权利要求
1.一种制备硅
太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供硅基底，所述硅基底包括受光面和背面;
将所述硅基底置于刻蚀液中，在所述硅基底的受光面侧上方设置具有窗口的第一掩膜，对所述硅基底进行第一光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面上形成第一织构化表面;
在所述第一织构化表面的上方设置第二掩膜，对所述硅基底进行第二光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面侧形成第二织构化表面，得到制绒后的硅基底;
所述第二织构化表面与所述第一织构化表面相邻且交替排布;
所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构，所述第一倒金字塔结构的深宽比小于所述第二倒金字塔结构的深宽比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一倒金字塔结构的深宽比为0.45-0.5;和/或，
所述第二倒金字塔结构的深宽比为0.55-0.6。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一倒金字塔结构的深宽比与所述第二倒金字塔结构的深宽比之比为1：(0.75-0.9)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一倒金字塔结构的平均深度为0.8-1.2μm;和/或，
所述第二倒金字塔结构的平均深度为1.0-1.5μm。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一光诱导刻蚀的条件包括：光源的光照强度为20000-45000lx;光源距硅片的距离为10-20cm;光照时间为10-25min;和/或，
所述第二光诱导刻蚀的条件包括：光源的光照强度为50000-80000lx，光源距硅片的距离为10-20cm，光照时间为5-20min;
所述光源选自氙光和白光中的一种或几种;
所述刻蚀液的温度为30-60℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述刻蚀液包括酸性试剂、金属离子和刻蚀剂;
所述刻蚀液中金属离子的浓度为0.5-3mol/L，酸性试剂的浓度为1-10mol/L，刻蚀剂的浓度为2-10mol/L;
所述酸性试剂选自盐酸、硫酸、硝酸、乙酸和柠檬酸中的一种或多种;
所述刻蚀剂为HF。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述窗口的宽度为130-150μm;和/或，
所述第一织构化表面的宽度为130-150μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：对所述硅基底进行第一光诱导刻蚀前，对所述硅基底进行双面抛光处理;或者，
在所述硅基底进行第二光诱导刻蚀后，对所述硅基底的背面进行抛光处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
在所述硅基底形成有织构化表面的受光面沉积形成第一本征层和第一掺杂层;
在所述硅基底的背面沉积形成第二本征层和第二掺杂层;
在所述第一掺杂层的表面形成第一透明导电膜层，以及在第二掺杂层的表面形成第二透明导电膜层;
在所述第一透明导电膜层的表面形成第一金属电极，在所述第二透明导电膜层的表面形成第二金属电极;
所述第一金属电极位于所述第一织构化表面的上方。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一织构化表面的宽度大于所述第一金属电极的宽度;
所述第一金属电极的宽度为120-140μm;
可选地，所述第一金属电极的宽度与所述第一织构化表面的宽度的差值为1-10μm。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述硅基底为N型硅基底;
所述第一掺杂层为N型掺杂层;
所述第二掺杂层为P型掺杂层。
12.采用权利要求1-11中任意一项所述的方法制备得到的太阳能电池。
13.一种太阳能电池，其特征在于，该太阳能
电池包括硅基底，所述硅基底具有相对的受光面和背面;所述硅基底的受光面包括相邻且间隔排布的第一织构化表面和第二织构化表面;所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构，所述第一倒金字塔结构的深宽比小于所述第二倒金字塔结构的深宽比;
优选地，所述第一倒金字塔结构的深宽比为0.45-0.5;和/或，所述第二倒金字塔结构的深宽比为0.55-0.6;
优选地，所述第一倒金字塔结构的平均深度为0.8-1.2μm;和/或，所述第二倒金字塔结构的平均深度为1.0-1.5μm。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其中，所述硅基底的受光面上依次层叠设置有第一本征钝化层、N型掺杂层和第一透明导电膜层;所述硅基底的背面依次层叠设置有第二本征钝化层、P型掺杂层和第二透明导电膜层;所述第一透明导电膜层上形成有第一金属电极，所述第二透明导电膜层上形成有第二金属电极，且所述第一金属电极位于所述第一织构化表面的上方。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于太阳能电池领域，具体地，涉及一种种制备硅太阳能电池的方法和太阳能电池。
背景技术
[0002]硅片表面制绒是制造晶硅太阳能电池的一个重要环节。在
电池片正面，良好的绒面结构不仅可以降低太阳光反射率，增加光的吸收，而且可以提高表面钝化以及电极接触等特性，从而提高载流子的收集效率。
[0003]通过制绒工艺将硅片表面加工成织构化绒面可以有效降低太阳能电池的光反射损失。现有技术在硅片表面制备绒面结构时，为了提升电池的短路电流，一般会增大电池的受光面积。然而，受光面积增大，也将导致金属栅线与织构化绒面的接触面积减少，从而影响太阳能电池的填充因子，导致电池的光电转换效率降低。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种高效制备太阳能电池的方法，并且能够在提升太阳能电池的受光面积的同时提高太阳能电池的填充因子。
[0005]为了实现上述目的，本发明一种制备硅太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：提供硅基底，所述硅基底包括受光面和背面;
[0006]将所述硅基底置于刻蚀液中，在所述硅基底的受光面侧上方设置具有窗口的第一掩膜，对所述硅基底进行第一光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面上形成第一织构化表面;
[0007]在所述第一织构化表面的上方设置第二掩膜，对所述硅基底进行第二光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面侧形成第二织构化表面，得到制绒后的硅基底;
[0008]所述第二织构化表面与所述第一织构化表面相邻且交替排布;
[0009]所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构，所述第一倒金字塔结构的深宽比小于所述第二倒金字塔结构的深宽比。
[0010]本发明的第二方面提供了采用本发明的第一方面所述的方法制备的太阳能电池。
[0011]本发明的第三方面一种太阳能电池，该太阳能电池包括硅基底，所述硅基底具有相对的受光面和背面;所述硅基底的受光面包括相邻且间隔排布的第一织构化表面和第二织构化表面;所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构，所述第一倒金字塔结构的深宽比小于所述第二倒金字塔结构的深宽比;优选地，所述第一倒金字塔结构的深宽比为0.45-0.5;和/或，所述第二倒金字塔结构的深宽比为0.55-0.6;优选地，所述第一倒金字塔结构的平均深度为0.8-1.2μm;和/或，所述第二倒金字塔结构的平均深度为1.0-1.5μm。
[0012]通过上述技术方案，本发明提供的方法无需图案化和沉积掩膜，在硅片的受光面上分别形成了倒金字塔深宽比较小的第一织构化表面和倒金字塔深宽比较大的受光绒面，第一织构化表面所在的区域适于后续制工艺中制备金属电极，可以提升短路电流和填充因子，从而可以提高电池片效率。
[0013]本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0014]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0015]图1是本发明一些实施例中进行第一光诱导刻蚀的实验装置示意图。
[0016]图2是本发明一些实施例中进行第二光诱导刻蚀的实验装置示意图。
[0017]图3是本发明一些实施例中制备的得到的制绒后的硅基底的结构示意图。
[0018]附图标记说明：
[0019]1、硅基底;2、第一掩膜;3、第一倒金字塔结构;4、第二掩膜;5、第二倒金字塔结构。
具体实施方式
[0020]以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0021]本发明的第一方面提供了一种制备硅太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：
[0022]提供硅基底，所述硅基底包括受光面和背面;
[0023]将所述硅基底置于刻蚀液中，在所述硅基底的受光面侧上方设置具有窗口的第一掩膜，对所述硅基底进行第一光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面上形成第一织构化表面;
[0024]在所述第一织构化表面的上方设置第二掩膜，对所述硅基底进行第二光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面侧形成第二织构化表面，得到制绒后的硅基底;
[0025]所述第二织构化表面与所述第一织构化表面相邻且交替排布;
[0026]所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构，所述第一倒金字塔结构的深宽比小于所述第二倒金字塔结构的深宽比。
[0027]本发明利用光照射在硅片的表面激发出电子和空穴，刻蚀液中的金属离子不断地转换为金属颗粒，而硅被氧化成二氧化硅并被刻蚀液中的HF刻蚀。随着硅的氧化和刻蚀，金属颗粒不断下陷至硅基底中，从而形成具有倒金字塔的织构化表面。本发明的方法无需在硅片的表面进行图案化和沉积掩膜，在硅片的受光面分别制备了高宽比较小的第一织构化表面和高宽比较大的第二织构化表面，第一织构化表面可用于在其上制备电极，从而同时提升电池的填充因子和短路电流。
[0028]本发明的方法通过将物理光照和湿法化学刻蚀相结合，无需在硅片上进行图案化和沉积掩膜，便能够在硅基底受光面上形成相邻且间隔排布的第一织构化表面和第二织构化表面。并且，刻蚀过程中不使用氧化剂，利用不同光照强度下MACE金属辅助刻蚀的速率不同导致倒金字塔的形貌存在差别，无光照区域则无法刻蚀，能够较准确地控制光诱导刻蚀的区域，制备工艺简单。其中，第一织构化表面具有深宽比较小的第一倒金字塔结构，更加扁平，可以增大与电极的接触面积和附着力;第二织构化表面中的倒金字塔深宽比更大，比表面积更大，有利于提升短路电流。
[0029]在一些实施方式中，第一光诱导刻蚀和/或第二光诱导刻蚀中，用于放置所述硅基底和所述刻蚀液装置的材料不与所述刻蚀液反应。
[0030]如图1所示，将硅基底1置于装有刻蚀液的装置中(此处省略用于容纳刻蚀液和硅基底的装置)中，在所述硅基底1的受光面侧上方设置第一掩膜2，所述第一掩膜2具有贯穿所述第一掩膜2的窗口，对所述硅基底进行第一光诱导刻蚀，光源设置在第一掩膜2远离所述硅基底1的一侧，光源提供的具有适宜光照强度的光透过开口垂直照射至硅基底上，从而引发光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面上形成第一织构化表面;所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构3。
[0031]如图2所示，在所述第一织构化表面的上方设置第二掩膜4，光源设置在第二掩膜4远离所述硅基底的一侧，用于形成受光绒面的硅基底的上方未设置第二掩膜4，对所述硅基底进行第二光诱导刻蚀，在所述硅基底的受光面侧形成第二织构化表面，得到制绒后的硅基底，参照图3，制绒后的硅基底上，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构5。
[0032]需要说明的是，本发明中所述的“具有窗口的第一掩膜”，是指设置在所述硅基底1的上方的第一掩膜上具有开口，所述开口贯穿所述第一掩膜，并且所述开口在所述硅基底上的投影区域用于在所述硅基底的受光面刻蚀形成第一织构化表面。具体地，所述第一掩膜可以是整块连续的掩膜版，也可以由多块子掩膜组成。具体地，所述第一掩膜和所述第二掩膜具有遮光的作用，所述第一掩膜和所述第二掩膜的材料不受限制，能够实现遮光作用即可。例如，在一些实施方式中，所述第一掩膜和所述第二掩膜的材料可以是氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、
多晶硅或不透光的金属、聚合物材料。
[0033]在本发明的一些实施方式中，所述硅基底可以是N型硅基底和P型硅基底。优选地，所述硅基底为具有较高少子寿命的N型掺杂硅基底，N型硅基底吸收太阳光并产生光生载流子(电子和空穴)。当太阳光照射到多晶硅层时，光子的能量激发硅原子，产生自由电子和空穴。
[0034]在本发明的一些具体实施方式中，所述硅基底为N型硅基底，且所述N型硅基底的厚度为80-120μm，电阻率为0.2-3Ω·cm。例如，N型硅基底的厚度可以为80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm、120μm，或者是前述范围内的任意数值，或者是前述范围中任意两者组成的范围。
[0035]其中，所述硅片为通过包括直拉单晶或铸锭单晶或多晶硅片，且所述硅片经过金刚线或砂浆切割形成100-250μm厚的硅片基底。可选地，所述硅片进行制绒前还通过槽式溶液进行预清洁处理，以去除硅片表面的有机污染物或其他大型颗粒。若硅片基底为铸锭单晶，在硅片上进行异质结工艺前还需要经过预处理以实现吸杂和使悬挂键饱和。
[0036]在一些具体的实施方式中，所述方法还包括：对所述硅基底进行第一光诱导刻蚀前，对所述硅基底进行双面抛光处理。其中，双面抛光处理可以采用槽式碱液抛光，以在硅片的双面形成抛光面，经清洗抛光处理后形成表面光滑的N型硅基底。在另外的一些实施方式中，所述方法还可以包括：在所述硅基底进行第二光诱导刻蚀后，对所述硅基底的背面进行抛光处理。硅基底的背面进行抛光处理可以采用链式装置。电池背面为抛光面可以增加光的背面反射率，降低表面复合损失，有利于钝化薄膜的沉积，从而提高钝化效果。用于抛光的碱液可以包括碱性试剂、添加剂和去离子水，碱性试剂为NaOH和/或KOH，添加剂可以为异丙醇(IPA)。具体地，NaOH、和/或KOH的质量分数分别可以为1-10wt%，IPA的质量分数可以为5-20wt%。
[0037]在一些实施方式中，所述第一倒金字塔结构的深宽比可以为0.45-0.5，可以增大与电极的接触面积和附着力。
[0038]在一些实施方式中，所述第一倒金字塔结构的平均深度可以为0.8-1.2μm。第一倒金字塔结构的平均深度较小时，与电极的接触面积更大，因此具有更低的接触电阻，得到的电池的填充因子更好。第一倒金字塔结构的平均宽度过大或过小，短路电流密度均有所降低。倒金字塔结构的平均深度过小时，例如为纳米级时，倒金字塔之间的重叠堆砌比较严重，棱角圆滑，而倒金字塔结构的平均深度过大时，织构表面倒金字塔大小相差较大，不利于光线的二次反射;适宜平均深度的倒金字塔结构大小均匀，且倒金字塔结构规整、棱角突出，故反射率最低。
[0039]在一些实施方式中，所述第二倒金字塔结构的深宽比可以为0.55-0.6，使得受光绒面具有合适的比表面积和反射率，有利于提升电池的短路电流和转换效率。
[0040]在一些实施方式中，所述第二倒金字塔结构的平均深度可以为1.0-1.5μm，以使硅基底的受光面具有较高的比表面积，提高电池的短路电流和转换效率。
[0041]在一些实施方式中，所述第一倒金字塔结构的深宽比与所述第二倒金字塔结构的深宽比之比为1：(0.75-0.9)。在所述第一倒金字塔结构和所述第二倒金字塔结构各自的深宽比满足前述条件的情况下，所述第一倒金字塔结构的深宽比为所述第二倒金字塔结构的深宽比的0.75-0.9时，具有该受光面绒面结构且背面为抛光面的硅基底制备的太阳能电池的填充因子和短路电流均得到了提升。
[0042]在一些实施方式中，其中，所述第一光诱导刻蚀的条件可以包括：光源的光照强度为20000-45000lx;光源距硅片的距离为10-20cm;光照时间为10-25min。第一光诱导刻蚀过程中，由于光强较低，刻蚀速率相对较慢，制备的倒金字塔绒面更加扁平和粗糙，深宽比较小。其余区域由于遮光掩膜的阻挡，没有光线照射，不产生倒金字塔结构。例如，所述第一光诱导刻蚀的光源的光照强度可以为20000lx、25000lx、30000lx、35000lx、40000lx、45000lx，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。例如，所述第一光诱导刻蚀的光源距硅片的距离可以为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。例如，所述第一光诱导刻蚀的时间可以为10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。其中，“光源距硅片的距离”是指光源距离硅片靠近光源一侧表面的距离。
[0043]在一些实施方式中，所述第二光诱导刻蚀的条件可以包括：光源的光照强度为50000-80000lx，光源距硅片的距离为10-20cm，光照时间为5-20min。受光区域使用光强较高的光源垂直照射，由于光强较高，使得硅基底深度方向上的刻蚀速率相对较快，制备的倒金字塔绒面高宽比较大。例如，所述第二光诱导刻蚀的光源的光照强度可以为50000lx、55000lx、60000lx、65000lx、70000lx、75000lx、80000lx，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。例如，所述第二光诱导刻蚀的光源距硅片的距离可以为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。例如，所述第二光诱导刻蚀的时间可以为5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。
[0044]本发明通过控制光照强度、光源与硅基底表面的距离以及刻蚀时间，可以分别在硅基底的局域得到具有适宜深宽比、适宜平均深度的倒金字塔结构。例如，光诱导刻蚀过程中，随着蚀刻时间的增加，绒面单晶硅片上形成的倒金字塔之间的堆砌更加严重，倒金字塔绒织构的顶角和棱边更加尖锐，在高温扩散过程会由于热应力的集中而造成金字塔谷底出现微小裂纹，在镀减反膜过程中造成膜厚不均匀或减反膜破裂，并且随着金倒字塔平均深度的增大，这种微裂纹和减反膜破裂的情况越严重，这些缺陷会增加少子在表面复合的机会，导致少子寿命逐渐降低。
[0045]在一些实施方式中，为了提高在各区域进行光诱导金属刻蚀的速率，所述光源可以选自氙光和白光的一种或几种。
[0046]在一些实施方式中，所述刻蚀液的温度为30-60℃。例如，所述刻蚀液的温度可以为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。
[0047]在一些实施方式中，所述刻蚀液包括酸性试剂、金属离子和刻蚀剂;具体地，所述刻蚀液中金属离子的浓度可以为0.5-3mol/L，酸性试剂的浓度可以为1-10mol/L，刻蚀剂的浓度可以为2-10mol/L。其中，所述刻蚀液中金属离子的浓度和刻蚀液的浓度可以根据所需形成的绒面结构进行调整。在一些本发明的具体实施方式中，所述金属离子可以为银离子和/或铜离子。
[0048]在一些具体实施方式中，所述酸性试剂可以选自盐酸、硫酸、硝酸、乙酸和柠檬酸中的一种或多种，以溶解金属离子。
[0049]在一些具体实施方式中，所述刻蚀剂可以为HF，以在光诱导作用下对硅基底进行各向异性刻蚀。
[0050]在一些实施方式中，所述窗口的宽度可以为130-150μm。例如，所述窗口的宽度可以为130μm、131μm、132μm、133μm、134μm、135μm、136μm、137μm、138μm、139μm、140μm、141μm、142μm、143μm、144μm、145μm、146μm、147μm、148μm、150μm，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。向硅基底的受光面侧进行光照时，由于第一掩膜上开设有窗口，光源产生的光通过第一掩膜上的窗口照射至硅基底上，从而引发光诱导刻蚀。由于无光照区域不会发生刻蚀，通过在硅基底受光面的上方设置遮光掩膜，可以控制在硅基底的受光面上发生刻蚀的区域。
[0051]在一些实施方式中，所述第一织构化表面的宽度可以为130-150μm。具体地，第一织构化表面的宽度大于在其上形成的金属电极的宽度。在一些实施方式中，所述第一金属电极的宽度与所述第一织构化表面的宽度的差值可以为1-10μm。需要说明的是，所述第一金属电极的宽度与所述第一织构化表面的宽度的差值，是指所述第一金属电极的整体宽度与所述第一织构化表面的整体的宽度的差值。
[0052]在一些实施方式中，所述方法还包括：将刻蚀后的硅基底置于金属消除剂中，以去除表面金属离子，然后将得到的硅片烘干。金属消除剂包括能够溶解金属的溶液，例如可以是HNO3溶液或HCl、H2O和H2O2的混合溶液。
[0053]在一些实施方式中，所述方法还包括：
[0054]在所述硅基底形成有织构化表面的受光面沉积形成第一本征层和第一掺杂层;
[0055]在所述硅基底的背面沉积形成第二本征层和第二掺杂层;
[0056]在所述第一掺杂层的表面形成第一透明导电膜层，以及在第二掺杂层的表面形成第二透明导电膜层;
[0057]在所述第一透明导电膜层的表面形成第一金属电极，在所述第二透明导电膜层的表面形成第二金属电极;
[0058]所述第一金属电极位于所述第一织构化表面的上方。
[0059]具体地，可以采用现有方法形成所述第一本征层和第一掺杂层，例如，形成第一本征层的气体可以包括
硅烷(SiH4)、H2和CH4的全部或几种的组合。
[0060]在一些具体的实施方式中，所述硅基底为N型硅基底;所述第一掺杂层为N型掺杂层;所述第二掺杂层为P型掺杂层。
[0061]具体地，所述第一掺杂层可以为N型微晶硅和/或N型非晶硅，形成第一掺杂层的气体可以包括含SiH4、H2、CO2、N2O和PH3的全部或几种的组合。
[0062]在一些实施方式中，所述第一本征层可以为本征非晶硅，所述第一本征钝化层的厚度可以为5-10nm。
[0063]在一些实施方式中，所述第一掺杂层的厚度可以为10-20nm。
[0064]在一些实施方式中，所述第一掺杂层中的有效掺杂浓度可以为1×1018-1×1020atoms/cm3。
[0065]具体地，可以采用现有方法形成所述第二本征层和第二掺杂层，例如，形成第二本征层的气体可以包括硅烷(SiH4)、H2和CH4的全部或几种的组合。具体地，所述第二掺杂层可以为P型微晶硅和/或P型非晶硅，形成第二掺杂层的气体可以包括含SiH4、H2、CO2、N2O、B2H6(乙硼烷)或TMB(三甲基硼)的全部或几种的组合。
[0066]在一些实施方式中，所述第二本征层可以为本征非晶硅，所述第二本征层的厚度可以为5-10nm。
[0067]在一些实施方式中，所述第二掺杂层的厚度可以为15-30nm。
[0068]在一些实施方式中，所述第二掺杂层中的有效掺杂浓度可以为1×1018-1×1020atoms/cm3。
[0069]在一些实施方式中，所述第一透明导电膜层和所述第二透明导电膜层各自的材料可以选自掺
铝氧化
锌透明导电薄膜、氧化铟
锡透明导电薄膜、掺钨氧化铟透明导电薄膜、掺氟的氧化锡透明导电薄膜和氢氧化铟透明导电薄膜中的一层或多层。在一些优选的实施方式中，所述第一透明导电膜层和所述第二透明导电膜层各自的材料可以为氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜。
[0070]在一些实施方式中，可以采用PVD全面积覆盖的方式形成所述第一透明导电膜层和所述第二透明导电膜层。PVD的靶材和掺杂材料可以根据需要进行调整，例如PVD采用的靶材可以为纯氧化铟，然后在工艺气体中通入掺杂气体，形成掺杂的氧化铟薄膜。
[0071]在一些实施方式中，所述第一透明导电膜层的厚度可以为40-100nm;所述第二透明导电膜层的厚度可以为70-120nm。
[0072]在一些实施方式中，可以采用丝网印刷、激光转印或者电镀等方式分别在第一透明导电膜层和第二透明导电膜层的预设位置上形成第一金属电极和第二金属电极。具体地，第一金属电极的宽度小于第一织构化表面的宽度。例如，在一些实施方式中，可以通过丝网印刷、激光转印的导电浆料的方式形成第一金属电极和/或第二金属电极，导电浆料可以选自低温银浆、低温铜浆和低温银包铜浆中的一种或几种。在一些实施方式中，可以通过电镀铝、银、铜和锡等中的一种或多种形成第一金属电极和/或第二金属电极。
[0073]在一些实施方式中，所述第一金属电极的宽度可以为120-140μm;第二金属电极的宽度可以为140-160μm。由于第一织构化表面中倒金字塔结构的深宽比更小，更加扁平和粗糙，电极宽度可以较背面的电极更小。
[0074]本发明还提供了采用本发明的第一方面所述的方法制备得到的太阳能电池。采用本发明的方法制备的太阳能电池的硅基底的受光面上分别形成了不同深宽比的倒金字塔结构，用于形成电极的织构化表面的倒金字塔结构的深宽比更小，有利于提升电流密度和填充因子。
[0075]在另一方面，本发明还涉及一种太阳能电池，该太阳能电池包括硅基底，所述硅基底具有相对的受光面和背面;所述硅基底的受光面包括相邻且间隔排布的第一织构化表面和第二织构化表面;所述第一织构化表面包括第一倒金字塔结构，所述第二织构化表面包括第二倒金字塔结构，所述第一倒金字塔结构的深宽比小于所述第二倒金字塔结构的深宽比。
[0076]在本发明的太阳能电池的一些实施方式中，所述第一倒金字塔结构的深宽比可以为0.45-0.5。例如，所述第一倒金字塔结构的深宽比可以为0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.5，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。第一倒金字塔结构的平均深度较小，与电极的接触面积更大，因此具有更低的接触电阻，得到的电池的填充因子更好。
[0077]在本发明的太阳能电池的一些实施方式中，所述第二倒金字塔结构的深宽比可以为0.55-0.6。例如，所述第二倒金字塔结构的深宽比可以为0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.6，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。
[0078]在本发明的太阳能电池的一些实施方式中，所述第一倒金字塔结构的平均深度可以为0.8-1.2μm。例如，所述第一倒金字塔结构的深度可以为0.8μm、0.82μm、0.84μm、0.86μm、0.88μm、0.90μm、0.92μm、0.94μm、0.96μm、0.98μm、1.0μm、1.02μm、1.04μm、1.06μm、1.08μm、1.10μm、1.12μm、1.14μm、1.16μm、1.18μm、1.20μm，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。
[0079]在本发明的太阳能电池的一些实施方式中，所述第二倒金字塔结构的平均深度可以为1.0-1.5μm。具有适宜深度的第二倒金字塔结构有利于提升硅片的比表面积，从而提升电池的转换效率。例如，所述第二倒金字塔结构的深度可以为1.0μm、1.02μm、1.04μm、1.06μm、1.08μm、1.10μm、1.12μm、1.14μm、1.16μm、1.18μm、1.20μm、1.22μm、1.24μm、1.26μm、1.28μm、1.30μm、1.32μm、1.34μm、1.36μm、1.38μm、1.40μm、1.42μm、1.44μm、1.46μm、1.48μm、1.50μm，或者是前述范围内的任意数值，或者是任意两者组成的范围。
[0080]在本发明的太阳能电池的一些实施方式中，所述太阳能电池为异质结太阳能电池，所述硅基底的受光面上依次层叠设置有第一本征钝化层、N型掺杂层和第一透明导电膜层;所述硅基底的背面依次层叠设置有第二本征钝化层、P型掺杂层和第二透明导电膜层;所述第一透明导电膜层上形成有第一金属电极，所述第二透明导电膜层上形成有第二金属电极，且所述第一金属电极位于所述第一织构化表面的上方。
[0081]下面通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
[0082]实施例1
[0083]本实施例用于说明本发明硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0084](1)提供N型硅基底;N型硅基底的厚度为110μm，电阻率为1.2Ω·cm;对硅基底进行清洗和双面抛光处理，得到表面光滑的N型硅基底;
[0085](2)将步骤(1)得到的N型硅基底浸泡于含有酸性刻蚀剂和金属离子的刻蚀液中，刻蚀液的温度为30℃;在硅基底受光面的上方设置具有窗口的第一遮光掩膜，并在第一遮光掩膜远离硅基底的一侧设置光源，使用光源垂直照射硅基底的受光面，对硅基底进行第一光诱导刻蚀，在硅基底的受光面上形成适于在其上制备金属电极的第一织构化表面;第一光诱导刻蚀的条件包括：光源为氙光，光源的光照强度为30000lx，光源距硅基底受光面的距离为15cm，光照时间为20min;刻蚀液包括酸性试剂HCl、刻蚀剂HF和铜离子，铜离子由硝酸铜提供;HCl的浓度为1.5mol/L，HF的浓度为2.5mol/L，铜离子的浓度为0.5mol/L;第一织构化表面中倒金字塔结构的深宽比为0.48，平均深度为0.95μm;沿硅基底的宽度方向，窗口的宽度为140μm，得到的第一织构化表面的宽度为140μm;
[0086](3)移除第一遮光掩膜，在第一织构化表面上方设置第二遮光掩膜，并在第一遮光掩膜远离硅基底的一侧设置光源，使用光源垂直照射硅基底的受光面，对硅基底进行第二光诱导刻蚀，在硅基底的受光面上形成与第一织构化表面相邻且间隔排布的第二织构化表面;第二织构化光诱导的条件包括：光源的光照强度为60000lx，光源距硅片的距离为15cm，光照时间为15min;第二织构化表面中倒金字塔结构的深宽比为0.57，平均深度为1.26μm;受光面的整体绒面反射率7.68%;
[0087](4)将刻蚀后的硅基底浸泡于金属消除剂中去除金属离子，烘干，得到制绒后的硅基底;金属消除剂为质量分数为40%的硝酸;
[0088](5)采用PECVD在硅基底的受光面侧依次沉积形成第一本征非晶硅层和N型掺杂层;第一本征非晶硅层厚度为7nm，N型掺杂层的厚度为16nm;
[0089](6)采用PECVD在硅基底的背面侧依次沉积形成第二本征非晶硅层和P型掺杂层;第一本征非晶硅层厚度为8nm，P型掺杂层的厚度为27nm;
[0090](7)分别在N型掺杂层的表面形成第一透明导电层(ITO)，以及在P型掺杂层的表面形成第二透明导电层(ITO);第一透明导电层的厚度为70nm，第二透明导电层的厚度为90nm;
[0091](8)采用丝网印刷在第一透明导电层上印刷银浆形成第一金属电极，以及在第二透明导电层上印刷银浆形成第二金属电极，第一金属电极位于第一织构化表面的上方;第一金属电极的宽度为130μm，第二金属电极的宽度为150μm。
[0092]实施例2
[0093]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第一光诱导刻蚀的光源的光照强度为20000lx。
[0094]实施例3
[0095]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第一光诱导刻蚀的光源的光照强度为35000lx。
[0096]实施例4
[0097]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第一光诱导刻蚀的光源的光照强度为40000lx。
[0098]实施例5
[0099]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第一光诱导刻蚀的光源的光照强度为45000lx。
[0100]实施例6
[0101]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第一光诱导刻蚀的光源距硅片的距离为20cm，光照时间为20min。
[0102]实施例7
[0103]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第二光诱导刻蚀的光源的光照强度为50000lx。
[0104]实施例8
[0105]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第二光诱导刻蚀的光源的光照强度为55000lx。
[0106]实施例9
[0107]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第二光诱导刻蚀的光源的光照强度为70000lx。
[0108]实施例10
[0109]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第二光诱导刻蚀的光源的光照强度为80000lx。
[0110]实施例11
[0111]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第二光诱导刻蚀的光源的光照强度为85000lx。
[0112]实施例12
[0113]本实施例制备硅太阳电池的方法参照实施例1，不同之处在于：进行第二光诱导刻蚀的光源距硅片的距离为10cm，光照时间为15min。
[0114]实施例13
[0115]本实施例制备硅太阳能电池的方法参照实施例1，不同之处在于：步骤(2)至步骤(3)中，分别在硅基底的受光面和背面设置遮光掩膜和光源，对硅基底进行双面制绒，使得硅基底背面的绒面结构同实施例1正面绒面一致。
[0116]对比例1
[0117]本对比例制备异质结太阳能电池的方法包括以下步骤：
[0118](1)提供N型硅基底;N型硅基底的厚度为110μm，电阻率为1.2Ω·cm;对硅基底进行清洗和双面抛光处理，得到表面光滑的N型硅基底;
[0119](2)将步骤(1)得到的N型硅基底置于温度为80℃碱性溶液中刻蚀20min，然后用去离子水清洗，在硅片的双面形成正金字塔绒面结构;碱性溶液包括1.75wt%KOH和5wt%IPA的混合溶液;绒面反射率10.42%;
[0120](3)用温度为25℃的酸性溶液对刻蚀后的硅基底进行酸洗;酸性溶液包括1.5wt%的HF、63wt%的HNO3和35.5wt%的CH3COOH;
[0121](4)采用PECVD在硅基底的受光面侧依次沉积形成第一本征非晶硅层和N型掺杂层;第一本征非晶硅层厚度为7nm，N型掺杂层的厚度为16nm;
[0122](5)采用PECVD在硅基底的背面侧依次沉积形成第二本征非晶硅层和P型掺杂层;第一本征非晶硅层厚度为8nm，P型掺杂层的厚度为27nm;
[0123](6)分别在N型掺杂层的表面形成第一透明导电层(ITO)，以及在P型掺杂层的表面形成第二透明导电层(ITO);第一透明导电层的厚度为70nm，第二透明导电层的厚度为90nm;
[0124](7)采用丝网印刷在第一透明导电层上印刷银浆形成第一金属电极，以及在第二透明导电层上印刷银浆形成第二金属电极，第一金属电极位于第一织构化表面的上方;第一金属电极的宽度为130μm，第二金属电极的宽度为150μm。
[0125]本对比例制备得到的太阳能电池的Voc、Jsc、FF、Eta分别为0.752V、39.385mA/cm2、84.783%、25.417%。
[0126]对比例2
[0127]本对比例制备硅太阳能电池的方法包括以下步骤：
[0128](1)提供N型硅基底;N型硅基底的厚度为110μm，电阻率为1.2Ω·cm;对硅基底进行清洗和双面抛光处理，得到表面光滑的N型硅基底;
[0129](2)将步骤(1)得到的N型硅基底浸泡于含有酸性刻蚀剂和金属离子的刻蚀液中，刻蚀液的温度为30℃;并在硅基底的受光面侧设置光源，使用光源垂直照射硅基底的受光面，对硅基底进行光诱导刻蚀;光诱导刻蚀的条件包括：光源为氙光，光源的光照强度为30000lx，光源距硅基底受光面的距离为15cm，光照时间为20min;刻蚀液包括酸性试剂HCl、刻蚀剂HF和铜离子，铜离子由硝酸铜提供;HCl的浓度为1.5mol/L，HF的浓度为2.5mol/L，铜离子的浓度为0.5mol/L;
[0130](3)将刻蚀后的硅基底浸泡于金属消除剂中去除金属离子，烘干，得到制绒后的硅基底;金属消除剂为质量分数为40%的硝酸;
[0131](4)采用PECVD在硅基底的受光面侧依次沉积形成第一本征非晶硅层和N型掺杂层;第一本征非晶硅层厚度为7nm，N型掺杂层的厚度为16nm;
[0132](5)采用PECVD在硅基底的背面侧依次沉积形成第二本征非晶硅层和P型掺杂层;第一本征非晶硅层厚度为8nm，P型掺杂层的厚度为27nm;
[0133](6)分别在N型掺杂层的表面形成第一透明导电层(ITO)，以及在P型掺杂层的表面形成第二透明导电层(ITO);第一透明导电层的厚度为70nm，第二透明导电层的厚度为90nm;
[0134](7)采用丝网印刷在第一透明导电层上印刷银浆形成第一金属电极，以及在第二透明导电层上印刷银浆形成第二金属电极，第一金属电极位于第一织构化表面的上方;第一金属电极的宽度为130μm，第二金属电极的宽度为150μm。
[0135]对比例3
[0136]本对比例制备硅太阳能电池的方法参照对比例2，不同之处在于：步骤(2)中，对硅基底进行光诱导刻蚀的光源的光照强度为60000lx。
[0137]对比例4
[0138]本对比例制备硅太阳能电池的方法参照对比例2，不同之处在于：步骤(2)中，对硅基底进行光诱导刻蚀的光源的光照强度为40000lx。
[0139]统计实施例1-12中第一织构化表面和第二织构化表面绒面倒金字塔的尺寸，结果如表1所示。
[0140]表1
[0141]
[0142]
[0143]测试实施例1-13和对比例1-4制备得到的太阳能电池的性能，并将实施例1-13和对比例2-4中太阳能电池的性能与对比例1太阳能电池的性能进行比较，结果如表2所示。
[0144]表2
[0145]
[0146]
[0147]根据上表中的数据可以发现，与现有槽式制绒方法相比，本发明制备的太阳能电池同时具有较高的填充因子和较大的短路电流，电池的转换效率高。
[0148]根据实施例13可知，电池背面为抛光面增加了光的背面反射率，有利于提高钝化效果，从而提高电池开路电压和转换效率。
[0149]通过对比例2和对比例3中的数据可以发现，如果硅基底受光面侧均刻蚀形成较大深宽比的倒金字塔结构，与对比例1相比，虽然能够明显提升短路电流，但电池的填充因子提升效果不明显;而如果硅基底受光面侧均刻蚀形成较小深宽比的倒金字塔结构，与对比例1相比，虽然能够明显提升电池的填充因子，但短路电流提升效果不明显。
[0150]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0151]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0152]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
说明书附图(3)
声明：
“制备硅太阳能电池的方法和太阳能电池” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
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