專利名稱：一種硅薄膜表面減反射結(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，涉及在薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)中的一種硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)制備方法。具體涉及娃薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)制備工藝的貴金屬銀納米粒子催化刻蝕工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
第一代硅太陽能電池性能可靠，經(jīng)久耐用，光電轉(zhuǎn)換效率較高，但因約一半的成本來至于硅片材料(厚度200-250微米)，致使發(fā)電成本較高。第二代太陽能電池使用沉積在低成本基體上的廉價(jià)半導(dǎo)體薄膜(厚度一般為2-3微米)，其效率低于第一代產(chǎn)品。由于第二代技術(shù)減少了激活材料的成本，最終成本將受限于基體材料，因此需要通過不斷地提高轉(zhuǎn)換效率來使成本進(jìn)一步降低。從轉(zhuǎn)換效率和材料的來源角度看，第二代電池的發(fā)展重點(diǎn)依然是硅薄膜電池。減少電池受光面上入射陽光的反射是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的有效手段之一。常用的薄膜太陽能電池減反射措施主要是在硅薄膜上或電池的受光面制備TiOx(x ( 2)、SiNjJP SiO2等減反射膜。這些制膜方法一般需要復(fù)雜設(shè)備，操作成本較高，性能穩(wěn)定性較差。貴金屬納米粒子催化刻蝕方法是利用沉積在硅片上的分布均勻、非連續(xù)的納米級貴金屬粒子層做催化劑，在酸性或堿性溶液中刻蝕硅。這種技術(shù)屬于常溫下的濕化學(xué)刻蝕方法，不需要復(fù)雜設(shè)備，過程簡單，成本低廉，反應(yīng)時(shí)間短，重現(xiàn)性好，減反射效果好，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。這種技術(shù)主要用于單晶硅片的刻蝕，在多晶硅片刻蝕上應(yīng)用很少，而在硅薄膜上還不見應(yīng)用。由于硅基薄膜通常用物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積方法制備，具有不同于常規(guī)娃片的微觀結(jié)構(gòu)，因此其刻蝕工藝也將有別于娃片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)的貴金屬銀納米粒子催化刻蝕工藝技術(shù)，所述硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)為多孔結(jié)構(gòu)，具有成本低、減反射效果好和穩(wěn)定性高的特性。一種硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)的制備方法為
I、硅薄膜制備。鍍膜設(shè)備選用多靶直流磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。首先將純度99. 9999%的硅靶、純度99. 999%的銀靶和廉價(jià)硅片基體依次裝入真空室中，然后將真空室抽真空至6. OX 10_4帕，之后向真空室通入純度為99. 999%的氬氣，最后在所述基體上沉積厚度為0. 3飛微米的多晶硅薄膜。所述多晶硅薄膜沉積工藝硅靶功率為2(Tl50瓦，基體偏壓為？ 5(T 200伏，硅靶與基體的距離為4 12厘米，工作氣壓為0. ri. 0帕，基體溫度為50(T700攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘5 30轉(zhuǎn)。2、銀納米粒子沉積。在步驟I中最終所獲的多晶硅薄膜上繼續(xù)沉積銀納米粒子，所沉積的銀納米粒子厚度為2 20納米。所述沉積銀納米粒子工藝參數(shù)為銀靶功率2(T80瓦，基體偏壓(T 200伏，靶材與基體的距離4 12厘米，工作氣壓0. ri. 0帕，基體溫度為500^700攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘5 30轉(zhuǎn)。鍍膜結(jié)束后樣品隨真空室冷卻至室溫。3、貴金屬銀納米粒子催化刻蝕。將步驟2中最終所獲的鍍有銀納米粒子的多晶硅薄膜浸入刻蝕溶液中，于15 30攝氏度下刻蝕0. 5飛分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，即獲得發(fā)黑的硅薄膜。所述刻蝕溶液用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氟酸、30%過氧化氫和蒸餾水按照(1 8):(1 8) : 10體積比配制。4、銀納米粒子去除。將步驟3中最終所獲發(fā)黑硅薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2(T40%硝酸溶液室溫下浸泡1(T30分鐘，以去除殘留在所述發(fā)黑硅薄膜上的銀納米粒子，再先后用蒸餾水和乙醇沖洗干凈，冷風(fēng)吹干，即在硅薄膜表面獲得了減反射結(jié)構(gòu)。步驟I中所述的基體也可以為玻璃。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明所述工藝制備的多晶硅薄膜厚度僅為0. 3飛微米，且沉積在廉價(jià)玻璃或硅基體上，因此制作成本低廉。又由于貴金屬銀納米粒子是在沉 積完多晶硅薄膜后隨即利用相同的設(shè)備沉積而成，不僅成本低、可操作性強(qiáng)，且具有顆粒細(xì)小、分布均勻、不連續(xù)的特征，從而保證了對多晶硅薄膜的刻蝕效果。采用本發(fā)明所述工藝制備的多晶硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)對250-1000納米光譜波段的太陽光反射率降低至5%以下，為提高硅薄膜太陽能電池的效率提供了新的技術(shù)手段，為薄膜太陽能電池的穩(wěn)定、高效應(yīng)用提供了新思路。綜上所述，采用本發(fā)明所述工藝獲得的多晶硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)具有低成本、高效減反射、重現(xiàn)性好、性能穩(wěn)定的特征，本發(fā)明為制備低成本和高轉(zhuǎn)換效率的硅薄膜太陽能電池器件提供了一種可規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)途徑。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I
I、硅薄膜制備。鍍膜設(shè)備選用多靶直流磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。首先將純度99. 9999%的硅靶、純度99. 999%的銀靶和廉價(jià)硅片基體裝入真空室中，然后將真空室抽真空至6. OX 10_4帕，之后向真空室通入純度為99. 999%的氬氣，最后在所述基體上沉積厚度約為0. 5微米的多晶硅膜。所述多晶硅薄膜沉積工藝硅靶功率為50瓦，基體偏壓為？ 80伏，硅靶與基體的距離為6厘米，工作氣壓為0. 3帕，基體溫度為500攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘10轉(zhuǎn)。2、銀納米粒子沉積。在步驟(I)中最終所獲的多晶硅薄膜上繼續(xù)沉積銀納米粒子，所沉積的銀納米粒子厚度約為5納米。所述沉積銀納米粒子工藝參數(shù)為銀靶功率30瓦，基體偏壓？ 80伏，靶材與基體的距離6厘米，工作氣壓0. 3帕，基體溫度為500攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘10轉(zhuǎn)。鍍膜結(jié)束后樣品隨真空室冷卻至室溫。3、貴金屬銀納米粒子催化刻蝕。將步驟(2)中最終所獲的鍍有銀納米粒子的多晶硅薄膜浸入刻蝕溶液中，于20攝氏度下刻蝕0. 5分鐘后取出，大量蒸餾水沖洗干凈后，即獲得發(fā)黑的硅薄膜。所述刻蝕溶液用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氟酸、30%過氧化氫和蒸餾水按照I :I : 10體積比配制。4、銀納米粒子去除。將步驟(3)中最終所獲的發(fā)黑硅薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%硝酸溶液室溫下浸泡22分鐘，以去除殘留在所述發(fā)黑硅薄膜上的銀納米粒子，再先后用蒸餾水和乙醇沖洗干凈后吹干，即在硅薄膜表面獲得了減反射結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2
I、硅薄膜制備。鍍膜設(shè)備選用多靶直流磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。首先將純度99. 9999%的硅靶、純度99. 999%的銀靶和廉價(jià)硅片基體裝入真空室中，然后將真空室抽真空至6. OX 10_4帕，之后向真空室通入純度為99. 999%的氬氣，最后在所述基體上沉積厚度約為I. 5微米的多晶硅膜。所述多晶硅薄膜沉積工藝硅靶功率為80瓦，基體偏壓為？？120伏，硅靶與基體的距離為8厘米，工作氣壓為0.6帕，基體溫度為550攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘17轉(zhuǎn)。2、銀納米粒子沉積。在步驟(I)中最終所獲的多晶硅薄膜上繼續(xù)沉積銀納米粒子，所沉積的銀納米粒子厚度約為10納米。所述沉積銀納米粒子工藝參數(shù)為銀靶功率50瓦，基體偏壓？？120伏，靶材與基體的距離8厘米，工作氣壓0. 6帕，基體溫度為550攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘17轉(zhuǎn)。鍍膜結(jié)束后樣品隨真空室冷卻至室溫。3、貴金屬銀納米粒子催化刻蝕。將步驟(2)中最終所獲的鍍有銀納米粒子的多晶硅薄膜浸入刻蝕溶液中，于25攝氏度下刻蝕I分鐘后取出，大量蒸餾水沖洗干凈，即獲得發(fā)黑的硅薄膜。所述刻蝕溶液用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氟酸、30%過氧化氫和蒸餾水按照4 :5 :10體積比配制。 4、銀納米粒子去除。將步驟(3)中最終所獲的發(fā)黑硅薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%硝酸溶液室溫下浸泡16分鐘，以去除殘留在所述發(fā)黑硅薄膜上的銀納米粒子，再先后用蒸餾水和乙醇沖洗干凈后吹干，即在硅薄膜表面獲得了減反射結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3
I、硅薄膜制備。鍍膜設(shè)備選用多靶直流磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。首先將純度99. 9999%的硅靶、純度99. 999%的銀靶和廉價(jià)硅片基體裝入真空室中，然后將真空室抽真空至6. OX 10_4帕，之后向真空室通入純度為99. 999%的氬氣，最后在所述基體上沉積厚度約為3微米的多晶硅膜。所述多晶硅薄膜沉積工藝硅靶功率為120瓦，基體偏壓為？？160伏，硅靶與基體的距離為10厘米，工作氣壓為0. 9帕，基體溫度為650攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘25轉(zhuǎn)。2、銀納米粒子沉積。在步驟(I)中最終所獲的多晶硅薄膜上繼續(xù)沉積銀納米粒子，所沉積的銀納米粒子厚度約為15納米。所述沉積銀納米粒子工藝參數(shù)為銀靶功率70瓦，基體偏壓？？160伏，靶材與基體的距離10厘米，工作氣壓0. 9帕，基體溫度為650攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘25轉(zhuǎn)。鍍膜結(jié)束后樣品隨真空室冷卻至室溫。3、貴金屬銀納米粒子催化刻蝕。將步驟(2)中最終所獲的鍍有銀納米粒子的多晶硅薄膜浸入刻蝕溶液中，于20攝氏度下刻蝕2分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，即獲得發(fā)黑的硅薄膜。所述刻蝕溶液用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氟酸、30%過氧化氫和蒸餾水按照3 :3 :10體積比配制。4、銀納米粒子去除。將步驟(3)中最終所獲的發(fā)黑硅薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硝酸溶液室溫下浸泡20分鐘，以去除殘留在所述發(fā)黑硅薄膜上的銀納米粒子，再先后用蒸餾水和乙醇沖洗干凈后吹干，即在硅薄膜表面獲得了減反射結(jié)構(gòu)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，雖僅是對磁控濺射硅基薄膜的刻蝕，但事實(shí)上，本發(fā)明所述刻蝕工藝對磁控濺射之外的其他物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積方法沉積的硅基薄膜亦適用。
權(quán)利要求
1.一種硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是(I)、硅薄膜制備鍍膜設(shè)備選用多靶直流磁控濺射鍍膜系統(tǒng)；首先將純度99. 9999%的硅靶、純度99. 999%的銀靶和廉價(jià)硅片基體依次裝入真空室中，然后將真空室抽真空至6. OX 10_4帕，之后向真空室通入純度為99. 999%的氬氣，最后在所述基體上沉積厚度為O. 3飛微米的多晶硅薄膜；所述多晶硅薄膜沉積工藝硅靶功率為2(Γ150瓦，基體偏壓為？ 5(Γ 200伏，硅靶與基體的距離為Γ12厘米，工作氣壓為O. Γ1. O帕，基體溫度為50(Γ700攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘5 30轉(zhuǎn)；(2)、銀納米粒子沉積在步驟I中最終所獲的多晶硅薄膜上繼續(xù)沉積銀納米粒子，所沉積的銀納米粒子厚度為2 20納米；所述沉積銀納米粒子工藝參數(shù)為銀靶功率 2(Γ80瓦，基體偏壓(Γ 200伏，靶材與基體的距離Γ12厘米，工作氣壓O. Γ1. O帕，基體溫度為50(Γ700攝氏度，基體自轉(zhuǎn)速度為每分鐘5 30轉(zhuǎn)；鍍膜結(jié)束后樣品隨真空室冷卻至室溫；(3)、貴金屬銀納米粒子催化刻蝕將步驟2中最終所獲的鍍有銀納米粒子的多晶硅薄膜浸入刻蝕溶液中，于15 30攝氏度下刻蝕O. 5飛分鐘后取出，用蒸餾水沖洗干凈，即獲得發(fā)黑的硅薄膜；所述刻蝕溶液用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%氫氟酸、30%過氧化氫和蒸餾水按照(Γ8) (Γ8) :10體積比配制；(4)、銀納米粒子去除將步驟3中最終所獲發(fā)黑硅薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2(Γ40%硝酸溶液室溫下浸泡1(Γ30分鐘，以去除殘留在所述發(fā)黑硅薄膜上的銀納米粒子，再先后用蒸餾水和乙醇沖洗干凈，冷風(fēng)吹干，即在硅薄膜表面獲得了減反射結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種硅薄膜表面減反射結(jié)構(gòu)的制備方法為；1、硅薄膜制備首先將純度99.9999%的硅靶、純度99.999%的銀靶和廉價(jià)硅片基體依次裝入真空室中，然后將真空室抽真空，之后向真空室通入氬氣，最后在所述基體上沉積厚度為0.3~5微米的多晶硅薄膜；2、銀納米粒子沉積在步驟1中最終所獲的多晶硅薄膜上繼續(xù)沉積銀納米粒子，所沉積的銀納米粒子厚度為2~20納米；3、貴金屬銀納米粒子催化刻蝕；4、銀納米粒子去除將步驟3中最終所獲發(fā)黑硅薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20~40%硝酸溶液室溫下浸泡10~30分鐘，以去除殘留在所述發(fā)黑硅薄膜上的銀納米粒子，再先后用蒸餾水和乙醇沖洗干凈，冷風(fēng)吹干。本發(fā)明具有多孔結(jié)構(gòu)，具有成本低、減反射效果好和穩(wěn)定性高的特性。
文檔編號C23C14/35GK102694076SQ20121019270
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者張金林, 才慶魁, 楊雪飛, 王建明, 賀春林 申請人:沈陽大學(xué)