專利名稱：一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池絨面的制備方法，具體涉及一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法。
背景技術(shù)：
能源缺乏、全球氣候變暖以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，促進(jìn)了可再生能源的快速發(fā)展，而太陽能具有清潔、無污染，取之不盡用之不竭等突出優(yōu)點，成為未來理想能源之一。目前太陽能電池中占主要地位的是單晶硅和多晶硅太陽能電池。在太陽能電池的研究中，優(yōu)化電池的結(jié)構(gòu)，提高其轉(zhuǎn)換效率一直是人們研究的熱點。表面織構(gòu)化(制作絨面)是提高電池轉(zhuǎn)換效率的重要手段。經(jīng)過拋光的硅片，表面對陽光的反射率超過30%，如果不對表面進(jìn)行處理，損失將很嚴(yán)重。而經(jīng)過織構(gòu)處理后，表面變得粗糙，光線可在表面經(jīng)歷多次反射，將光線反射損失減小到10%左右，從而增加了光的吸收率，提高了電池的效率。傳統(tǒng)的太陽能電池絨面結(jié)構(gòu)主要是金字塔結(jié)構(gòu)，其能較好的降低硅片的反射率， 因而得到了廣泛應(yīng)用。該太陽能電池絨面的制備方法是濕化學(xué)腐蝕技術(shù)，主要有酸性溶液和堿性溶液兩種基本的腐蝕體系。該方法具有低成本、高可靠性、高產(chǎn)能及優(yōu)越的刻蝕選擇比等優(yōu)點，但仍然存在以下缺點1)需大量使用較高成本的反應(yīng)溶液及去離子水；2)濕法腐蝕剝蝕硅的厚度一般達(dá)到微米量級，不適合在薄膜電池中使用；3)化學(xué)藥品處理時操作人員面臨很大的安全問題；4)氣泡形成及化學(xué)腐蝕液無法完全與晶圓表面接觸所造成的不完全及不均勻的腐蝕；5)會產(chǎn)生大量的廢氣及潛在的爆炸性。目前，出現(xiàn)了新的太陽能電池絨面結(jié)構(gòu)，如文獻(xiàn)Silicon nanowire solar cells, App 1. Phys. Lett. 91，233117(2007)公開了一種太陽能電池柱狀絨面結(jié)構(gòu)，該柱體的平均直徑在納米量級，分布均勻且垂直于Si片表面，形成納米柱狀結(jié)構(gòu)，使光線反射損失減小了一到兩個數(shù)量級。其制備方法是vapour-liquid-solid(VLQ生長法，該制備方法步驟繁多，操作復(fù)雜，且危險性較高。另一方面，等離子體刻蝕技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其工作原理是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活為活性粒子，如原子或游離基，這些活性離子擴(kuò)散到需要刻蝕的部位，與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除，從而達(dá)到刻蝕的目的。等離子刻蝕的優(yōu)點是橫向腐蝕小、鉆蝕小，無化學(xué)廢液，分辨率高，操作安全、簡便，處理過程未引入污染，易于實現(xiàn)自動化，表面損傷小等。雙頻容性耦合等離子體(Dual-frequency Capacitively Coupled Plasma, DF-CCP)是通過分別施加在上、下兩個極板上的高、低射頻功率源共同激發(fā)產(chǎn)生的，其中高頻源主要用來控制等離子體的密度，低頻源則主要是用來控制離子在鞘層中的運(yùn)動特征，也就是說，低頻電源主要是用來控制到達(dá)基片表面的離子能量，從而實現(xiàn)了離子通量和能量的獨立調(diào)控，改善了等離子體的可控性，拓寬了基片刻蝕的工藝窗口。要實現(xiàn)各向異性刻蝕，還需要對轟擊到基片上的離子能量與角度實現(xiàn)有效的控制，而雙頻CCP中的低頻電源正是通過改變離子在鞘層區(qū)的運(yùn)動特性來實現(xiàn)對其能量與
3角度的有效控制。由于高頻源對離子能量控制能力有限，因此增加一個低頻電源就會給放電裝置提供額外的靈活性，利用高頻和低頻兩個電源同時驅(qū)動，可以獨立地控制離子通量和轟擊到基片上的離子能量。通過調(diào)節(jié)施加在高頻電源上的電壓，可以控制等離子體密度進(jìn)而控制入射到鞘層上的離子通量，通過調(diào)節(jié)施加在低頻源上的電壓，則可以對離子的能量進(jìn)行有效的控制。而且容性耦合放電無需外加磁場的輔助，裝置的結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低。DF-CCP其可以產(chǎn)生大面積均勻的等離子體，通過調(diào)節(jié)高低頻電源的放電參數(shù)可以有效地控制等離子體密度，能量和角度分布。然而，目前等離子體刻蝕技術(shù)雖然也可以用來制備太陽能電池的絨面結(jié)構(gòu)，但由于其制備的絨面結(jié)構(gòu)通常在納米級別，因此目前僅僅應(yīng)用于硅薄膜太陽能電池中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法，以獲得納米柱狀的絨面結(jié)構(gòu)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法，包括如下步驟
(1)硅片的清洗先用堿性過氧化氫溶液清洗，然后用去離子水清洗，接著用酸性過氧化氫溶液清洗，再用去離子水清洗；
(2)將清洗好的硅片放入雙頻容性耦合等離子體設(shè)備中進(jìn)行刻蝕，得到納米柱狀的絨面結(jié)構(gòu)；
(3)冷卻，取出硅片；
所述步驟(2)中，刻蝕氣體為C2F6和Ar2的混合氣體，流量分別為纊12 sccm和0. 6 sccm ；本底真空為2 3 X KT3Pa ；工作氣壓為25 35Pa ；高頻頻率和功率為60MHz，25(T300W， 低頻頻率和功率為2MHz，25(T300W，刻蝕時間為l(T20min。上文中，步驟⑴清洗的目的是為了除去硅片表面的油漬和雜質(zhì)等，為后續(xù)的刻蝕做準(zhǔn)備。優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(2)中，刻蝕氣體為C2F6和々^的混合氣體，流量分別為 10 sccm和0. 5 sccm ；本底真空為3 X KT3Pa ；工作氣壓為30Pa ；高頻頻率和功率為60MHz， 300W，低頻頻率和功率為2MHz，250W，刻蝕時間為15min。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明采用雙頻容性耦合等離子體刻蝕方法得到了單晶硅太陽能電池絨面結(jié)構(gòu)， 該經(jīng)測定，該絨面結(jié)構(gòu)呈納米柱狀結(jié)構(gòu)，其可以將光線反射損失低于9%，具有意想不到的效果。2.本發(fā)明的制備方法無需使用掩膜，且沒有使用含硫的氣體，因而操作簡單，減小了對大氣的污染，無危險。3.本發(fā)明的制備方法可用來刻蝕大面積的Si片，適于在大尺寸太陽能電池生產(chǎn)中使用，且制備的納米柱狀絨面結(jié)構(gòu)在新近發(fā)展起來的柔性纖維狀太陽能電池中有著重要的應(yīng)用前景。4.本發(fā)明的制備方法具有垂直刻蝕、刻蝕面積大、刻蝕速率快、均勻性好、各向異性好、等離子體損傷小等優(yōu)點。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實施例一
一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法，采用DF-CCP刻蝕硅片，具體操作如下
(1)硅片的清洗選用(111)取向的P型單晶硅，先在堿性過氧化氫清洗液中超聲波清洗5分鐘，然后用去離子水清洗幾遍，接著放入酸性過氧化氫清洗液中超聲波清洗5分鐘， 最后再用去離子水沖洗；
(2)將清洗好的硅片放置于真空腔室的下極板上，通過真空系統(tǒng)抽至本底真空，然后通入刻蝕氣體，調(diào)節(jié)工作氣壓，再分別對上下極板施加功率，使氣體放電，對硅片進(jìn)行刻蝕；
其中，刻蝕氣體組分和流量=C2F6和Ar2混合氣體，流量分別為10 sccm和0. 5 sccm ； 本底真空3 X KT3Pa 工作氣壓30Pa 高頻頻率和功率60MHz，300W 低頻頻率和功率2MHz，250W 刻蝕時間15min
刻蝕完畢后，關(guān)閉射頻功率源，關(guān)氣體，利用真空系統(tǒng)抽出腔室中殘留的氣體，最后關(guān)閉真空系統(tǒng)，關(guān)機(jī)；
(3)冷卻一段時間后，打開腔室，取出硅片。然后使用SEM對硅片的表面和截面形貌進(jìn)行表征，得到了分布均勻、垂直于硅片表面的納米柱狀結(jié)構(gòu)，納米柱的平均直徑約160nm，高度約800nm。經(jīng)光學(xué)反射率測試顯示，該絨面結(jié)構(gòu)的光線反射損失低于9%。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)硅片的清洗先用堿性過氧化氫溶液清洗，然后用去離子水清洗，接著用酸性過氧化氫溶液清洗，再用去離子水清洗；(2)將清洗好的硅片放入雙頻容性耦合等離子體設(shè)備中進(jìn)行刻蝕，得到納米柱狀的絨面結(jié)構(gòu)；(3)冷卻，取出硅片；所述步驟(2)中，刻蝕氣體為C2F6和Ar2的混合氣體，流量分別為纊12 sccm和0. 6 sccm ；本底真空為2 3 X KT3Pa ；工作氣壓為25 35Pa ；高頻頻率和功率為60MHz，25(T300W， 低頻頻率和功率為2MHz，25(T300W，刻蝕時間為l(T20min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶硅太陽能電池絨面的制備方法，其特征在于所述步驟 (2)中，刻蝕氣體為C2F6和Ar2的混合氣體，流量分別為10 sccm和0. 5 sccm ；本底真空為3X10_3Pa ；工作氣壓為30Pa ；高頻頻率和功率為60MHz，300W，低頻頻率和功率為2MHz， 250W，刻蝕時間為15min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單晶硅太陽能電池絨面的制備方法，包括如下步驟(1)硅片的清洗；(2)將清洗好的硅片放入雙頻容性耦合等離子體設(shè)備中進(jìn)行刻蝕，得到納米柱狀的絨面結(jié)構(gòu)；(3)冷卻，取出硅片；所述步驟(2)中，刻蝕氣體為C2F6和Ar2的混合氣體，流量分別為5~10sccm和0.4~0.5sccm；本底真空為2~3×10-3Pa；工作氣壓為20~30Pa；高頻頻率和功率為60MHz，300w，低頻頻率和功率為2MHz，250w，刻蝕時間為10~15min。本發(fā)明得到了呈納米柱狀結(jié)構(gòu)的單晶硅太陽能電池絨面結(jié)構(gòu)，該絨面結(jié)構(gòu)可以將光線反射損失低于9%，具有意想不到的效果。
文檔編號C30B33/10GK102185032SQ20111009254
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者俞友明, 吳明智, 吳雪梅, 王巖巖, 王飛, 諸葛蘭劍, 金成剛 申請人:蘇州大學(xué)