專利名稱：一種單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
絨面結(jié)構(gòu)的制備是晶體硅太陽能電池生產(chǎn)工藝中的一道常用工序，絨面結(jié)構(gòu)能夠有效減少入射光在硅片表面的反射損失，增加光的利用率，進(jìn)而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。如圖 1所示，目前采用的絨面典型結(jié)構(gòu)為絨面金字塔結(jié)構(gòu)。對(duì)于光面的硅片而言，入射到表面的太陽光中約有33%的光被表面反射出去，無法被電池吸收利用。而對(duì)于絨面金字塔結(jié)構(gòu)而言，由于表面存在的金字塔結(jié)構(gòu)，入射后的反射光會(huì)再次發(fā)生二次入射，降低反射損失?，F(xiàn)有技術(shù)中，制備絨面結(jié)構(gòu)主要采用化學(xué)腐蝕的方法，利用單晶硅片腐蝕的各向異性，低濃度的堿溶液對(duì)晶體硅在不同晶體取向上具有不同的腐蝕速率的原理，將單晶硅片直接浸入堿液中，采用一定的工藝參數(shù)配比，在硅片的上、下表面同時(shí)腐蝕出密布的金字塔形狀的表面形貌。圖2為采用現(xiàn)有技術(shù)制備的絨面結(jié)構(gòu)和光面結(jié)構(gòu)的光反射率的對(duì)比示意圖，由圖2可知，通過這種化學(xué)腐蝕的方法制備的絨面結(jié)構(gòu)，在300 1100納米(nm)波長(zhǎng)之間的入射光反射損失要比光面損失更小，能夠使更多的光入射到電池內(nèi)，增加光的利用率。然而，在實(shí)現(xiàn)上述絨面結(jié)構(gòu)制備的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題化學(xué)腐蝕的方法制備的絨面結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)于光面結(jié)構(gòu)減少了太陽光的反射損失，但由于該方法制備的絨面金字塔尺寸通常在3 15微米(um)量級(jí)之間，大大高于入射光波長(zhǎng)，由圖2可知，在吸收太陽光最強(qiáng)的600nm波長(zhǎng)段仍有不低于15%的反射率，使電池效率受到限制。另外，該方法絨面的形成速度較慢，通常需要約30分鐘(min)的腐蝕才能制備出絨面結(jié)構(gòu)，制約了產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法，能夠有效減少絨面入射光的反射損失，提高了絨面的形成速度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案一種單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法，包括在硅片表面沉積離散的金屬顆粒；利用氫氟酸(HF)和雙氧水(H2O2)的混合溶液對(duì)所述沉積了金屬顆粒的硅片進(jìn)行腐蝕，在所述硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明提供的單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法，能夠得到尺寸更加微細(xì)的單晶硅的絨面結(jié)構(gòu)，有效減少了入射光的反射損失；而且，本發(fā)明提供的制備方法，絨面的形成速度快，有效節(jié)省了工藝時(shí)間，提高了產(chǎn)能。


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圖1為現(xiàn)有技術(shù)制備的絨面的典型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)制備的制備的絨面結(jié)構(gòu)和光面結(jié)構(gòu)的反射率的對(duì)比示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法的流程圖；圖4(a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法的原理示意圖；圖4(b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法的又一原理示意圖；圖4(c)為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法的另一原理示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的制備方法的流程圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例一進(jìn)行金屬顆粒沉積后的硅片形貌圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例一制備的絨面結(jié)構(gòu)形貌圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例一制備的絨面結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)制備的絨面結(jié)構(gòu)發(fā)射率的對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法的實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。其中所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例， 都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明的實(shí)施例提供的絨面的制備方法，如圖3所示的流程圖，包括Sl 1，在硅片表面沉積離散的金屬顆粒；S12，利用氫氟酸和雙氧水的混合溶液對(duì)所述沉積了金屬顆粒的硅片進(jìn)行腐蝕，在所述硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例提供的絨面制備方法，可稱之為金屬催化硅腐蝕法。目前在科研領(lǐng)域，金屬催化硅腐蝕法主要用來制備硅納米結(jié)構(gòu)，如量子點(diǎn)，多孔硅，納米線等。它的主要原理是在強(qiáng)氧化性HF酸溶液環(huán)境下，金屬顆粒作為催化劑，通過電化學(xué)反應(yīng)使與金屬顆粒接觸的硅表面發(fā)生氧化，氧化層被HF腐蝕，伴隨著電化學(xué)能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，金屬顆粒向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步腐蝕與金屬顆粒接觸的硅表面。以硅片表面沉積了銀(Ag)顆粒為例，當(dāng)把表面沉積了 Ag顆粒的硅片浸入HF和H2A的混合溶液時(shí)，如圖4(a)所示，在Ag顆粒表面，發(fā)生陰極反應(yīng)H202+2H++2e- — 2H20而在Ag顆粒下的硅表面，發(fā)生陽極反應(yīng)，與Ag顆粒接觸的硅表面發(fā)生氧化Si+2H20 — Si02+4H++4e-接著，如圖4(b)和圖4(c)所示，SiO2層被HF腐蝕，并伴隨著電化學(xué)能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，Ag顆粒向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步腐蝕與Ag顆粒接觸的硅表面Si02+6HF — H2SiF6+2H20Si+6HF — H2SiF6+4H++4e-在腐蝕液中發(fā)生的總反應(yīng)為Si+2H202+6HF — H2SiF6+4H20根據(jù)不同的工藝參數(shù)配比，通過上述反應(yīng)過程，將在硅片表面形成多種形貌。而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過金屬催化的硅腐蝕是各向異性的，其腐蝕方向垂直于硅片的(100)面，金屬催化的硅腐蝕的形貌取決于金屬顆粒的形狀尺寸，以及腐蝕時(shí)間。因此，通過控制金屬顆粒的形狀尺寸以及腐蝕時(shí)間，使金屬顆粒的尺寸較小且腐蝕時(shí)間較短時(shí)，就可以在硅片表面形成小尺寸的絨面結(jié)構(gòu)?；谏鲜鲈?，本發(fā)明實(shí)施例提供的絨面的制備方法，通過控制金屬顆粒的形狀尺寸以及腐蝕時(shí)間，能夠得到尺寸更加微細(xì)的單晶硅的絨面結(jié)構(gòu)，在與入射波長(zhǎng)可比的情況下，有效減少了入射光的反射損失；而且，本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法，絨面的形成速度快，有效節(jié)省了工藝時(shí)間，提高了產(chǎn)能。其中需要指出的是，根據(jù)上述金屬催化硅腐蝕的原理，為了形成凹凸交替的絨面結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例中的Sll步驟所沉積的金屬顆粒在硅片表面的分布是離散的。由于金屬顆粒的尺寸決定著絨面結(jié)構(gòu)的尺寸，而微細(xì)的絨面結(jié)構(gòu)能夠有效減少入射光的損失，因此，要使沉積的金屬顆粒尺寸較小并細(xì)密排列，優(yōu)選的，所沉積的金屬顆粒為納米量級(jí)的金屬顆粒。另外，為了后續(xù)制備的電池的性能，要保證絨面形貌的均勻性，要使沉積的金屬顆粒在硅片表面分布均勻。其中，Sll步驟沉積的金屬顆?？梢詾榻饘俳?Au)顆?；駻g顆?；蜚f(Pt)顆粒等。進(jìn)一步的，Sll步驟可以采用多種方法在硅片表面沉積離散的金屬顆粒，例如采用物理氣相沉積法(濺射法或蒸鍍法等)在硅片表面沉積離散的金屬顆粒或者采用印刷、噴涂或旋涂包含金屬顆粒的膠狀物質(zhì)在硅片表面沉積離散的金屬顆?；蛘卟捎秒婂兓蚧瘜W(xué)鍍的方法在硅片表面沉積離散的金屬顆粒等，如果電鍍或化學(xué)鍍的方法沉積的金屬顆粒的數(shù)量較多，可通過稀釋減少金屬顆粒數(shù)量。進(jìn)一步的，基于前文所述的金屬催化的硅腐蝕原理，S12步驟具體的過程為將 Sll步驟沉積了金屬顆粒的硅片浸入混合溶液，在所述金屬顆粒的催化作用下，與所述金屬顆粒接觸的硅片表面被所述混合溶液腐蝕，在所述硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)。金屬顆粒會(huì)沿著腐蝕掉的硅表面向下移動(dòng)，與所述金屬顆粒接觸的硅表面會(huì)進(jìn)一步被腐蝕。另外需要注意的是，S12步驟中，腐蝕液中HF和H2O2的濃度可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置， 要根據(jù)腐蝕液的濃度和實(shí)際情況等設(shè)定對(duì)沉積金屬顆粒的硅片的腐蝕時(shí)間，腐蝕時(shí)間不宜過長(zhǎng)，過長(zhǎng)的腐蝕時(shí)間容易造成腐蝕過度，不能得到理想的絨面結(jié)構(gòu)。由于金屬顆粒在S12步驟中作為催化劑，因此在S12步驟后，還包括去除金屬顆粒的步驟。通常將S12步驟腐蝕過的硅片浸入碘化鹽或硝酸鹽溶液中，然后再用鹽酸(HCl) 溶液清洗以去除金屬顆粒。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過一個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例一本實(shí)施例提供的絨面的制備方法，如圖5所示的流程圖，包括下列步驟S21，對(duì)硅片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗；S21，采用化學(xué)鍍的方法，將硅片浸入HF和硝酸銀(AgNO3)的混合溶液中，在硅片表面沉積離散的Ag顆粒。本步驟是在室溫下進(jìn)行的，反應(yīng)時(shí)間為lmin，采用的HF和AgNO3的混合溶液中，HF 的濃度為10%、AgNO3的濃度為0. 01 0. 03Mol/L。經(jīng)過本步驟后，硅片表面將沉積有離散的，分布均勻的Ag顆粒。經(jīng)過該步驟后，硅片表面的形貌如圖6所示，圖中白色粒狀物為沉積的Ag顆粒，由圖可知，所沉積的Ag顆粒是離散的，分布均勻致密，顆粒大小約為60 200nm。S23，將硅片浸入HF和H2A的混合溶液中進(jìn)行腐蝕；本步驟的腐蝕時(shí)間為20秒，采用的混合溶液中，HF的濃度為10%，H2O2的濃度為 0. 6%。S24，去除 Ag 顆粒；本步驟采用的去除Ag顆粒的方法是將S23步驟腐蝕后的硅片浸入濃度為 0. 05Mol/L的KN03水溶液中3min，然后取出硅片再浸入HCl溶液進(jìn)行清洗。S25，對(duì)硅片進(jìn)行去離子水清洗并甩干。這樣，本實(shí)施例完成了制備絨面結(jié)構(gòu)的整個(gè)流程，所制備的絨面結(jié)構(gòu)如圖7所示， 由圖可知，本實(shí)施例制備的絨面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)孔洞和凸起交替的形貌，其中孔洞的深度即腐蝕深度約為180 240nm，代表S23步驟的腐蝕速率為9 12nm/s。為了驗(yàn)證本實(shí)施例制備的絨面結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)射率的改善能力，對(duì)制備的樣品進(jìn)行了反射率的測(cè)試，并和現(xiàn)有技術(shù)采用堿溶液腐蝕制備的絨面結(jié)構(gòu)的反射率進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖8所示，由圖8可知，在300 IlOOnm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，本實(shí)施例制備的絨面結(jié)構(gòu)的反射損失均小于堿腐蝕制備的絨面結(jié)構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明提供的絨面的制備方法，能夠得到更微細(xì)的絨面結(jié)構(gòu)，改善了絨面結(jié)構(gòu)的反射率，有效減少了反射損失；而且，腐蝕的時(shí)間短，絨面的形成速度快，有效節(jié)省了工藝時(shí)間，提高了產(chǎn)能。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括 在硅片表面沉積離散的金屬顆粒；利用氫氟酸和雙氧水的混合溶液對(duì)所述沉積了金屬顆粒的硅片進(jìn)行腐蝕，在所述硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬顆粒為納米量級(jí)的金屬顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬顆粒為金顆?；蜚y顆?；蜚f顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述在硅片表面沉積離散的金屬顆粒具體為采用物理氣相沉積法在硅片表面沉積離散的金屬顆粒；或者采用印刷、噴涂或旋涂包含金屬顆粒的膠狀物質(zhì)在硅片表面沉積離散的金屬顆粒；或者采用電鍍或化學(xué)鍍的方法在硅片表面沉積離散的金屬顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述利用氫氟酸和雙氧水的混合溶液對(duì)所述沉積了金屬顆粒的硅片進(jìn)行腐蝕的步驟具體為將所述沉積了金屬顆粒的硅片浸入所述混合溶液，在所述金屬顆粒的催化作用下，與所述金屬顆粒接觸的硅片表面被所述混合溶液腐蝕，在所述硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)鍍的方法，將硅片浸入氫氟酸和硝酸銀的混合溶液中，在硅片表面沉積離散的金屬銀顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氫氟酸和硝酸銀的混合溶液中，所述氫氟酸的濃度為10%，所述硝酸銀的濃度為0. 01 0. 03MO1/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述氫氟酸和雙氧水的混合溶液中， 氫氟酸的濃度為10%、雙氧水的濃度為0. 6%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，對(duì)所述沉積了金屬顆粒的硅片進(jìn)行腐蝕的時(shí)間為20秒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單晶硅絨面結(jié)構(gòu)的制備方法，涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，為能夠有效減少絨面入射光的反射損失、提高絨面的形成速度而發(fā)明。所述單晶硅絨面的制備方法，包括在硅片表面沉積離散的金屬顆粒；利用氫氟酸和雙氧水的混合溶液對(duì)所述沉積了金屬顆粒的硅片進(jìn)行腐蝕，在所述硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可用于太陽能電池的制作工藝中。
文檔編號(hào)C30B33/10GK102234845SQ20101015462
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者肖青平 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司