专利名称：一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法。
背景技术：
〃黑硅"(black silicon)是一种新电子材料。哈佛大学物理实验室研究人员用超短波、高强度激光脉冲扫描普通的硅片，经过500次脉冲扫描后，硅片呈黑色，研究人员将这种物质命名为“黑硅“。它对近0. 25um 2. 5u m的光，即紫外至近红外波段的光几乎全部吸收，具有良好的发光特性，非常适合用来取代目前硅基太阳能电池所使用的硅，不仅扩大吸收太阳能波长的范围，而且大大提高对太阳光能的利用。Iijima在1991年发现了碳纳米管(CNT)。它是石墨的一层或少数几层碳原子曲卷成的无缝、中空的结构。CNT具有良好的力学性能，它在某些特性方向表现出金属性，在其他方向表现出半导体性。它具有良好的导电性能，这是由它和石墨具有相同的片层结构决定的。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有计算认为直径为0. 7nm的碳纳米管具有超导性。除此外，碳纳米管还具有良好的透光性，可以透过超过90%以上的太阳光。电导率的提高有利于增强短路电流，而较大的透光特性能够不影响太阳能电池的光吸收特性，更重要的是，碳纳米管既可以作为电极又可以作为电池的材料，不仅节省了材料，而且成熟的制备工艺也有利于加速太阳能电池的研究。若能将黑硅材料和CNT材料有机的结合，充分利用黑硅材料对光线的高吸收率以及CNT对光的透射性和高电导率，即能有效的提高太阳能电池的发电效率和短路电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法，所述方法利用碳纳米管的透光性和高电导性使得制备出的太阳能电池具有较高的短路电流和转化效率。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为 一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤 对硅片表面进行处理，形成黑硅；
将所述黑硅放置于原子层沉积设备反应腔中； 在所述黑硅表面生长一层镍金属；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构；
在所述碳纳米管表面涂上反射增透膜，形成异质结黑硅太阳能电池。上述方案中，所述硅片为多晶硅。上述方案中，所述对硅片表面进行处理，形成黑硅的步骤之前还包括所述硅片的表面经过标准液和氢氟酸清洗，在硅片表面形成硅氢键。
上述方案中，所述硅片的表面经过标准液和氢氟酸清洗，在硅片表面形成硅氢键的步骤之前还包括对所述硅片进行掺杂，形成P型多晶硅或者N型多晶硅，掺杂浓度为 IO12-IO160上述方案中，所述对硅片表面进行处理具体为用飞秒激光照射所述硅片表面使其产生针状纳米结构。上述方案中，所述在所述硅衬底表面生长一层镍金属具体包括
A.向所述原子层沉积设备反应腔中通入镍前驱体，所述镍前驱体分解出的镍原子吸附在所述硅衬底表面；
B.向所述原子层沉积设备反应腔中通入含氢物质，通过等离子体放电，使得含氢物质中的氢原子与所述镍前驱体分解出来的配位基团反应，同时和所述硅衬底表面的镍原子形成镍氢键；
经过步骤A和步骤B多次交替反应后，所述硅衬底表面生长一层镍金属。上述方案中，所述镍前驱体为含镍络合物Ni
2。上述方案中，所述含氢物质为氨气，所述含氢物质通入所述原子层沉积设备反应腔的流速为50SCCm-400SCCm，所述原子层沉积设备反应腔的等离子体放电功率为 100w-1000w。上述方案中，所述碳氢物质为乙炔，所述碳氢物质通入所述原子层沉积设备反应腔的流速为lOsccm-lOOsccm，所述原子层沉积设备反应腔的等离子体放电功率为 20w-150w，放电时间为Is。与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下
本发明通过ALD技术把黑硅材料和CNT材料有机的结合，充分利用黑硅材料对光线的高吸收率以及CNT对光的透射性和高电导率，能有效的提高太阳能电池的发电效率和短路电流，使制备出的太阳能电池具有透光性强，转化效率高等特点。
图1为本发明实施例中经过掺杂和清洗的多晶硅的示意图2为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入[Ni (Clmamb)2]的示意图； 图3为本发明实施例中[Ni (Clmamb)2]中的配位基团和多晶硅表面的氢原子反应生成副产物H(dmamb)，镍原子吸附在多晶硅表面的示意图4为本发明实施例中氨气中氢原子和多晶硅表面的(dmamb)反应，在表面形成镍氢键的示意图5为本发明实施例中多晶硅表面生长出一层镍金属的示意图； 图6为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入乙炔，并通过等离子体使得乙炔电离的示意图7为本发明实施例中在镍金属表面形成一层碳纳米管结构的示意图； 图8为本发明实施例中在碳纳米管表面涂覆反射增透膜形成太阳能电池的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
本实施例提供一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤 步骤101，对多晶硅进行掺杂，掺杂浓度为IO12-IO16,形成P型多晶娃，如图1所示；掺杂
后的多晶硅表面经过标准液和氢氟酸清洗，在多晶硅表面形成硅氢键，其中，标准液是指1 号液，浓硫酸双氧水=4 1 ;2号液，氨水纯净水双氧水=1 5 1 ;3号液，盐酸双氧水 纯净水=1:1:6 ；将进行氢化处理后的多晶硅放置于原子层沉积设备反应腔中；
步骤102，开启设备，调整工作参数，达到实验所需工作环境；向原子层沉积反应腔中通入 Ni
2 ([Ni (dmamb)2] ) 1 秒，如图 2 所示；[Ni (dmamb)2]和多晶硅表面发生反应，反应式为
Si-H + Ni{dmamb)2 Si-Ni + H (dmamb) ； [Ni (dmamb)2]不稳定，和 Ni 相
连的键容易断裂，分解出的镍原子吸附在多晶硅表面形成硅镍键，其余配位基团和氢相连， 形成副产物，如图3所示；
步骤103，向原子层沉积设备反应腔中通入氨气，进行等离子体放电，氨气的流速为50sccm-400sccm，等离子体放电功率为100W-1000W ；氨气通过等离子体放电使得氢原子和另一配位基团反应，并和镍原子形成镍氢键，如图4所示，反应式为 Ni - (dmam b) + NH s Ni-H + H (dmamh) + ΝΗτ ,其中 NHx (χ=0, 1, 2)为氨
气部分电离产物；此反应的最终结果如图5所示；
经步骤102和步骤103多次交替反应后，在硅衬底表面长出一层镍金属； 步骤104，向原子层沉积设备反应腔中通入乙炔，进行等离子体放电，乙炔的流速为 lOsccm-lOOsccm，等离子体放电功率为20W-150W，放电时间为1秒，如图6所示；最终，乙炔经等离子体放电产生的碳原子自发积累在镍金属表面形成圆环结构，即形成碳纳米管结构，如图7所示；
步骤105，在碳纳米管表面涂上反射增透膜，如图8所示，完成异质结黑硅太阳能电池的制备。本发明实施例中，步骤104还以使用甲烷或乙醇等碳氢物质。本发明实施例中使用的镍前驱体源Ni [OC(CH3) (C2H5)CH2N(CH3)2J2需要临时制备， 制备过程中，镍前驱体源的温度需要控制在70°C左右，载气为氩气，流速为50sCCm。本发明通过对硅片表面进行处理，形成具有强吸光特性的黑硅，并在黑硅表面通过沉积过渡金属来制备碳纳米管，制备出的CNT-BSi异质结具有太阳能电池基本结构，且由于CNT的高透光性、高电导率和黑硅对太阳光的高吸收率，能够有效提高太阳能电池的技术指标，使得制备出的太阳能电池具有较高的短路电流和转化效率。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤对硅片表面进行处理，形成黑硅；将所述黑硅放置于原子层沉积设备反应腔中；在所述黑硅表面生长一层镍金属；向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构；在所述碳纳米管表面涂上反射增透膜，形成异质结黑硅太阳能电池。
2.如权利要求1所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硅片为多晶娃。
3.如权利要求2所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对硅片表面进行处理，形成黑硅的步骤之前还包括所述硅片的表面经过标准液和氢氟酸清洗，在硅片表面形成硅氢键。
4.如权利要求3所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硅片的表面经过标准液和氢氟酸清洗，在硅片表面形成硅氢键的步骤之前还包括对所述硅片进行掺杂，形成P型多晶硅或者N型多晶硅，掺杂浓度为1012-1016。
5.如权利要求1所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对硅片表面进行处理具体为用飞秒激光照射所述硅片表面使其产生针状纳米结构。
6.如权利要求1所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在所述硅衬底表面生长一层镍金属具体包括A.向所述原子层沉积设备反应腔中通入镍前驱体，所述镍前驱体分解出的镍原子吸附在所述硅衬底表面；B.向所述原子层沉积设备反应腔中通入含氢物质，通过等离子体放电，使得含氢物质中的氢原子与所述镍前驱体分解出来的配位基团反应，同时和所述硅衬底表面的镍原子形成镍氢键；经过步骤A和步骤B多次交替反应后，所述硅衬底表面生长一层镍金属。
7.如权利要求6所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述镍前驱体为含镍络合物 Ni
2。
8.如权利要求6所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述含氢物质为氨气，所述含氢物质通入所述原子层沉积设备反应腔的流速为50SCCm-400SCCm，所述原子层沉积设备反应腔的等离子体放电功率为lOOw-lOOOw。
9.如权利要求1所述的异质结黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述碳氢物质为乙炔，所述碳氢物质通入所述原子层沉积设备反应腔的流速为lOsccm-lOOsccm，所述原子层沉积设备反应腔的等离子体放电功率为20w-150w，放电时间为Is。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种异质结黑硅太阳能电池的制备方法。所述制备方法，包括如下步骤对硅片表面进行处理，形成黑硅；将所述黑硅放置于原子层沉积设备反应腔中；在所述黑硅表面生长一层镍金属；向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构；在所述碳纳米管表面涂上反射增透膜，形成异质结黑硅太阳能电池。本发明通过ALD技术把黑硅材料和CNT材料有机的结合，使用本发明制备出的太阳能电池具有透光性强，转化效率高等特点。
文档编号H01L31/18GK102290496SQ20111028582
公开日2011年12月21日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者万军, 刘键, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 石莎莉, 陈波, 饶志鹏, 黄成强 申请人:中国科学院嘉兴微电子仪器与设备工程中心, 中国科学院微电子研究所