用于太陽(yáng)能電池的硅片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其是涉及一種用于太陽(yáng)能電 池的硅片。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)能源需求不斷增加，并且隨著不可再生能源的衰 竭，人們對(duì)可再生能源特別是太陽(yáng)能的依賴性越來(lái)越強(qiáng)。其中，太陽(yáng)能電池已經(jīng)逐漸走入大 眾的日常生活中。在光伏產(chǎn)業(yè)中，如何實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的提高和成本的降低一直 是研宄的重點(diǎn)問(wèn)題，而提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要手段就是降低太陽(yáng)光在硅片表 面的反射。為了減少反射損失，通常對(duì)硅片表面進(jìn)行制絨或在電池表面沉積減反射膜，其 中，采用硅片表面制絨的方法備受青睞。
[0003] 目前，太陽(yáng)能電池單晶硅片制絨是一種比較成熟的方法，傳統(tǒng)的單晶硅或準(zhǔn)單晶 的制絨工藝一般是采用堿液（如氫氧化鈉）及制絨添加劑作為制絨液制作絨面。堿性制絨 的原理是利用堿溶液對(duì)單晶硅或準(zhǔn)單晶的各向異性腐蝕，堿溶液對(duì)硅片表面具有不同的腐 蝕速率，如對(duì)（111)晶面腐蝕較慢，而對(duì)（100)晶面腐蝕較快。當(dāng)采用堿溶液對(duì)硅片表面進(jìn) 行腐蝕時(shí)，由于各項(xiàng)異性腐蝕特性，會(huì)在硅表面形成隨機(jī)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)金字塔結(jié)構(gòu)能夠?qū)μ?yáng) 光進(jìn)行兩次反射，一般反射率在10%左右。
[0004] 為了使太陽(yáng)光在硅片表面進(jìn)行多次反射，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸收，提高 電池效率，同樣可以采用堿制絨的工藝制備倒金字塔結(jié)構(gòu)。倒金字塔結(jié)構(gòu)能夠?qū)μ?yáng)光進(jìn) 行三次反射，反射率可以降低至5%左右。然而該堿液制絨工藝與制備隨機(jī)金字塔結(jié)構(gòu)的不 同之處在于需要制備掩膜層，即需要高溫氧化、制備刻蝕掩膜、高溫刻蝕等多步復(fù)雜的工藝 步驟，從而限制了其大范圍的應(yīng)用。
[0005] 鑒于以上存在的問(wèn)題，為了減少入射光在硅片表面的反射率，提高太陽(yáng)能電池對(duì) 光的吸收以及太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，迫切需要出現(xiàn)一種新的用于太陽(yáng)能電池的硅片。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的旨在提供一種用于太陽(yáng)能電池的硅片。該硅片具有微米尺寸的 倒金字塔狀凹坑結(jié)構(gòu)的制絨表面。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提高了一種用于太陽(yáng)能電池的硅片，具有制絨表面， 制絨表面具有由多個(gè)倒金字塔形狀的凹坑，凹坑的底部呈圓滑狀。
[0008] 進(jìn)一步地，凹坑的開(kāi)口為四邊形。
[0009] 進(jìn)一步地，四邊形的邊長(zhǎng)為1?10 μ m，凹坑的深度為1?10 μ m。
[0010] 進(jìn)一步地，凹坑的開(kāi)口為正方形。
[0011] 進(jìn)一步地，制絨表面的平均反射率為5%?15%。
[0012] 進(jìn)一步地，制絨表面上凹坑的分布密度為IO6?10 8個(gè)/cm2。
[0013] 進(jìn)一步地，倒金字塔形狀凹坑存在于硅片的單個(gè)表面或者兩個(gè)表面。
[0014] 應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過(guò)控制酸性制絨液中銅離子鹽、氫氟酸以及氧化 劑的濃度、刻蝕溫度和時(shí)間，進(jìn)而控制制絨表面上倒金字塔狀結(jié)構(gòu)的形貌和深度。采用該酸 性制絨方法能夠在較低溫度和較短的時(shí)間內(nèi)在硅片表面上獲得獨(dú)立、完整、緊密排布的微 米尺寸的倒金字塔狀結(jié)構(gòu)。由于硅片上制絨表面的存在，可使得入射光在制絨表面多次反 射和折射，從而改變了入射光在硅片中的前進(jìn)方向，延長(zhǎng)了光程，減少了入射光在硅片表面 的反射，使其反射率降至5%?15%?？梢?jiàn)，本實(shí)用新型完全擯棄了現(xiàn)有技術(shù)中堿制絨時(shí)需 制備復(fù)雜掩膜層及光刻等工藝，只需將硅片浸入到酸性制絨液中就能夠一步獲得倒金字塔 狀結(jié)構(gòu)。其中，由于不需要掩膜刻蝕，可以根據(jù)需求在硅片的一面上或者雙面上形成倒金字 塔狀凹坑結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的酸性制絨方法，簡(jiǎn)化了操作工藝，方便且應(yīng)用廣泛，同時(shí)使用 廉價(jià)銅而非昂貴的金或銀，降低了成本。
[0015] 本實(shí)用新型獲得的制絨表面為具有倒金字塔結(jié)構(gòu)的凹坑，即凹坑呈倒金字塔結(jié) 構(gòu)。由于金屬納米顆粒的刻蝕，倒金字塔的底部呈圓滑狀，這就省去了在異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電 池（HIT)中需要進(jìn)行的圓滑刻蝕工藝，可以直接沉積非晶硅層制備HIT太陽(yáng)能電池。并且 由于底部圓滑結(jié)構(gòu)的存在，在制備太陽(yáng)能電池電極的時(shí)候，金屬電極材料非常容易對(duì)該結(jié) 構(gòu)進(jìn)行填充，有利于增加接觸面積，從而可以有效地降低接觸電阻，進(jìn)而增加電池的轉(zhuǎn)換效 率。此外，雙面制備倒金字塔凹坑非常有利于制備HIT這樣的對(duì)稱結(jié)構(gòu)電池。并且底部圓 滑的凹坑狀倒金字塔結(jié)構(gòu)不局限于HIT以及常規(guī)擴(kuò)散電池的制備中應(yīng)用，在其他需要使用 硅襯底的太陽(yáng)能電池中以及光電子器件中均可以應(yīng)用。
[0016] 根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更 加明了本實(shí)用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本實(shí)用新型的一些具體實(shí) 施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解， 這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：
[0018] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中經(jīng)刻蝕后在制絨表面獲得的倒金字塔結(jié)構(gòu)的SEM 圖；
[0019] 圖2為圖1中單個(gè)倒金字塔結(jié)構(gòu)放大后的SEM圖；
[0020] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中經(jīng)刻蝕后獲得的制絨表面反射率的變化趨勢(shì)示意 圖；以及
[0021] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1中經(jīng)刻蝕后在制絨表面獲得的倒金字塔結(jié)構(gòu)與電極接 觸時(shí)的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的硅片制絨工藝復(fù)雜且反射率高的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一 種用于刻蝕太陽(yáng)能電池硅片的酸性制絨液。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，該酸性制絨液 包括銅離子源、氟離子源以及能夠?qū)~氧化為銅離子的氧化劑。其中銅離子源用于提供濃 度為0. 1?25mmol/L銅離子，氟離子源用于提供濃度為0. 5?10mol/L的氟離子，氧化劑 的濃度為〇· 1?I. Omol/L氧化劑。
[0023] 通過(guò)將硅片浸泡到酸性制絨液中，并通過(guò)控制銅離子源、氟離子源及氧化劑的濃 度進(jìn)而來(lái)調(diào)控刻蝕的形貌和深度，從而在較低溫度和較短時(shí)間內(nèi)在硅片表面上形成致密排 布的倒金字塔結(jié)構(gòu)。宄其原因，由于在酸性制絨液中，含Cu 2+的銅離子源主要起催化劑的作 用，Cu2+在溶液中由于電勢(shì)較低，可以從硅表面獲得電子，從而導(dǎo)致硅失去電子而被氧化成 二氧化硅，氟離子源與氧化后得到的二氧化硅反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)硅片刻蝕。由于刻蝕時(shí)溫度較高， 使得Cu 2+得到電子的速度較快，因而容易在硅片表面上容易形成致密的銅膜，這樣就會(huì)阻 礙氟離子對(duì)硅片的刻蝕。本實(shí)用新型通過(guò)在酸性制絨液中引入氧化劑，使得硅表面上所形 成的過(guò)量銅納米顆粒被氧化形成Cu 2+，進(jìn)而避免了在硅片表面形成致密銅膜阻礙刻蝕的進(jìn) 行。本實(shí)用新型通過(guò)氧化劑的使用有效地控制了金屬銅納米顆粒的析出與溶解，進(jìn)而有效 地控制了刻蝕效果，縮短了刻蝕時(shí)間。
[0024] 為了使得入射光在倒金字塔結(jié)構(gòu)的制絨表面上的反射率降至5%?15%，本實(shí)用 新型將酸性制絨液中的銅離子的濃度控制為〇. 1?25mmol/L，氟離子的濃度控制為0. 5? 10m〇l/L，同時(shí)將氧化劑的濃度控制為0. 1?I. Omol/L。其中，銅離子能夠從硅表面得到電 子，使硅氧化成二氧化硅，同時(shí)自身被還原成銅納米顆粒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片的催化刻蝕。如 果銅離子濃度較高，則會(huì)出現(xiàn)銅納米顆粒析出過(guò)快的問(wèn)題，從而在硅片表面形成致密的薄 膜，阻礙了刻蝕的進(jìn)行。相反，如果銅離子濃度較低，則會(huì)銅納米顆粒析出較少，無(wú)法對(duì)硅表 面進(jìn)行有效刻蝕。
[0025] 氟