專利名稱：一種基于lsp效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
硅是地売上最豐富的半導(dǎo)體元素，冶煉提純技木工藝比較成熟，因此成為固態(tài)電子器件的主要原料。目前，硅材料應(yīng)用在光伏領(lǐng)域的增長(zhǎng)率已高于它在集成電路領(lǐng)域的增長(zhǎng)率。由于硅材料來源廣泛，成本較低，在太陽能電池市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著太陽能電池技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本是太陽電池領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。其中，減少電池表面對(duì)入射光的反射和提高入射光的吸收是提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的ー種重要手段。傳統(tǒng)的減反射措施主要是在硅襯底表面或電池的受光面制備 TiOx(x ^ 2)、SiNx等減反射膜。這些方法一般需要復(fù)雜的設(shè)備，過程復(fù)雜、操作難度大，制備成本較高。而利用濕法刻蝕得到的硅片表面有很好的減反射效果，而且該方法在常溫下就可進(jìn)行，設(shè)備要求簡(jiǎn)單、操作容易、可控性好，具有很好的重現(xiàn)性，相對(duì)于在Si表面制備減反射膜，刻蝕成本大大降低，而且能與太陽能電池制備エ藝相結(jié)合，有利于エ業(yè)化生產(chǎn)。在濕法刻蝕基礎(chǔ)上，利用電鍍、濺射、銀鏡反應(yīng)、蒸鍍或自組裝等手段在硅片表面沉積ー層均勻分布的納米或亞微米級(jí)厚度、非連續(xù)的貴金屬顆粒用于激發(fā)LSP效應(yīng)，可以進(jìn)ー步提高太陽能電池的表面陷光效率。在這些技術(shù)手段中，由于濺射的方法簡(jiǎn)單、鍍層均勻等特點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。由此可見傳統(tǒng)錐體表面陷光結(jié)構(gòu)結(jié)合銀納米顆粒的LSP陷光增效，在太陽能電池表層陷光結(jié)構(gòu)制備上具有非?，F(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法。一種基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法，先利用堿刻蝕在單晶硅表面刻蝕出錐體形貌，然后利用濺射-退火手段在錐體表面沉積ー層非連續(xù)的銀納米顆粒的方法，得到了由銀納米顆粒與錐體結(jié)構(gòu)復(fù)合的新型陷光結(jié)構(gòu)，具體步驟如下a.將電阻率為8 Q-cm"l3 Q _cm的(100)單晶硅片浸泡在丙酮溶液中，在35 V水浴中超聲10 min 20 min ;然后用去離子水沖洗干凈后,超聲10 min 15 min ;取出樣品，放在CP4A清洗液中常溫浸泡3 mirT5 min，所述CP4A清洗液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸、こ酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%飛8%的硝酸及超純水組成的混合溶液，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸、こ酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%飛8%的硝酸及超純水的體積比為3:5:3:22 ;最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的氫氟酸溶液浸泡2 mirT3 min后，取出用去離子水沖洗干凈，然后用氮?dú)獯蹈?，放入干燥器中備用；b.用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氫氧化鈉、體積分?jǐn)?shù)為8%的異丙醇配置刻蝕液，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氫氧化鈉與體積分?jǐn)?shù)為8%的異丙醇溶液的體積比為25 :2，在80で水浴條件下刻蝕經(jīng)步驟I處理好的樣品30 mirT50 min，在硅表面刻蝕出錐體結(jié)構(gòu)；c.利用高分辨磁控離子濺射儀在已刻蝕的錐體結(jié)構(gòu)表面鍍銀，濺射電流為15mA 50 mA、濺射時(shí)間為15 s 30 s ； d.步驟c所得錐體結(jié)構(gòu)表面鍍銀樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在350で 400で條件下，退火2 h 3 h,待冷卻后,在娃表面形成ー層粒徑在40 nnTlOO nm之間的非連續(xù)銀納米顆粒，即得到基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)。所述(100)單晶硅片的尺寸為2 cmX2 cm。所述去離子水電阻率不小于16 Q cm。所述錐體形貌為金字塔、方錐、圓錐和四面體結(jié)構(gòu)形貌中的ー種或多種。本發(fā)明的有益效果為利用本發(fā)明的方法制備出硅表面陷光增效結(jié)構(gòu)，通過表面覆蓋非連續(xù)銀納米顆粒的方法，使得表面覆蓋有非連續(xù)銀納米顆粒的錐體結(jié)構(gòu)在全太陽光譜范圍內(nèi)陷光性能得到增效。具體的效果表現(xiàn)為在全太陽光譜范圍，表面鍍有非連續(xù)銀納米顆粒錐體的陷光結(jié)構(gòu)的反射率比單純的錐體陷光結(jié)構(gòu)低了 3. 4%。該方法為提高硅基太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提供了新的有效技術(shù)手段，為太陽能電池的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化提供了新思路。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的濕法刻蝕手段，無特殊條件要求、操作容易、設(shè)備要求簡(jiǎn)單；銀納米顆粒濺射沉積エ藝比化學(xué)合成方法簡(jiǎn)單、節(jié)省時(shí)間，得到的銀納米顆粒均勻，能夠很好地激發(fā)LSP效應(yīng)，從而保證了結(jié)構(gòu)更高的減反射性能。


圖1為(100)單晶硅刻蝕35分鐘后得到的表面錐體陷光結(jié)構(gòu)的電鏡照片；圖2為在錐體結(jié)構(gòu)表面鍍上ー層非連續(xù)銀納米顆粒的電鏡照片；圖3為全太陽光譜范圍內(nèi)表面鍍有銀顆粒的錐體陷光結(jié)構(gòu)與單純錐體陷光結(jié)構(gòu)反射率的比較曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。實(shí)施例11.把電阻率為12 Q_cm的(100)單晶硅片切割成2X2 cm的樣品，然后浸泡在丙酮溶液中，在35 °C水浴中超聲10 min ;然后用去離子水沖洗3次后浸泡在去離子水中超聲10 min ;取出樣品,放在CP4A清洗液中常溫浸泡5 min ;最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的氫氟酸溶液浸泡2 min后，取出樣品，用去離子水沖洗3次，然后用氮?dú)獯蹈?，放入干燥器中備用?.用刻蝕液在80で水浴條件下刻蝕經(jīng)步驟I處理好的樣品40 min，得到表面錐體結(jié)構(gòu)的硅片，在刻蝕過程中可觀察到大量氣泡在硅片的表面和周圍生成，光亮的硅表面隨著刻蝕時(shí)間的増加逐漸變暗失去光澤?？涛g結(jié)束后，用去離子水沖洗刻蝕后的樣品，然后用去離子水超聲10 min,再用去離子水沖洗3次,最后用氮?dú)獯蹈伞?.利用高分辨磁控離子濺射儀鍍銀濺射電流為30 mA、濺射時(shí)間為30 S，在經(jīng)過步驟2刻蝕后的硅片樣品表面鍍上ー層銀膜。
4.氮?dú)夥胀嘶鹪诘獨(dú)夥毡Ｗo(hù)的環(huán)境下，在溫度為400で的溫度下退火3 h，使得樣品表面的銀膜團(tuán)聚成納米顆粒，從而在錐體陷光結(jié)構(gòu)表面形成一層非連續(xù)的銀納米顆粒，如圖2所示。5.反射率的測(cè)試對(duì)比，在全太陽光譜范圍內(nèi)表面鍍有銀顆粒的錐體陷光結(jié)構(gòu)比單純的錐體陷光結(jié)構(gòu)低3. 4%，如圖3所示。本發(fā)明采用(100)單晶硅片，利用簡(jiǎn)單的硅片清洗エ藝，獲得表面清潔的樣品，避免了傳統(tǒng)清洗方法的耗時(shí)、エ藝復(fù)雜、效率較低、且設(shè)備要求苛刻的缺點(diǎn)。對(duì)于清洗后的單晶硅片，先用氫氧化鈉與異丙醇的混合溶液對(duì)樣品進(jìn)行刻蝕，反應(yīng)過程中可觀察到硅片周圍和表面有氣泡生成，隨著刻蝕的進(jìn)行，硅片表面的金屬光澤消失?？涛g后在單晶硅表面形 成了錐體陷光結(jié)構(gòu)；然后濺射ー層銀膜，通過退火エ藝，在錐體陷光結(jié)構(gòu)的表面形成ー層非連續(xù)分布的銀納米顆粒，最終得到由銀納米顆粒與錐體結(jié)構(gòu)復(fù)合的新型陷光結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，先利用堿刻蝕在單晶硅表面刻蝕出錐體形貌，然后利用濺射-退火手段在錐體表面沉積一層非連續(xù)的銀納米顆粒的方法，得到了由銀納米顆粒與錐體結(jié)構(gòu)復(fù)合的新型陷光結(jié)構(gòu)，具體步驟如下a.將電阻率為8Ω·(πΓ 3 Q_cm的(100)單晶硅片浸泡在丙酮溶液中，在35 °C水浴中超聲10 min 20 min ;然后用去離子水沖洗干凈后,超聲10 min 15 min ;取出樣品,放在 CP4A清洗液中常溫浸泡3 mirT5 min,所述CP4A清洗液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸、乙酸、 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65°/Γ68%的硝酸及超純水組成的混合溶液,其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸、乙酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65°/Γ68%的硝酸及超純水的體積比為3:5:3:22 ;最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的氫氟酸溶液浸泡2 mirT3 min后，取出用去離子水沖洗干凈，然后用氮?dú)獯蹈桑湃敫稍锲髦袀溆?；b.用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氫氧化鈉、體積分?jǐn)?shù)為8%的異丙醇配置刻蝕液，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氫氧化鈉與體積分?jǐn)?shù)為8%的異丙醇溶液的體積比為25 :2，在80 °C水浴條件下刻蝕經(jīng)步驟I處理好的樣品30 mirT50 min，在硅表面刻蝕出錐體結(jié)構(gòu)；c.利用高分辨磁控離子濺射儀在已刻蝕的錐體結(jié)構(gòu)表面鍍銀，濺射電流為15mA^50 mA、濺射時(shí)間為15 s 30 s ；d.步驟c所得錐體結(jié)構(gòu)表面鍍銀樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在3500C ^400 °C條件下，退火2h^3 h,待冷卻后,在娃表面形成一層粒徑在40 nnTlOO nm之間的非連續(xù)銀納米顆粒，即得到基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述(100)單晶硅片的尺寸為2cmX2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述去離子水電阻率不小于16Ω · cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述錐體形貌為金字塔、方錐、圓錐和四面體結(jié)構(gòu)形貌中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于LSP效應(yīng)陷光增效新型減反射結(jié)構(gòu)的制備方法。本發(fā)明先利用堿刻蝕在單晶硅表面刻蝕出錐體形貌，然后利用濺射-退火手段在錐體表面沉積一層非連續(xù)的銀納米顆粒的方法，得到了由銀納米顆粒與錐體結(jié)構(gòu)復(fù)合的新型陷光結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)在全太陽光譜范圍內(nèi)比單純的錐體結(jié)構(gòu)反射率降低3.4%。本發(fā)明采用了簡(jiǎn)單實(shí)用的硅片清洗與銀納米顆粒濺射沉積工藝過程，提出了一種更為有效的陷光結(jié)構(gòu)的制備方法，利用常溫濕法刻蝕手段，結(jié)合LSP效應(yīng)，獲得了比傳統(tǒng)堿性刻蝕所得結(jié)構(gòu)更高的減反射效果，該方法的設(shè)計(jì)與制備工藝為提高硅及硅薄膜太陽能電池的效率提供新的技術(shù)手段。
文檔編號(hào)C23F1/32GK103022266SQ20131000929
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者李美成, 戴菡, 丁瑞強(qiáng), 陳召, 谷田生, 范匯洋 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)