專利名稱：硅基太陽能電池表面嵌入式多孔硅結構減反射膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種硅基太陽能電池表面嵌入式多孔硅結構減反射膜的制備方法，屬電化學腐蝕技術領域。
背景技術：
目前對于單晶硅太陽能電池來說，工業(yè)上常采用Ti02、 MgF2， ZnS和Si3N4等減反射膜，其生產(chǎn)成本較高、工藝復雜。如何廉價可靠地制備硅基太陽能電池的減反射膜，是太陽能電池的光電轉換效率不斷提高、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關鍵技術之一。而微米尺度多孔硅作為太陽能電池的嵌入式減反射層有如下優(yōu)點
(1) 、表面嵌入式多孔硅具有較高的絨面織構密度，取向隨機、均勻性好，可被用來直接"面對"各個方向入射來的自然光線，大大增強光量子的捕獲概率，提高硅基半導體的內量子效率。在制備方面，傳統(tǒng)的NaOH或者KOH腐蝕溶液，只能將〈100>取向的單晶硅表面腐蝕成金字塔，作為陷光的絨面。然而，表面嵌入式多孔硅的制備，在技術上沒有晶向的局限性?？梢詫⑷魏稳∠虻膯尉А⒍嗑Щ蛭⒕Ч璧谋砻嬷苽涑汕度胧蕉嗫坠?。表面嵌入式多孔硅覆蓋在硅的表層，其減反射效果可以和其它復雜的薄膜結構相比擬，甚至好于雙層膜結構。
(2) 、表面嵌入式多孔硅太陽能電池具有良好的發(fā)展前景，采用電化學腐蝕法，制備嵌入式多孔硅的低成本化，以及易操作、易控制等特點，比其它方法(如離子朿濺射，激光燒蝕圖形化技術)更引人注目，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種通過電化學腐蝕的方法來制備和形成表面嵌入式多孔硅結構減反射層薄膜
本發(fā)明一種硅基太陽能電池表面嵌入式多孔硅結構減反射膜的制備方法，其特征在于具
有以下的過程和步驟
a. 選用太陽能電池硅襯底材料，它為直拉單晶硅、P型、晶向〈100>，厚度為200 24(^m，未拋光；首先將作為太陽能電池硅襯底材料的硅片放在氫氧化鈉磁性溶液中進行初步腐蝕，以除去硅片表面的機械損傷層；堿液的配制即氫氧化鈉與水的體積配比為1: 5;堿液的溫度
為8CTC;將所述硅片放置于所述堿液中，并在超聲波作用下腐蝕1 2分鐘；
b. 在所述硅片背面用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷法制備金屬鋁薄膜陽極電極，并使A1薄膜與襯底
硅片具有良好的歐姆接觸；另外在硅片另一側的正面通過導線連接一陰極電極鉑片或鉑絲；
c. 將硅片正面放置于氟氫酸溶液腐蝕液中浸泡1 2分鐘，以去除硅片表面的自然氧化
3層；氟氫酸溶液的配制即HF與H20的體積配比為1: 10;腐蝕液的溫度為26 30°C;
d.然后將硅片正面放在帶有超聲波頻率為40 60Hz的超聲條件下的容器中，并在電解液氟氫酸、水和乙醇組成的混合液中進行電化學腐蝕處理；所述的電解液為氟氫酸、水和有機溶劑乙醇的混合液，其三者的體積比為HF: H20: C2H50H=2: 1: 1;電解液的溫度為40 50°C;然后接通直流電源，電解腐蝕電流的面密度為5 10mA/cm2;電解腐蝕時間為40 60s;最終在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅結構的減反射層薄膜，其反射率平均為1.42%;該減反射層膜的厚度為380 1100nm，具有多孔結構。
本發(fā)明方法的特點和原理如下所述
用電化學腐蝕法，制備超低反射率的表面嵌入式多孔硅的過程中，采用鉑片作為陰極電極，硅片與A1的接觸作為陽極電極，在含HF酸的混合溶液中進行電化學腐蝕。陽極氧化過程中，想大的工藝參數(shù)包括環(huán)境溫度、混合溶液中酸的濃度、電流面密度、腐蝕時間、基體摻雜類型，電阻率，拋光程度等，它們對表面嵌入式多孔硅的結構及光學性能有很大的影響。
常用的電解液是一定濃度的HF和有機溶劑配成的混合溶液。實驗證明，在多孔硅的制備中加入有機溶劑能增加硅表面的浸潤性，降低電解液的表面張力。在陽極氧化過程中，有大量的氫氣產(chǎn)生，從而產(chǎn)生大量的氣泡。水具有很大的表面張力，當氫氣產(chǎn)生時，由于水的表面張力的緣故，使氫氣牢牢的吸附在硅的表面，不能自由的溢出，阻止下一步電化學反應。通過有機溶劑和超聲波的加入，可以減小腐蝕液的表面張力，有機溶劑的作用可由很多因素決定，比較重要的一點是有機溶劑在水中的溶解度。加入乙醇可以使多孔硅在深度上保持均勻性和一致性，并且還可以使多孔硅的表面形貌均勻。
本發(fā)明方法中，表面嵌入式多孔硅電化學形成機理如下所述
硅在HF水溶液中不斷地溶解， 一般情況下Si在HF中的化學腐蝕速度是極慢的，其表面的硅懸掛鍵被氫鈍化，可以組成Si-H和Si-&兩種鍵。在電化學過程中是陽極不斷有空穴從硅體內提供，擴散到表面附近的空穴將排斥已鈍化硅懸鍵的氫原子，使硅氫鍵減弱。F原子能夠置換一個H原子，同時釋放一個電子。失掉了一個H原子后，硅原子上的另一個H原子穩(wěn)定性下降，另外的F原子可以取而代之，并向硅釋放一個電子。放出的兩個H原子構成一個H2分子。失掉了 H原子鈍化的硅原子被HF溶解，產(chǎn)生SiF4。進而與F原子結合形成SiF6基團。即當空穴從體內遷移到硅表面，Si-H鍵斷裂，形成Si-F鍵。從而使Si-Si鍵被HF溶解。(見圖2所示)
電化學反應過程
<formula>formula see original document page 4</formula>SiF2 + 4HF — H2SiF6 + H2 t


圖1為本發(fā)明中用電化學腐蝕法制備減反射膜的裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明中表面嵌入式多孔電化學腐蝕法形成機理圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例
本實施例的過程和步驟如下所述
本實施例中所用的裝置參見附圖中的圖1。圖1為用電化學腐蝕法制備減反射膜或低反射率膜的裝置示意圖。該裝置為普通常用用實驗室裝置。
(1) 、選用太陽能電池硅襯底材料，它為直拉單晶硅、P型、晶向〈100〉，厚度為22(^m，未拋光；首先將作為太陽能電池硅襯底材料的硅片放在氫氧化鈉磁性溶液中進行初步腐蝕，以除去硅片表面的機械損傷層；堿液的配制即氫氧化鈉與水的體積配比為1: 5;堿液的溫度為8(TC;將所述硅片放置于所述堿液中，并在超聲波作用下腐蝕l分鐘；
(2) 、在所述硅片背面，也即上表面，用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷法制備金屬鋁薄膜陽極電極，并使A1薄膜與襯底硅片具有良好的歐姆接觸；另外在硅片另一側的正面，也即下表面，通過導線連接一陰極電極鉑片或鉑絲；
(3) 、將硅片正面放置于氟氫酸溶液腐蝕液中浸泡1分鐘，以去除硅片表面的自然氧化層；
氟氫酸溶液的配制即HF與H20的體積配比為1: 10;腐蝕液的溫度為26。C;
(4) 、然后將硅片正面放在帶有超聲波頻率為40Hz的超聲條件下的容器中，并在電解液氟氫酸、水和乙醇組成的混合液中進行電化學腐蝕處理；所述的電解液為氟氫酸、水和有機
溶劑乙醇的混合液，其三者的體積比為HF: H20: C2H5OH=2: 1: 1;電解液的溫度為40°C;
然后接通直流電源，電解腐蝕電流的面密度為5mA/cm2;電解腐蝕時間為40s;最終在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅結構的減反射層薄膜；該減反射層薄膜具有極低的反射率；其反射率平均為1.42%;該減反射層膜的厚度為700 900nm，具有多孔結構。
權利要求
1、一種硅基太陽能電池表面嵌入式多孔硅結構減反射膜的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟a.選用太陽能電池硅襯底材料，它為直拉單晶硅、P型、晶向&lt;100&gt;，厚度為200～240μm，未拋光；首先將作為太陽能電池硅襯底材料的硅片放在氫氧化鈉磁性溶液中進行初步腐蝕，以除去硅片表面的機械損傷層；堿液的配制即氫氧化鈉與水的體積配比為1∶5；堿液的溫度為80℃；將所述硅片放置于所述堿液中，并在超聲波作用下腐蝕1～2分鐘；b.在所述硅片背面用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷法制備金屬鋁薄膜陽極電極，并使Al薄膜與襯底硅片具有良好的歐姆接觸；另外在硅片另一側的正面通過導線連接一陰極電極鉑片或鉑絲；c.將硅片正面放置于氟氫酸溶液腐蝕液中浸泡1～2分鐘，以去除硅片表面的自然氧化層；氟氫酸溶液的配制即HF與H2O的體積配比為1∶10；腐蝕液的溫度為26～30℃；d.然后將硅片正面放在帶有超聲波頻率為40～60Hz的超聲條件下的容器中，并在電解液氟氫酸、水和乙醇組成的混合液中進行電化學腐蝕處理；所述的電解液為氟氫酸、水和有機溶劑乙醇的混合液，其三者的體積比為∶HF∶H2O∶C2H5OH＝2∶1∶1；電解液的溫度為40～50℃；然后接通直流電源，電解腐蝕電流的面密度為5～10mA/cm2；電解腐蝕時間為40～60s；最終在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅結構的減反射層薄膜，其反射率平均為1.42％；該減反射層膜的厚度為380～1100nm，具有多孔結構。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅基太陽能電池表面嵌入式多孔硅結構減反射膜的制備方法，屬電化學腐蝕技術領域。本發(fā)明方法的要點是先在硅片背面用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷法制備金屬鋁薄膜陽極電極，并使Al與硅具有良好的歐姆接觸，另外以鉑片或鉑絲為陰極電極。然后將硅片正面放在HF∶H₂O＝1∶10(體積比)的腐蝕液中浸泡1分鐘；腐蝕液的溫度為26℃；然后將硅片正面再放入帶有超聲波頻率為40～60Hz的超聲條件下的容器中，并在電解液HF∶H₂O∶C₂H₅OH＝2∶1∶1(體積比)的混合液中進行電化學腐蝕處理；電解液的溫度為40℃。電解腐蝕電流的面密度為5～10mA/cm²；電解腐蝕時間為40～60s；最終在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅結構的減反射層薄膜，其反射率平均為1.42％。
文檔編號C30B33/10GK101673785SQ200910196529
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權日2009年9月25日
發(fā)明者張楠生, 馬忠權 申請人:上海大學