專利名稱：：磁場下制備硅太陽能電池絨面的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種磁場下酸性溶液中制備硅太陽能電池高效絨面的方法，屬于無機材料
技術領域：
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背景技術：
：太陽能是一種潔凈、無污染、取之不盡用之不竭的自然能源，人類賴以生存的自然資源幾乎全部轉換于太陽能，將太陽能直接轉換為電能是大規(guī)模利用太陽能的一項重要技術基礎。自1954年貝爾實驗室開發(fā)出效率為6%的第一個多晶硅太陽電池，直至現(xiàn)在太陽電池市場以每年35%的速度遞增，其中多晶硅太陽電池的市場占有量在50%以上，而且由于多晶硅太陽電池價格低廉，其市場份額在最近幾年中不斷攀升。在短短的半個世紀里，太陽電池已經(jīng)完成了第一代晶體硅電池研究，正處于第二代薄膜電池研究高峰，并繼續(xù)朝第三代高效率電池努力。隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭和石油價格的不斷上升，以及人們對自身生存環(huán)境要求的不斷提升，積極尋找新的替代能源已刻不容緩，作為無污染的清潔能源，太陽電池必將會得到迅速的發(fā)展。而作為現(xiàn)今占據(jù)太陽電池絕大部分市場的晶體硅太陽電池，其制備技術一直代表著整個太陽電池工業(yè)的制備技術水平。尤其是在最近幾年里，無論是在降低生產(chǎn)成本方面，還是在提升電池轉換效率方面，硅太陽電池制備工藝都取得了飛速的進步。如何提高硅片轉換效率是太陽電池研究的重點課題之一，多晶硅的選擇是降低太陽能光伏發(fā)電成本的有效手段之一，而有效地減少太陽光在多晶硅片表面的反射損失是提高太陽電池轉換效率的一個重要方法。為了有效地降低硅表面的反射，提高陷光效果，絨面制備是一個非?？尚械墓に嚕嗑Ч杞q面己經(jīng)成為近幾年國內(nèi)外研究的熱點。理想的多晶硅絨面為類似于半球形的"凹陷"，現(xiàn)已有多種制備多晶硅絨面的方法，包括機械刻槽法，激光刻蝕法，反應離子刻蝕法。雖已取得了成功，但對原料和設備都有較高要求，不適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。由于各向同性化學腐蝕法具有工藝簡單，廉價優(yōu)質并且和現(xiàn)有工藝能很好地兼容等特點，成為近幾年人們研究的熱點。各向同性化學腐蝕法可以在硅表面形成不規(guī)則的"凹陷"，但是"凹陷"的大小和形狀不易控制，使得各向同性化學腐蝕方法難以制得高質量的絨面。近年來，磁場強度超過10T的超導強磁場的應用巳受到人們的廣泛重視。強磁場因其強大的磁化作用，可以使得非鐵磁性物質也能顯示出內(nèi)稟磁性，如水、塑料、木材等可在強磁場中懸浮。與普通磁場作用于宏觀的物體不同，強磁場能夠將高強度的磁能傳遞到物質的原子尺度，改變原子的排列、匹配和遷移等行為，從而對材料的組織和性能產(chǎn)生深遠的影響。在材料制備中，磁場能控制材料生長過程中的形態(tài)、大小、分布和取向等，從而影響材料的組織結構，最終獲得具有優(yōu)良性能的新材料。通過磁場的磁化效應在酸性氧化劑溶液中制備多晶硅太陽能電池高效絨面的技術尚沒有出現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種磁場下酸性氧化劑溶液中制備多晶硅太陽能電池絨面的方法，通過該方法可以在多晶硅片表面生長致密均勻的絨面，從而實現(xiàn)磁場下多晶硅太陽電池絨面的高效均勻產(chǎn)生。本發(fā)明的技術方案如下一種磁場下制備硅太陽能電池絨面的方法，采用磁場下酸性氧化劑化學腐蝕的方法在多晶硅片表面生長致密均勻的絨面，該方法具有以下工藝步驟a.將多晶硅片放入配好反應液的絨面制備反應器中使其反應，同時將絨面制備反應器放置于磁場中，所述反應液的配比為硝酸或鉻酸質量百分數(shù)為0.05%15%，氫氟酸的質量百分數(shù)為1%30%，磷酸或醋酸的質量百分數(shù)為1%30%;反應液的溫度保持在0。C30。C;b.多晶硅片在酸性溶液中反應結束后，在0.5%3%的氫氧化鈉溶液中清洗15分鐘；c.磁場施加于多晶硅太陽能電池絨面制備的整個階段，磁場強度保持在10T以下，絨面制備時間145分鐘。進一步地，所述的反應液配比為硝酸質量百分數(shù)2%，氫氟酸質量百分數(shù)10%，醋酸質量百分數(shù)10%，溶液溫度為20。C;氫氧化鈉質量百分數(shù)1%。本發(fā)明的化學腐蝕反應機理是HN03是一種氧化劑，給硅表面提供空穴，打破硅表面的Si-H鍵，使硅氧化成為Si02;HF作為絡合劑，溶解并去除Si02層，生成絡合物H2SiF6;醋酸或磷酸作為腐蝕液的催化劑和緩沖劑來控制腐蝕速率，不影響表面制絨的效果。反應方程式為Si+6HF+HN03—H2SiF6+HN02+H20+H2丁該反應是放熱反應，腐蝕過程中，硅片表面會產(chǎn)生多孔硅層，盡管其具有低的反射率，但其具有高電阻和高的表面復合率，不適合于太陽能電池的生產(chǎn)，所以使用NaOH溶液去除。本發(fā)明將絨面制備反應器放置于磁場中，高純多晶硅片浸于電子純的硝酸或鉻酸的酸性水溶液中，通過計算機精確控制冷卻器使溶液維持在適宜的溫度，由于硅與硝酸反應，因此硅片表面被氧化；同時，由于磁場強大的作用，適當?shù)拇艌鰪姸瓤梢杂行Э刂葡跛?、空穴、電子和氫離子的運動方向，使得空穴、電子和氫離子快速均勻的向硅片表面運動，與硅片發(fā)生反應，同時低濃度的酸性溶液也使硅片表面的氣泡迅速脫離硅片，從而實現(xiàn)了磁場下多晶硅太陽能電池絨面的高效均勻產(chǎn)生。將多晶硅太陽能電池絨面的制備過程置于強磁場中進行，利用強磁場對物質極強的磁化力、磁能作用以及對運動電荷的洛侖茲力，能增強反應物的活化和離解，促進硅原子、硝酸、空穴、電子、氫氟酸等反應粒子之間的相互作用，使硝酸、空穴迅速向硅片表面運動。在絨面制備過程中，"凹陷"迅速均勻生長，影響并且控制多晶硅太陽電池絨面的生長過程。在磁場的強大作用下，溶液對硅形成了理想的非擇優(yōu)腐蝕，導致了完美球面形腐蝕坑的形成。磁場下制備出的多晶硅太陽能電池絨面，絨面的質量得到了明顯改善，"凹陷"均勻致密，表面反射率降低，陷光效果增加，同時降低絨面的生長時間、提高絨面的生長速率，較低的表面反射率有效提高了太陽能電池的轉換效率。圖1為本發(fā)明的絨面制備反應器結構示意圖；附圖標號說明1_制絨槽，2—樣品籃，3_底架，4一熱電偶，5—控制柜，6—制絨槽蓋，7_強磁場裝置，8—冷卻系統(tǒng)。具體實施例方式本發(fā)明采用磁場下制備多晶硅太陽能電池絨面技術，從而制備出高質量、均勻的絨面。原料是電子純的硝酸或鉻酸，電子純的氫氟酸，電子純的磷酸或醋酸，多晶硅片，電子純的氫氧化鈉，釆用帶計算機精確控制冷卻器的制絨槽。首先，絨面制備反應器中通入一定量的去離子水，剛好超過硅片的高度，然后加入一定量的硝酸或鉻酸、氫氟酸、磷酸或醋酸。其中硝酸或鉻酸在反應液中的質量百分數(shù)保持在0.05%15%，氫氟酸在反應液中的質量百分數(shù)保持在1%30%，磷酸或醋酸在反應液中的質量百分數(shù)保持在1%30%;然后將多晶硅片放入配好反應液的制絨槽l中，再將制絨槽l放置于磁場中，在磁場條件下，磁場強度保持在10T以下，采用磁場下冷卻生長模式制備太陽電池絨面，溶液的溫度保持在0'C3(TC之間，絨面制備時間145分鐘。在酸性溶液中反應結束后，多晶硅片在0.5%3%的氫氧化鈉溶液中清洗15分鐘。具體實驗裝置可參見附圖1。本發(fā)明的特點是在磁場中制備多晶硅太陽能電池絨面，本發(fā)明方法中以多晶硅片為原料，電子純的硝酸或鉻酸、電子純的氫氟酸、電子純的磷酸或醋酸為反應物，在磁場的作用下，使制絨槽內(nèi)的多晶硅片表面形成均勻的絨面，即生長均勻致密的"凹陷"。本發(fā)明方法能快速制備高質量、低反射率的"凹陷"絨面，并能及時除去硅片表面的氣泡，適合致密、均勻"凹陷"絨面的制作。用本發(fā)明方法制備的多晶硅絨面致密而均勻，表面反射率低，陷光效果顯著增加，有效提高了太陽能電池的光電轉化效率，同時能保證制備的多晶硅太陽能電池絨面質量的穩(wěn)定?，F(xiàn)結合附圖對實施例做進一步描述將多晶硅片經(jīng)過去離子水超聲清洗后，然后放入圖1所示的制絨槽1內(nèi)的樣品籃2上進行絨面制備，同時整個制絨槽裝置放置于強磁場裝置7中進行，并且樣品籃2在強磁場裝置7的中間位置，超導磁場連續(xù)可調(diào)。如圖1所示，樣品籃2放置于制絨槽1中的底架3上，冷卻系統(tǒng)8與熱電偶4組合可精確控制制絨槽1中溶液的溫度。采用多晶硅片為原料，電子純的硝酸或鉻酸、電子純的氫氟酸和電子純磷酸或醋酸為反應物。上述原料在各實施例中的濃度如下表所示，熱電偶4置于底架3下方，通過控制器5將溶液溫度進行控制。磁場強度保持在10T以下，適當調(diào)節(jié)強磁場裝置7獲得合適的磁場強度，使得多晶硅在酸性溶液中的絨面制備順利進行。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>對通過上述各實施例制得的多晶硅絨面樣品采用光學顯微鏡觀察，絨面"金字塔"致密且大小均勻。通過分光光度計進行絨面反射率測量，其反射率低于8%。制成太陽能電池后，測量表明光電轉換效率可以提高5%以上，表明該方法制備的多晶硅太陽能電池絨面為高質量的絨面。權利要求1.一種磁場下制備硅太陽能電池絨面的方法，其特征在于采用磁場下酸性氧化劑化學腐蝕的方法在多晶硅片表面生長致密的絨面，該方法具有以下工藝步驟a.將多晶硅片放入配好反應液的絨面制備反應器中使其反應，同時將絨面制備反應器放置于磁場中，所述反應液的配比為硝酸或鉻酸的質量百分數(shù)為0.05％～15％，氫氟酸的質量百分數(shù)為1％～30％，醋酸或磷酸的質量百分數(shù)為1％～30％；反應液的溫度保持在0℃～30℃；b.多晶硅片在酸性溶液中反應結束后，在0.5％～3％的氫氧化鈉溶液中清洗1～5分鐘；c.磁場施加于多晶硅太陽能電池絨面制備的整個階段，磁場強度保持在10T以下，絨面制備時間1～45分鐘。2、根據(jù)權利要求l所述的磁場下制備硅太陽能電池絨面的方法，其特征在于所述的反應液配比為硝酸質量百分數(shù)2%，氫氟酸質量百分數(shù)10%，醋酸質量百分數(shù)10%，溶液溫度為2(TC;氫氧化鈉質量分數(shù)1%。全文摘要本發(fā)明公開了一種磁場下制備硅太陽能電池絨面的方法，具有以下工藝步驟首先，將多晶硅片放入配好酸性反應液的絨面制備反應器中使其反應，同時將絨面制備反應器放置于磁場中，反應液的配比為硝酸或鉻酸質量百分數(shù)為0.05％～15％，氫氟酸的質量百分數(shù)為1％～30％，磷酸或醋酸的質量百分數(shù)為1％～30％；反應液的溫度保持在0℃～30℃，多晶硅片在酸性溶液中反應結束后，在0.5％～3％的氫氧化鈉溶液中清洗1～5分鐘；其次，磁場施加于多晶硅太陽能電池絨面制備的整個階段，磁場強度保持在0～10T，絨面制備時間1～45分鐘。通過該方法可以在多晶硅片表面生長致密均勻的絨面，從而實現(xiàn)磁場下酸性氧化劑多晶硅太陽電池絨面的高效均勻產(chǎn)生。文檔編號H01L21/02GK101409313SQ20081020292公開日2009年4月15日申請日期2008年11月19日優(yōu)先權日2008年11月19日發(fā)明者張根發(fā),楊文平,蘇青峰,韓新江申請人:張根發(fā)