具有微纳浊透复合绒面的太阳能电池片论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种具有微纳浊透复合绒面的太阳能电池片，其包括晶硅片，所述晶硅片的正面具有经喷砂及蚀刻工艺制得的微纳浊透复合绒面层，所述微纳浊透复合绒面层包括微米级绒面以及嵌套于微米级绒面上的纳米级绒面层，其中纳米级绒面层光滑，微米级绒面层未被纳米级绒面层覆盖的表面具有低反射浊度。微纳浊透复合绒面结构不但增大了太阳能电池片晶体硅的受光的面积，并且受光照角度影响小，能接受的斜光束大，无论是晨阳还是夕阳的微弱阳光均能有效响应，制得的太阳能电池片可水平摆放，细微的纳米级透亮的浅坑十分利于吸收微弱的反射光，全方位提高了红橙弱光利用率。

主设计要求

1.一种具有微纳浊透复合绒面的太阳能电池片，其包括晶硅片，其特征在于：所述晶硅片的正面具有经喷砂及蚀刻工艺制得的微纳浊透复合绒面层，所述微纳浊透复合绒面层包括微米级绒面以及嵌套于微米级绒面上的纳米级绒面层，其中纳米级绒面层光滑，微米级绒面层未被纳米级绒面层覆盖的表面具有低反射浊度。

设计方案

2.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于：所述晶硅片的背面具有经喷砂蚀刻形成的纳米级陷光绒面层。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种具有微纳浊透复合绒面的太阳能电池片。

背景技术

随着发展中国家能源消费的崛起，现有化石能源逐渐枯竭，寻求可再生能源已成为各国的共识，可再生能源包含太阳能、风能、水能等。其中的太阳能因其分布广泛，随处可用，因此备受各国关注。

开发太阳能电池的关键问题在于提高转换效率和降低成本，对于硅系太阳能电池， 1997 年美国哈佛大学的Eric. Mazur 等人用飞秒激光脉冲在SF6和Cl2气体环境下反复照射硅片表面时，产生一种圆锥形的尖峰状阵列结构，具有这种结构的硅片肉眼观察呈现黑色，故叫“黑硅”。黑硅因其独特的陷光结构能大幅度降低晶硅电池的反射率，引起了各方重视，各国竞相开发新的电池片绒面制备工艺，先后开发出了尖峰形、金字塔形（如图1所示）、倒金字塔形、虫洞型等各种绒面结构和制备技术。

目前主流的黑硅制备工艺为干法制绒的离子反应法（ReactiveIonEtching,RIE）及湿法制绒的金属催化化学腐蚀法（MetalCatalyzedChemicalEtching,MCCE）。干法黑硅与湿法黑硅的差别在于：

1）干法黑硅属于单面制备，湿法为两面制备；

2）干法黑硅受设备参数影响较大，硬件设备投资高；

3）湿法黑硅受硅片质量及工艺条件影响较大。具体地，湿法黑硅反应过程会消耗大量的重金属Ag，残留过多的金属粒子会增加后续清洗工作的负担，且清洗不干净将会导致表面成为载流子复合中心，电池片效率下降。

但无论是试验室技术还是量产技术，都在片面追求降低硅片的表层反射率，目前的绒面微观结构均存在绒面浊度高介质层不透明、绒底太深，绒峰太高、坑底坑洞太深遂，以上微结构虽然成功降低了反射率，但也造成难以对阳光进行全方位全表层吸收，发电时间短、光电转换效率低的缺陷，而且吸收到的光生载流子复合损失大，难以流到银浆电极；深坑深洞还造成制备绒面时硅片需要耗料多，难以继续降低厚度；而且上述结构的硅片加工难度大容易破碎，更大的缺陷为朝阳或夕阳的可见光难以照到这些绒面结构的背面或坑底，在组件安装时面对阳光需要有倾斜角，但倾斜角大了，组件风压大，很容易被大风摧毁。

鉴于目前硅片绒面结构的缺陷，市场需要阳光利用率更高且可以水平安装、抗风能力强的硅系太阳能发电产品。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有微纳浊透复合绒面的太阳能电池片。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种具有微纳浊透复合绒面的太阳能电池片，其包括晶硅片，所述晶硅片的正面具有经喷砂及蚀刻制得的微纳浊透复合绒面层，所述微纳浊透复合绒面层包括微米级绒面以及嵌套于微米级绒面上的纳米级绒面层，其中纳米级绒面层光滑，微米级绒面层未被纳米级绒面层覆盖的表面具有低反射浊度。

进一步地，所述晶硅片的背面具有喷砂蚀刻工艺形成的纳米级陷光绒面层。

本实用新型实现的太阳能电池片，其微纳浊透复合绒面包括微米级绒面以及嵌套于微米级绒面上的纳米级绒面，增大了受光面积，其中光滑透亮的纳米级绒面可以有效吸收长波，降低了杂散光，光线折射入PN结材料的同时增强了反射光，形成足够能量的反射光再次进入PN结材料形成增加的光伏效应；微米级凹凸面的低反射表面使折射光路延长，由于绒面的凹坑深度浅，其使用时受光照角度影响小，能接受的斜光束多，无论是晨阳还是夕阳的微弱阳光均能有效响应，并且利于阳光照射后产生的光生载流子顺利流向银浆电极，在保证较低反射率的同时提高了光利用率，进而有效提高了量子效率。

附图说明

图1为背景技术所述金字塔型绒面的SEM图；

图2为本实用新型实施例1所述微纳浊透复合绒面的5000倍的SEM图；

图3为图2的局部放大结构示意图；

图4为本实用新型实施例1所述太阳能电池片结构示意图；

图5为图4中A部分放大结构示意图；

图6为本实用新型实施例2所述太阳能电池片的陷光效应原理图，其中箭头代表光路；

图7为图6中B部分放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型较佳实施例做详细说明。

实施例1

如图4和图5所示，一种太阳能电池片，其包括晶硅片10，所述晶硅片的正面101具有喷砂、蚀刻工艺制得的微纳浊透复合绒面层，所述微纳浊透复合绒面层包括微米级绒面层1以及嵌套于微米级绒面上的纳米级绒面层2，其中纳米级绒面层2光滑，微米级绒面层1未被纳米级绒面层覆盖的表面具有低反射浊度。

本实施例所述太阳能电池片的制备工艺包括以下步骤：

S1: 将平均粒径为 10微米的砂粒和水充分搅拌混合形成微米级水砂混合物，而后利用高压水砂喷枪，将微米级水砂混合物均匀地喷射至晶硅片的正面至正面形成微米级麻面层；

S2: 将平均粒径为2微米的砂粒和水充分搅拌混合形成纳米级的水砂混合物，而后利用高压水砂喷枪，将该水砂混合物均匀地喷射至步骤S1形成的晶硅片的正面，在微米麻面层表面形成纳米级麻面层；

S3: 将经步骤2得到的晶硅片送入扩散炉进行扩散制结；

S4: 将经步骤S3得到的晶硅片进行清洗以去除杂质；

S5: 将扩散工序后的晶硅片放入蚀刻液内蚀刻，所述蚀刻液为可腐蚀硅片的碱液或混酸蚀刻液，蚀刻液的浓度以及蚀刻时间以硅片表面呈现凹凸起伏、浊透相间状态为准。

本实用新型先用平均粒径为10～40微米的砂粒与水混合后进行微米级麻面层的喷砂作业，形成微米级麻面层并消除了锯齿条纹后，再用接近纳米级碳化硅撞击，在微米级的凹凸面上叠加纳米级的凹凸面并进行蚀刻，最终形成图2和图3所示的层层叠叠，均匀密致的浊透相间的微纳浊透复合绒面，使阳光在照射到硅片表面的微纳复合浊透绒面时不向外反射，而是产生很好的漫反射效果，使阳光在微、纳凹凸坑内向四面八方产生不同角度的反射，并向硅片内部折射，提高了硅体吸收阳光的效率。

本实用新型所述硅片不限于实施例所述的多晶硅片，还可以为单晶硅片；所述步骤1和步骤二中的砂粒平均粒径不限于实施例所述，10～40微米平均粒径即可形成微米级麻面层，1～2微米的平均粒径均可形成纳米级麻面层；由于水砂混合物撞击硅片表面过程中的动能损失，实际形成的凹坑的深度均小于砂粒原始半径，故使用1～2微米的砂粒即可形成平均凹坑深度为500纳米～800纳米的纳米级麻面层；所述蚀刻液成分不限于实施例所述，蚀刻液可以为可腐蚀硅片的碱液或混酸蚀刻液，蚀刻液的浓度以及蚀刻时间以硅片表面呈现凹凸起伏、浊透相间状态为准。

本实施例太阳能电池片的制备工艺中经过微米和纳米级碳化硅两次撞击后形成的微纳浊透复合绒面，先经过制造PN结的扩散工序后再进入蚀刻工序，可以一次性去除扩散工序所产生的表面污染和表面金属离子附着。蚀刻工艺的特点是蚀刻时间越长减薄效果越显著，通过混酸蚀刻工艺一次性去除微纳碳化硅对硅体表面撞击时所形成的大小撞击伤浊度时，纳米级凹坑先被光滑化，其次才是微米级凹坑，通过控制蚀刻时刻，可以使得密布在微米坑凹凸面上的纳米坑光滑透明化、微米坑半透明化、形成半浊半透的微纳凹凸复合形貌，可以使得硅坑内产生多次的往复反射，透明的纳米坑可以增强可见光的折射吸收能力。

实施例2

如图6所示，一种太阳能电池片，其包括晶硅片10，所述晶硅片的正面101具有实施例1所述的微纳浊透复合绒面层，晶硅片的背面102具有纳米级陷光绒面层。具体地，其制造工艺与实施例1中的工艺区别在于：在实施例1的步骤S2与步骤S3之间增加步骤S6：对晶硅片的背面进行水、砂混合高压喷射形成纳米级麻面层，其中砂粒的平均粒径为1～3微米。

本实施例实现的太阳能电池片的晶硅片具有正反双绒面，如图7所示，阳光在照射到硅片表面的微纳复合浊透绒面时产生很好的漫反射效果，使阳光在微、纳凹凸坑内向四面八方产生不同角度的反射，并向硅片内部折射，光滑透亮的纳米级凹凸面不但可以有效折射吸收短波，而且对红橙长波可见光吸收也很强，光滑透亮的凹镜效应降低了杂散光，光线折射入PN结材料的同时增强了反射光，形成足够能量的反射光再次进入PN结材料形成增加的光伏效应；背面纳米级陷光绒面对反射弱光更为敏感，可以使太阳能电池片的背面更加充分地吸收地面反射的可见光，提高了硅体吸收阳光的效率。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

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