的缺陷，具有較高的表面復(fù)合速率和較低的少數(shù)載流子壽命，導(dǎo)致開路電壓下降、漏電增大，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率沒有顯著的提高。黑硅納米陷光娥眼結(jié)構(gòu)使形成的PN結(jié)結(jié)深不均勻，PN結(jié)淺結(jié)處硼和氧多數(shù)處于亞穩(wěn)態(tài)，容易形成硼氧復(fù)合體，導(dǎo)致光照衰減（LID）現(xiàn)象更加嚴(yán)重。同時(shí)，PN結(jié)淺結(jié)處容易燒穿，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的漏電現(xiàn)象更加嚴(yán)重。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：為解決以上問題提供一種增強(qiáng)光能吸收，提高光電轉(zhuǎn)換效率，減少電池漏電現(xiàn)象，具有抗LID和PID效果的抗LID黑硅太陽(yáng)能高效電池及其生產(chǎn)方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣的：
一種抗LID黑硅太陽(yáng)能高效電池，包括正、負(fù)電極和鋁背場(chǎng)，還包括P型硅片襯底和依次位于P型硅片襯底上的PN結(jié)、SiO2氧化膜、SiNx薄膜，所述PN結(jié)厚度均勻，所述SiNx薄膜包覆在SiO2氧化膜表面
進(jìn)一步地，所述P型硅片襯底一端平整，另一端呈陷光結(jié)構(gòu)，在其陷光結(jié)構(gòu)端端面為PN結(jié)；所述PN結(jié)外側(cè)、P型硅片襯底陷光結(jié)構(gòu)端外層為SiO2氧化膜；所述SiNx薄膜一端平整，另一端與所述P型硅片襯底陷光結(jié)構(gòu)端形成吻合設(shè)置。
進(jìn)一步地，所述P型硅片襯底純度大于99.9999%。
進(jìn)一步地，所述PN結(jié)深為0.1~10μm。
進(jìn)一步地，所述SiNx薄膜厚度為50~150nm。
上述一種抗LID黑硅太陽(yáng)能高效電池的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
（1）高陷光納米柱的制作，對(duì)P型硅片進(jìn)行RIE法或MCCE法處理制備高陷光納米柱；
（2）第一次擴(kuò)散，將硅片置于擴(kuò)散爐中，在保護(hù)氣體N2、O2氣氛下采用通入磷源工藝進(jìn)行擴(kuò)散；
（3）去除邊結(jié)和磷硅玻璃層；
（4）第二次擴(kuò)散，在擴(kuò)散爐中，利用O2作為擴(kuò)散源，在保護(hù)氣體N2氣氛下進(jìn)行擴(kuò)散；
（5）利用PEVCD設(shè)備對(duì)硅片進(jìn)行SiNx表面鈍化和減反薄膜沉積；
（6）制備電池負(fù)電極、正電極和鋁背場(chǎng)，完成抗LID黑硅太陽(yáng)能電池制備。
進(jìn)一步地，所述步驟（2）中氣體擴(kuò)散溫度為810~860℃。
進(jìn)一步地，所述步驟（3）中采用濕法刻蝕工藝去除邊結(jié)和磷硅玻璃層，依次經(jīng)過經(jīng)過混酸刻蝕槽、背面拋光、稀釋的氫氟酸、去離子水清洗處理，其中酸液濃度和堿液濃度保持不變。
進(jìn)一步地，所述步驟（4）中氣體擴(kuò)散溫度為600~800℃。
綜上所述，由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
1、利用RIE法或MCCE法形成黑硅納米陷光娥眼結(jié)構(gòu)，由于超低納米減反結(jié)構(gòu)陣列的獨(dú)特減反效果，增加了光能的吸收，有利于提高納米柱電池的轉(zhuǎn)化效率；
2、通過兩次擴(kuò)散，第一由于黑硅納米陷光娥眼結(jié)構(gòu)，通過再次擴(kuò)散促使磷再分布形成均勻的PN結(jié)表面，有效防止高陷光結(jié)構(gòu)凹陷部分PN結(jié)偏淺導(dǎo)致的光照衰減，具有抗LID效果；第二，提高了納米柱與電極的歐姆接觸特性，改善了黑硅納米陷光娥眼結(jié)構(gòu)與電極接觸的問題，減少太陽(yáng)能電池的漏電現(xiàn)象；第三，得到硅片表面摻雜濃度低，表面復(fù)合小，提高太陽(yáng)能電池的開路電壓，從而顯著提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；第四，在磷擴(kuò)散層表面形成二氧化硅氧化層鈍化膜，具有抗PID效果。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記：1、正電極；2、負(fù)電極；3、鋁背場(chǎng)；4、P型硅片襯底；5、PN結(jié)；6、SiO2氧化膜；7、SiNx薄膜。
具體實(shí)施方式
本說(shuō)明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說(shuō)明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
如圖1所示，一種抗LID黑硅太陽(yáng)能高效電池，包括正、負(fù)電極1、2和鋁背場(chǎng)3，還包括P型硅片襯底4和依次位于P型硅片襯底4上的PN結(jié)5、SiO2氧化膜6、SiNx薄膜7，所述P型硅片襯底4一端平整，另一端呈陷光結(jié)構(gòu)，在其陷光結(jié)構(gòu)端端面為PN結(jié)5，PN結(jié)5表面均勻,深度為0.1~1.0微米；所述PN結(jié)5外側(cè)、P型硅片襯底4陷光結(jié)構(gòu)端外層為SiO2氧化膜6，具有抗LID效果；所述SiNx薄膜7一端平整，另一端與所述P型硅片襯底4陷光結(jié)構(gòu)端形成吻合設(shè)置。 所述SiNx薄膜7厚度為50～150nm。
上述一種抗LID黑硅太陽(yáng)能高效電池的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
（1）高陷光納米柱的制作，所述P型硅片襯底4為純度大于99.9999％的太陽(yáng)能級(jí)硅襯底，P 型摻雜。MCCE（金屬催化化學(xué)腐蝕）方法制備高陷光納米柱，是在腐蝕時(shí)添加納米金屬顆粒催化劑，經(jīng)過混酸腐蝕處理、堿擴(kuò)孔處理、氫氟酸處理、及去離子水清洗過程，其間酸液濃度和堿液濃度保持不變。RIE（等離子制絨）法制備高陷光納米柱，是在真空環(huán)境中通入等離子制絨所需氣體，然后在硅片上施加負(fù)偏壓,將硅片直接浸沒在等離子體中,在硅片表面形成陷光納米結(jié)構(gòu)，最后對(duì)陷光納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行去損傷層處理；制絨處理完成后的硅片平均反射率5%～15%。
（2）第一次擴(kuò)散，對(duì)上述硅片進(jìn)行第一次磷擴(kuò)散處理，磷擴(kuò)散處理是傳統(tǒng)的擴(kuò)散工藝，包括預(yù)沉積、再推進(jìn)過程，磷擴(kuò)散為利用POCl3 作為磷擴(kuò)散源，在保護(hù)氣體N2、O2 氣氛下采用通入磷源工藝進(jìn)行擴(kuò)散。氣體擴(kuò)散溫度810℃～860℃。各氣體通量范圍如下：小N2：0～1.8slm；N2：2～ 20slm；O2：0～1.1slm。擴(kuò)散后的方塊電阻為50~150 歐姆，PN結(jié)5深為0.1~1.0 微米。
（3）去除邊結(jié)和磷硅玻璃層；利用濕法刻蝕工藝，經(jīng)過混酸刻蝕槽，將硅片進(jìn)行去邊處理，去除擴(kuò)散過程中可能造成的邊緣短路的部分，同時(shí)對(duì)硅片背面進(jìn)行拋光，然后用稀釋的氫氟酸處理，去除擴(kuò)散產(chǎn)生的磷硅玻璃層。最后用去離子水清洗。其間酸液濃度和堿液濃度保持不變。
（4）第二次擴(kuò)散，為了解決步驟（1）中通過RIE法或MCCE法處理制備的納米柱凹槽深度大，擴(kuò)散過程中凸起部分結(jié)深，凹槽結(jié)淺的PN結(jié)不均勻現(xiàn)象，需要進(jìn)行二次擴(kuò)散。二次擴(kuò)散是磷再分布及氧化層生成的過程，在硅片已擴(kuò)散的一面進(jìn)行氧擴(kuò)散。利用O2作為擴(kuò)散源，在保護(hù)氣體N2 氣氛下進(jìn)行擴(kuò)散，在磷擴(kuò)散層表面形成二氧化硅氧化層鈍化膜。二次擴(kuò)散溫度650℃～800℃，比一次擴(kuò)散溫度低。
（5）對(duì)硅片進(jìn)行SiNx表面鈍化和減反薄膜沉積，對(duì)硅片進(jìn)行SiNx表面鈍化和減反薄膜沉積，是利用PEVCD設(shè)備，在硅片的擴(kuò)散面沉積一層SiNx薄膜7，薄膜厚度為50～150nm。PEVCD完成后反射率0～15%。
（6）制備電池負(fù)電極、正電極和鋁背場(chǎng)，完成抗LID黑硅太陽(yáng)能電池制備。
上述實(shí)施例只是為了說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的實(shí)質(zhì)所作出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。