制備太陽能電池減反射絨面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅片制備太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備太陽能電池減反射絨面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從1954年在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生第一只光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平的硅太陽電池起，提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本一直是人們努力追求的目標(biāo)。太陽電池的種類很多，如晶體硅太陽電池、薄膜太陽電池、II1- V族化合物半導(dǎo)體太陽電池、I1-VI族化合物半導(dǎo)體太陽電池、CuInGeSe薄膜電池和有機(jī)半導(dǎo)體電池等，在這些太陽能電池中，硅太陽能電池是最為常見。由于地球上硅的儲量極為豐富(僅次于氧)，而且隨著五十多年半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，硅材料和器件工藝已經(jīng)近乎完美，成本也極為低廉。因此，硅太陽能電池的迅猛發(fā)展自然也就是順理成章的事。相對于半導(dǎo)體工業(yè)中常用的單晶硅材料(crystaline)，多晶娃(multicrystaline)由于具有更為低廉的價格且可以滿足太陽能電池性能要求，因此成為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)太陽能電池的首選。在硅太陽電池的生產(chǎn)工藝中，硅片表面織構(gòu)化在降低表面反射率和提高表面的陷光能力方面非常重要。表面織構(gòu)化就是指在物體表面上形成一系列有規(guī)則或無規(guī)則的高低不同和大小不同的表面形狀。由于絨面的存在，物體表面的反射率大大降低，表面陷光能力增強(qiáng)，增加光的吸收，可以有效地提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0003]工業(yè)上一般采用熱的堿性溶液化學(xué)腐蝕法制備單晶硅絨面，由于堿性溶液腐蝕的各向異性，它對硅{111}面的腐蝕速度大大低于{100}面，于是在{100}表面形成金字塔形絨面，這種絨面可以將硅片的反射率控制在10%左右。各向異性腐蝕法現(xiàn)在已經(jīng)普遍應(yīng)用于{100}單晶硅太陽電池的制備，但是該法卻不能有效降低多晶硅的反射率。為何各向異性腐蝕方法不能應(yīng)用于多晶硅的制絨？這是由于多晶硅各晶粒的晶向是隨機(jī)分布的，各向異性的堿性腐蝕液只能使那些晶向接近{100}的晶粒表面具有金字塔形絨面，而其他晶粒仍具有較高的反射率，盡管整體上硅片的反射率有所降低，但是效果不明顯，而且各晶粒間因不同腐蝕速度造成的臺階給后續(xù)電池工藝帶來較大麻煩。至今，仍然沒有一種制絨技術(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)絲網(wǎng)印刷批量生產(chǎn)太陽電池的水平。堿性腐蝕液腐蝕多晶硅時，造成不可避免的晶粒晶界輪廓的出現(xiàn)，且在相鄰的不同晶向的晶粒之間產(chǎn)生的了更高的臺階，使得不能產(chǎn)生均勻的絨織表面，使得太陽電池的開路電壓和效率無法令人滿意。
[0004]多晶硅絨面已經(jīng)成為近幾年國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，目前已有多種制備多晶硅絨面的方法，包括機(jī)械刻槽法、激光刻蝕法、反應(yīng)離子刻蝕法(RIE)和各向同性化學(xué)腐蝕法等。其中，機(jī)械刻槽以及光刻技術(shù)制絨的成本比較高，且不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；RIE法雖可與大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)兼容，但由于RIE是一種復(fù)雜的工藝，需要復(fù)雜的設(shè)備和較高的成本，阻礙了該法的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、易操作且適宜大規(guī)模生產(chǎn)的制備太陽能電池減反射絨面的方法，該法能使多晶硅片表面的反射率降低，提高多晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:制備太陽能電池減反射絨面的方法，采用酸腐蝕溶液清洗多晶硅片損傷層進(jìn)行酸腐蝕，使之產(chǎn)生均勻的絨織表面，該酸腐蝕溶液為氧化劑和B0E/BHF氫氟酸混合液；酸腐蝕后按常規(guī)清洗，然后采用堿性腐蝕溶液在絨織表面進(jìn)行各向異性的淺層堿性腐蝕，使絨織表面生成細(xì)微的金字塔結(jié)構(gòu)，該堿性腐蝕溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
[0007]氧化劑為硝酸或過氧化氫。
[0008]酸腐蝕溶液中氧化劑的濃度為1-13摩爾/升、B0E/BHF氫氟酸的濃度為1_15摩爾/升；堿性腐蝕溶液為1-7摩爾/升的氫氧化鉀或1-6摩爾/升的氫氧化鈉。
[0009]酸腐蝕溶液溫度為5-50攝氏度，酸腐蝕時間為2-60分鐘；堿性腐蝕溶液溫度為30-90攝氏度，堿性腐蝕時間為10秒-2分鐘。
[0010]酸腐蝕為把多晶硅片浸泡在酸腐蝕溶液中，堿性腐蝕為把多晶硅片浸泡在堿性腐蝕溶液中。
[0011]被腐蝕的多晶硅片厚度為100-500微米，被腐蝕后的多晶硅片表面形成大小為
1-15微米均勻分布細(xì)微金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。
[0012]針對傳統(tǒng)堿性腐蝕液(NaOH和Κ0Η)腐蝕多晶硅片存在的問題，發(fā)明人建立了一種制備太陽能電池減反射絨面的新方法，該法采用酸腐蝕和堿腐蝕相結(jié)合一一氧化劑和BOE/BHF氫氟酸混合液清洗多晶硅片損傷層進(jìn)行酸腐蝕再進(jìn)行淺層堿腐蝕。研究表明，本發(fā)明采用酸腐蝕溶液腐蝕多晶硅片后，多晶硅片可以形成均勻的絨面，使多晶硅片表面的反射率降低；再進(jìn)行淺層堿腐蝕則使絨織表面生成細(xì)微的金字塔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步有效降低絨面反射率，提高制成的多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率3 %以上。本發(fā)明成本低、易操作，適宜在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的多晶硅上制備絨面，具有較大的商業(yè)價值；同時，本發(fā)明還可直接應(yīng)用于現(xiàn)有的多晶硅片太陽能電池生產(chǎn)線而不需要添加額外的生產(chǎn)設(shè)備；此外，該法也可用于其他類似的太陽能電池上。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
[0014]1、準(zhǔn)備以P型多晶硅片，厚度為500微米。
[0015]2、使用丙酮、乙醇、三氯乙烯對硅片做常規(guī)清洗。
[0016]3、準(zhǔn)備硝酸10摩爾/升和B0E/BHF氫氟酸12摩爾/升、氫氧化鉀溶液4摩爾/升，加去離子水配制所需濃度的溶液，25’ C環(huán)境下攪拌放置，使各溶液冷卻至25°C，成份均勻。
[0017]4、配置酸腐蝕溶液，將氧化劑硝酸和B0E/BHF按4比I混合。
[0018]5、多晶硅片浸泡在酸腐蝕溶液中，用計時器計時，反應(yīng)過程中用耐酸堿溫度計測試反應(yīng)液的溫度，控制溫度在5-50攝氏度、酸腐蝕時間為2-50分鐘，溫度高則適當(dāng)減少腐蝕時間。
[0019]6、酸腐蝕結(jié)束后的硅片用去離子水反復(fù)沖冼數(shù)次。經(jīng)電鏡檢測，硅片產(chǎn)生均勻的絨織表面。
[0020]7、多晶硅片浸泡在堿腐蝕溶液氫氧化鉀中，用計時器計時，反應(yīng)過程中用耐酸堿溫度計測試反應(yīng)液的溫度，控制溫度為30-90攝氏度、堿腐蝕時間為10秒-2分鐘。
[0021]8、堿腐蝕結(jié)束后的硅片用去離子水反復(fù)沖冼數(shù)次，使用丙酮、乙醇、三氯乙烯對硅片做常規(guī)清洗，烘干。經(jīng)電鏡檢測，腐蝕后的多晶硅片表面形成大小為1-15微米均勻分布細(xì)微金字塔結(jié)構(gòu)的絨面，比通常的一步酸性腐蝕法所得的絨面具有更為細(xì)微的陷光結(jié)構(gòu)，覆蓋減反射薄膜后提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率3%以上。
[0022]實(shí)施例2
[0023]1、米用η型多晶娃片，厚度為500微米，使用丙酮、乙醇、二氯乙稀對娃片做常規(guī)清洗。
[0024]2、準(zhǔn)備硝酸10摩爾/升和B0E/BHF氫氟酸12摩爾/升、氫氧化鉀溶液4摩爾/升，加去離子水配制所需濃度的溶液，25’ C環(huán)境下攪拌放置，使各溶液冷卻至25°C，成份均勻。
[0025]3、配置酸腐蝕溶液，將氧化劑硝酸和B0E/BHF按4比I混合。
[0026]4、多晶硅片浸泡在酸腐蝕溶液中，用計時器計時，反應(yīng)過程中用耐酸堿溫度計測試反應(yīng)液的溫度，注意η型多晶硅片比P型多晶硅片的酸腐蝕速度快，控制溫度在5-50攝氏度、酸腐蝕時間為2-50分鐘，溫度高則適當(dāng)減少腐蝕時間。
[0027]5、酸腐蝕結(jié)束后的硅片用去離子水反復(fù)沖冼數(shù)次。經(jīng)電鏡檢測，硅片產(chǎn)生均勻的絨織表面。
[0028]6、多晶硅片浸泡在堿腐蝕溶液氫氧化鉀中，用計時器計時，反應(yīng)過程中用耐酸堿溫度計測試反應(yīng)液的溫度，控制溫度為30-90攝氏度、堿腐蝕時間為10秒-2分鐘。
[0029]7、堿腐蝕結(jié)束后的硅片用去離子水反復(fù)沖冼數(shù)次，使用丙酮、乙醇、三氯乙烯對硅片做常規(guī)清洗，烘干。經(jīng)電鏡檢測，腐蝕后的多晶硅片表面形成大小為1-15微米均勻分布細(xì)微金字塔結(jié)構(gòu)的絨面，比通常的一步酸性腐蝕法所得的絨面具有更為細(xì)微的陷光結(jié)構(gòu)，覆蓋減反射薄膜后可提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率3%以上，η型多晶硅為襯底的硅片效率較高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備太陽能電池減反射絨面的方法，其特征在于:采用酸腐蝕溶液清洗多晶硅片損傷層進(jìn)行酸腐蝕，使之產(chǎn)生均勻的絨織表面，該酸腐蝕溶液為氧化劑和BOE/BHF氫氟酸混合液；酸腐蝕后按常規(guī)清洗，然后采用堿性腐蝕溶液在絨織表面進(jìn)行各向異性的淺層堿性腐蝕，使絨織表面生成細(xì)微的金字塔結(jié)構(gòu)，該堿性腐蝕溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備太陽能電池減反射絨面的方法，其特征在于:所述氧化劑為硝酸或過氧化氫。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備太陽能電池減反射絨面的方法，其特征在于:所述酸腐蝕溶液中氧化劑的濃度為1-13摩爾/升、BOE/BHF氫氟酸的濃度為1_15摩爾/升；所述堿性腐蝕溶液為1-7摩爾/升的氫氧化鉀或1-6摩爾/升的氫氧化鈉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備太陽能電池減反射絨面的方法，其特征在于:所述酸腐蝕溶液溫度為5-50攝氏度，酸腐蝕時間為2-60分鐘；所述堿性腐蝕溶液溫度為30-90攝氏度，堿性腐蝕時間為10秒-2分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備太陽能電池減反射絨面的方法，其特征在于:所述酸腐蝕為把多晶硅片浸泡在酸腐蝕溶液中，所述堿性腐蝕為把多晶硅片浸泡在堿性腐蝕溶液中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備太陽能電池減反射絨面的方法，其特征在于:被腐蝕的所述多晶硅片厚度為100-500微米，被腐蝕后的所述多晶硅片表面形成大小為1-15微米均勻分布細(xì)微金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備太陽能電池減反射絨面的方法，該法采用酸腐蝕和堿腐蝕相結(jié)合——氧化劑和BOE/BHF氫氟酸混合液清洗多晶硅片損傷層進(jìn)行酸腐蝕再進(jìn)行淺層堿腐蝕。研究表明，本發(fā)明采用酸腐蝕溶液腐蝕多晶硅片后，多晶硅片不僅可以形成均勻的絨面，使多晶硅片表面的反射率降低；再進(jìn)行淺層堿腐蝕則使絨織表面生成細(xì)微的金字塔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步有效降低絨面反射率，提高制成的多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率3％以上。本發(fā)明成本低、易操作，適宜在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的多晶硅上制備絨面，具有較大的商業(yè)價值；同時，本發(fā)明還可直接應(yīng)用于現(xiàn)有的多晶硅片太陽能電池生產(chǎn)線而不需要添加額外的生產(chǎn)設(shè)備。
【IPC分類】H01L21/306, H01L31/0236
【公開號】CN105023960
【申請?zhí)枴緾N201510332571
【發(fā)明人】詹鋒, 盧偉勝, 康煬東, 倪海橋, 黃社松, 牛智川
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月16日