專利名稱：一種絨面黑硅材料的制備方法
一種絨面黑硅材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體地涉及一種用于太陽(yáng)能電池的黑硅材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為主要能源的煤、石油、天然氣等能資源不斷消耗，能源形勢(shì)不容樂(lè)觀。太陽(yáng)能電池作為一種可再生清潔能源，在很多國(guó)家得到很大的關(guān)注。硅基太陽(yáng)能電池占有市場(chǎng) 90%的份額，但晶體硅的成本太高，非晶硅的效率太低。黑硅太陽(yáng)能電池具有廣譜吸收的特性，因此具有很大的太陽(yáng)能電池應(yīng)用前景。黑硅材料是在反應(yīng)離子刻蝕的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，但是當(dāng)時(shí)沒(méi)有引起足夠的認(rèn)識(shí)。黑硅材料是哈佛大學(xué)Eric Mazur實(shí)驗(yàn)室通過(guò)飛秒激光束照射硅片而獲得一種表面形成準(zhǔn)有序晶微結(jié)構(gòu)硅材料。黑硅對(duì)太陽(yáng)光具有極低的反射率以及廣譜吸收。Eric Mazur等在研究黑硅的光電性質(zhì)時(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)這種表面微構(gòu)造過(guò)的硅材料具有奇特的光電性質(zhì)，它對(duì)近紫外近紅外波段的光(0.25-2.5μπι)幾乎全部吸收。利用黑硅優(yōu)異的光電特性，可以生產(chǎn)的具有超高靈敏度的光傳感器元件，紅外線傳感元件。利用黑硅制備的太陽(yáng)能電池，可以實(shí)現(xiàn)廣譜吸收，將大大提高太陽(yáng)光的吸收率和利用率。在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有好幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)開始黑硅材料的制備研究，但是這些方法都需要激光輻照?，F(xiàn)有技術(shù)雖然在廣譜吸收方面有了進(jìn)展，但不能充分解決太陽(yáng)光的反射問(wèn)題，嚴(yán)重影響光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有更高光電轉(zhuǎn)換效率的黑硅材料的制備方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種絨面黑硅材料的制備方法，包括以下步驟將聚苯乙烯小球顆粒分散在水中，在水面形成單層聚苯乙烯小球膜；通過(guò)撈膜的方法將所述單層聚苯乙烯小球膜附著于硅片上；對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)；對(duì)步驟S3制得的硅片進(jìn)行黑硅層制備步驟。作為具體實(shí)施方式
，所述對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕時(shí)，直至單層聚苯乙烯小球膜被完全刻蝕時(shí)停止所述反應(yīng)離子刻蝕，使硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)。作為具體實(shí)施方式
，所述對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕時(shí)，在所述單層聚苯乙烯小球膜未被完全刻蝕時(shí)停止所述反應(yīng)離子刻蝕，然后去除硅片表面的聚苯乙烯小球，使硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)。所述微結(jié)構(gòu)為尖錐狀的結(jié)構(gòu)。
更好地，所述通過(guò)撈膜的方法將所述聚苯乙烯小球膜附著于硅片上后還包括將附著有聚苯乙烯膜的硅片進(jìn)行烘干的步驟。更好地，所述烘干步驟的烘干溫度為50_100°C。更好地，所述反應(yīng)離子刻蝕采用的氣體為SF6。具體實(shí)施時(shí)，所述黑硅層制備步驟為通過(guò)等離子體浸沒(méi)的方法在所述硅片上制備
漂娃層。更好地，所述等離子體浸沒(méi)的方法包括將硅片置于等離子體刻蝕的設(shè)備腔室內(nèi)， 通過(guò)等離子體反應(yīng)浸沒(méi)到硅片表面，形成黑硅層。所述等離子體刻蝕采用的氣體為sf6。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，可以在硅襯底上得到一種絨面結(jié)構(gòu)的黑硅材料，可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池及光電效應(yīng)器件。

圖1，實(shí)施例1制備方法步驟流程圖。圖2，實(shí)施例1步驟Sl的工藝示意圖。圖3，實(shí)施例1步驟S2的工藝示意圖。圖4，實(shí)施例1附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片結(jié)構(gòu)圖。圖5，實(shí)施例1步驟S3的工藝示意圖。圖6，實(shí)施例1等離子體刻蝕一段時(shí)間后的工藝示意圖。圖7，實(shí)施例1最終形成的硅片結(jié)構(gòu)圖。圖8，實(shí)施例2制備方法步驟流程圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1本發(fā)明的制備方法步驟流程圖參看附圖1，一種絨面黑硅材料的制備方法，包括以下步驟Si.將聚苯乙烯小球顆粒分散在水中，在水面形成單層聚苯乙烯小球膜；S2.通過(guò)撈膜的方法將所述單層聚苯乙烯小球膜附著于硅片上；S3.對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕采用的氣體為SF6,直至聚苯乙烯小球被完全刻蝕，在硅片上形成周期性的尖錐狀微結(jié)構(gòu)；S4.對(duì)步驟S3制得的硅片進(jìn)行黑硅層制備步驟。本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)的工藝流程示意圖參看附圖2至附圖5。附圖2為步驟Sl的工藝示意圖，在水槽1中裝有一定量的水，將聚苯乙烯小球顆粒2分散在水中，由于聚苯乙烯小球顆粒2在水中具有良好的分散性，使聚苯乙烯顆粒在水面形成單層聚苯乙烯小球膜。附圖3為步驟S2的工藝示意圖，通過(guò)撈膜的方法將步驟Sl中形成的單層聚苯乙烯小球膜附著于硅片3上，附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片結(jié)構(gòu)圖參看附圖4。附圖5為步驟S3的工藝示意圖，對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在等離子體的刻蝕下，聚苯乙烯小球顆粒2被不斷地刻蝕變小，同時(shí)，硅片3上裸露出來(lái)的部分也受到刻蝕，并且最先裸露出來(lái)的部分被刻蝕的深度大于后裸露出來(lái)的部分，從而形成一種凹凸的絨面結(jié)構(gòu)，附圖6為反應(yīng)離子刻蝕一段時(shí)間后的工藝示意圖，附圖 7為最終形成的硅片結(jié)構(gòu)圖。最后，對(duì)上述制得的硅片3進(jìn)行黑硅層的制備步驟，黑硅層制備步驟采用通過(guò)等離子體浸沒(méi)的方法，等離子體浸沒(méi)的方法包括將硅片置于等離子體刻蝕的設(shè)備腔室內(nèi)，等離子體刻蝕采用的氣體為SF6,通過(guò)等離子體反應(yīng)浸沒(méi)到硅片表面，形成黑硅層。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，可以在硅襯底上得到一種絨面結(jié)構(gòu)的黑硅材料，可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池及光電效應(yīng)器件。實(shí)施例2本發(fā)明的制備方法步驟流程圖參看附圖8，一種絨面黑硅材料的制備方法，包括以下步驟Al.將聚苯乙烯小球顆粒分散在水中，在水面形成單層聚苯乙烯小球膜；A2.通過(guò)撈膜的方法將所述單層聚苯乙烯小球膜附著于硅片上；A3.為去除硅片上的少量水分，可將附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片置于烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘箱溫度控制為50-100°C，本實(shí)施例優(yōu)選60°C ；A4.對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕氣體采用SF6,在單層聚苯乙烯小球膜未被完全刻蝕時(shí)停止反應(yīng)離子刻蝕，然后去除硅片表面的聚苯乙烯小球，在硅片上形成周期性的尖錐狀微結(jié)構(gòu)；A5.對(duì)步驟A4制得的硅片進(jìn)行黑硅層制備步驟。本實(shí)施例具體實(shí)施時(shí)的工藝方法原理與實(shí)施例1相同，在此不再累述。本實(shí)施例黑硅層制備步驟與實(shí)施例相同，在此不再累述。根據(jù)本實(shí)施例的制備方法，可以在硅襯底上得到一種絨面結(jié)構(gòu)的黑硅材料，可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池及光電效應(yīng)器件。在上述實(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種絨面黑硅材料的制備方法，包括粗糙工藝步驟和之后的黑硅層制備步驟，其特征在于，所述粗糙工藝步驟包括以下步驟將聚苯乙烯小球顆粒分散在水中，在水面形成單層聚苯乙烯小球膜；通過(guò)撈膜的方法將所述單層聚苯乙烯小球膜附著于硅片上；對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，在硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕時(shí)，直至單層聚苯乙烯小球膜被完全刻蝕時(shí)停止所述反應(yīng)離子刻蝕，使硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕時(shí)，在所述單層聚苯乙烯小球膜未被完全刻蝕時(shí)停止所述反應(yīng)離子刻蝕，然后去除硅片表面的聚苯乙烯小球，使硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述微結(jié)構(gòu)為尖錐狀的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述通過(guò)撈膜的方法將所述聚苯乙烯小球膜附著于硅片上后還包括將附著有聚苯乙烯膜的硅片進(jìn)行烘干的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述烘干步驟的烘干溫度為50-100°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)離子刻蝕采用的氣體為sf6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述黑硅層制備步驟為通過(guò)等離子體浸沒(méi)的方法在所述硅片上制備黑硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述等離子體浸沒(méi)的方法包括將硅片置于等離子體刻蝕的設(shè)備腔室內(nèi)，通過(guò)等離子體反應(yīng)浸沒(méi)到硅片表面， 形成黑硅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的絨面黑硅材料的制備方法，其特征在于所述等離子體刻蝕采用的氣體為sf6。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種絨面黑硅材料的制備方法，包括粗糙工藝步驟和之后的黑硅層制備步驟，所述粗糙工藝步驟包括以下步驟將聚苯乙烯顆粒小球分散在水中，在水面上形成單層小球膜；通過(guò)撈膜的方法將所述單層小球膜附著于硅片上；對(duì)附著有單層聚苯乙烯小球膜的硅片表面進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，使在硅片上形成周期性的微結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，可以在硅襯底上得到絨面結(jié)構(gòu)的黑硅材料，可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池及光電效應(yīng)器件的制備。
文檔編號(hào)C30B33/12GK102400227SQ20111014627
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者劉若鵬, 張賢高, 繆錫根, 趙治亞 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司