用于太陽能電池的硅片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其是涉及一種用于太陽能電 池的硅片。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，對能源需求不斷增加，并且隨著不可再生能源的衰 竭，人們對可再生能源特別是太陽能的依賴性越來越強(qiáng)。其中，太陽能電池已經(jīng)逐漸走入大 眾的日常生活中。在光伏產(chǎn)業(yè)中，如何實(shí)現(xiàn)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高和成本的降低一直 是研宄的重點(diǎn)問題，而提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要手段就是降低太陽光在硅片表 面的反射。為了減少反射損失，通常對硅片表面進(jìn)行制絨或在電池表面沉積減反射膜，其 中，采用硅片表面制絨的方法備受青睞。
[0003] 目前，太陽能電池單晶硅片制絨是一種比較成熟的方法，傳統(tǒng)的單晶硅或準(zhǔn)單晶 的制絨工藝一般是采用堿液（如氫氧化鈉）及制絨添加劑作為制絨液制作絨面。堿性制絨 的原理是利用堿溶液對單晶硅或準(zhǔn)單晶的各向異性腐蝕，堿溶液對硅片表面具有不同的腐 蝕速率，如對（111)晶面腐蝕較慢，而對（100)晶面腐蝕較快。當(dāng)采用堿溶液對硅片表面進(jìn) 行腐蝕時(shí)，由于各項(xiàng)異性腐蝕特性，會(huì)在硅表面形成隨機(jī)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)金字塔結(jié)構(gòu)能夠?qū)μ?光進(jìn)行兩次反射，一般反射率在10%左右。
[0004] 為了使太陽光在硅片表面進(jìn)行多次反射，進(jìn)而提高太陽能電池對光的吸收，提高 電池效率，同樣可以采用堿制絨的工藝制備倒金字塔結(jié)構(gòu)。倒金字塔結(jié)構(gòu)能夠?qū)μ柟膺M(jìn) 行三次反射，反射率可以降低至5%左右。然而該堿液制絨工藝與制備隨機(jī)金字塔結(jié)構(gòu)的不 同之處在于需要制備掩膜層，即需要高溫氧化、制備刻蝕掩膜、高溫刻蝕等多步復(fù)雜的工藝 步驟，從而限制了其大范圍的應(yīng)用。
[0005] 鑒于以上存在的問題，為了減少入射光在硅片表面的反射率，提高太陽能電池對 光的吸收以及太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，迫切需要出現(xiàn)一種新的用于太陽能電池的硅片。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的旨在提供一種用于太陽能電池的硅片。該硅片具有微米尺寸的 倒金字塔狀凹坑結(jié)構(gòu)的制絨表面。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提高了一種用于太陽能電池的硅片，具有制絨表面， 制絨表面具有由多個(gè)倒金字塔形狀的凹坑，凹坑的底部呈圓滑狀。
[0008] 進(jìn)一步地，凹坑的開口為四邊形。
[0009] 進(jìn)一步地，四邊形的邊長為1?10 μ m，凹坑的深度為1?10 μ m。
[0010] 進(jìn)一步地，凹坑的開口為正方形。
[0011] 進(jìn)一步地，制絨表面的平均反射率為5%?15%。
[0012] 進(jìn)一步地，制絨表面上凹坑的分布密度為IO6?10 8個(gè)/cm2。
[0013] 進(jìn)一步地，倒金字塔形狀凹坑存在于硅片的單個(gè)表面或者兩個(gè)表面。
[0014] 應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過控制酸性制絨液中銅離子鹽、氫氟酸以及氧化 劑的濃度、刻蝕溫度和時(shí)間，進(jìn)而控制制絨表面上倒金字塔狀結(jié)構(gòu)的形貌和深度。采用該酸 性制絨方法能夠在較低溫度和較短的時(shí)間內(nèi)在硅片表面上獲得獨(dú)立、完整、緊密排布的微 米尺寸的倒金字塔狀結(jié)構(gòu)。由于硅片上制絨表面的存在，可使得入射光在制絨表面多次反 射和折射，從而改變了入射光在硅片中的前進(jìn)方向，延長了光程，減少了入射光在硅片表面 的反射，使其反射率降至5%?15%。可見，本實(shí)用新型完全擯棄了現(xiàn)有技術(shù)中堿制絨時(shí)需 制備復(fù)雜掩膜層及光刻等工藝，只需將硅片浸入到酸性制絨液中就能夠一步獲得倒金字塔 狀結(jié)構(gòu)。其中，由于不需要掩膜刻蝕，可以根據(jù)需求在硅片的一面上或者雙面上形成倒金字 塔狀凹坑結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的酸性制絨方法，簡化了操作工藝，方便且應(yīng)用廣泛，同時(shí)使用 廉價(jià)銅而非昂貴的金或銀，降低了成本。
[0015] 本實(shí)用新型獲得的制絨表面為具有倒金字塔結(jié)構(gòu)的凹坑，即凹坑呈倒金字塔結(jié) 構(gòu)。由于金屬納米顆粒的刻蝕，倒金字塔的底部呈圓滑狀，這就省去了在異質(zhì)結(jié)太陽能電 池（HIT)中需要進(jìn)行的圓滑刻蝕工藝，可以直接沉積非晶硅層制備HIT太陽能電池。并且 由于底部圓滑結(jié)構(gòu)的存在，在制備太陽能電池電極的時(shí)候，金屬電極材料非常容易對該結(jié) 構(gòu)進(jìn)行填充，有利于增加接觸面積，從而可以有效地降低接觸電阻，進(jìn)而增加電池的轉(zhuǎn)換效 率。此外，雙面制備倒金字塔凹坑非常有利于制備HIT這樣的對稱結(jié)構(gòu)電池。并且底部圓 滑的凹坑狀倒金字塔結(jié)構(gòu)不局限于HIT以及常規(guī)擴(kuò)散電池的制備中應(yīng)用，在其他需要使用 硅襯底的太陽能電池中以及光電子器件中均可以應(yīng)用。
[0016] 根據(jù)下文結(jié)合附圖對本實(shí)用新型具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更 加明了本實(shí)用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說明】
[0017] 后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本實(shí)用新型的一些具體實(shí) 施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解， 這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：
[0018] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中經(jīng)刻蝕后在制絨表面獲得的倒金字塔結(jié)構(gòu)的SEM 圖；
[0019] 圖2為圖1中單個(gè)倒金字塔結(jié)構(gòu)放大后的SEM圖；
[0020] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中經(jīng)刻蝕后獲得的制絨表面反射率的變化趨勢示意 圖；以及
[0021] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1中經(jīng)刻蝕后在制絨表面獲得的倒金字塔結(jié)構(gòu)與電極接 觸時(shí)的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的硅片制絨工藝復(fù)雜且反射率高的問題，本實(shí)用新型提出了一 種用于刻蝕太陽能電池硅片的酸性制絨液。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，該酸性制絨液 包括銅離子源、氟離子源以及能夠?qū)~氧化為銅離子的氧化劑。其中銅離子源用于提供濃 度為0. 1?25mmol/L銅離子，氟離子源用于提供濃度為0. 5?10mol/L的氟離子，氧化劑 的濃度為〇· 1?I. Omol/L氧化劑。
[0023] 通過將硅片浸泡到酸性制絨液中，并通過控制銅離子源、氟離子源及氧化劑的濃 度進(jìn)而來調(diào)控刻蝕的形貌和深度，從而在較低溫度和較短時(shí)間內(nèi)在硅片表面上形成致密排 布的倒金字塔結(jié)構(gòu)。宄其原因，由于在酸性制絨液中，含Cu 2+的銅離子源主要起催化劑的作 用，Cu2+在溶液中由于電勢較低，可以從硅表面獲得電子，從而導(dǎo)致硅失去電子而被氧化成 二氧化硅，氟離子源與氧化后得到的二氧化硅反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)硅片刻蝕。由于刻蝕時(shí)溫度較高， 使得Cu 2+得到電子的速度較快，因而容易在硅片表面上容易形成致密的銅膜，這樣就會(huì)阻 礙氟離子對硅片的刻蝕。本實(shí)用新型通過在酸性制絨液中引入氧化劑，使得硅表面上所形 成的過量銅納米顆粒被氧化形成Cu 2+，進(jìn)而避免了在硅片表面形成致密銅膜阻礙刻蝕的進(jìn) 行。本實(shí)用新型通過氧化劑的使用有效地控制了金屬銅納米顆粒的析出與溶解，進(jìn)而有效 地控制了刻蝕效果，縮短了刻蝕時(shí)間。
[0024] 為了使得入射光在倒金字塔結(jié)構(gòu)的制絨表面上的反射率降至5%?15%，本實(shí)用 新型將酸性制絨液中的銅離子的濃度控制為〇. 1?25mmol/L，氟離子的濃度控制為0. 5? 10m〇l/L，同時(shí)將氧化劑的濃度控制為0. 1?I. Omol/L。其中，銅離子能夠從硅表面得到電 子，使硅氧化成二氧化硅，同時(shí)自身被還原成銅納米顆粒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對硅片的催化刻蝕。如 果銅離子濃度較高，則會(huì)出現(xiàn)銅納米顆粒析出過快的問題，從而在硅片表面形成致密的薄 膜，阻礙了刻蝕的進(jìn)行。相反，如果銅離子濃度較低，則會(huì)銅納米顆粒析出較少，無法對硅表 面進(jìn)行有效刻蝕。
[0025] 氟