多晶硅绒面制备工艺的研究

摘要

表面织构化的多晶硅片减少了光在太阳电池表面反射损失。多晶硅经过一定表面处理后，其表面呈现凹凸不平的孔洞状表面形态，进而可使可见光在多晶硅表面形成多次的反射，降低表面反射率，增加光的吸收，提高光的转化效率。
　　本文在传统化学酸腐蚀多晶硅工艺的基础上，分别提出采用电化学预腐蚀法和光学掩膜法与化学酸腐蚀工艺结合制备多晶硅绒面，用于提高多晶硅太阳能电池光电转换效率。
　　1)采用HF/HNO3混合溶液体系对多晶硅片表面进行腐蚀，通过改变溶液组成、配比、腐蚀反应时间以及腐蚀反应温度等工艺，探讨化学酸腐蚀法制备多晶硅绒面的影响因素，通过对比腐蚀前后绒面的表面形貌与反射率，得到化学酸腐蚀法较为适合的工艺参数如下：腐蚀液组成及配比为HF:HNO3:H2O:CH3COOH=1:6:3:1(体积比)；腐蚀时间为300 s；腐蚀温度为5℃。制得多晶硅绒面，在波长为400~1100 nm范围内，平均反射率为18.7％。
　　2)提出利用“二次腐蚀法”制备多晶硅绒面。首先在 HF:CH3CH2OH=1:2(体积比)腐蚀溶液中对硅片表面进行电化学预腐蚀，然后采用化学酸腐蚀法进行二次腐蚀，去除多晶硅表面疏松结构，制得高性能的多晶硅绒面。采用扫描电子显微镜观察多晶硅表面腐蚀形貌，具体研究不同电流密度对腐蚀表面的影响，实验结果表明：当电流密度为30 mA/cm2、腐蚀时间为300 s时，多晶硅表面形成孔洞状的疏松结构；预腐蚀多晶硅片在HF:H2O2=4:1化学腐蚀溶液中，在15℃超声波条件下腐蚀60 s后，得到较好的绒面，腐蚀坑孔径为2~3μm，坑深为1.5~3μm，制得多晶硅绒面，在波长为400~1100 nm范围内，平均反射率为16.4%。
　　3)为提高制备的多晶硅绒面均匀性，尝试利用光学掩膜技术及化学刻蚀技术来制备多晶硅织构化表面。首先利用光刻技术，将掩膜板上的图案通过曝光显影转移到多晶硅表面的正性光刻胶上，再采用化学酸腐蚀工艺对多晶硅片进行刻蚀。得到制备均匀多晶硅绒面，较为适合的工艺参数如下：曝光时间为9s；显影时间为30s；刻蚀液配方为：HF:HNO3:H2O:CH3COOH=1:6:3:1，酸腐蚀时间为90s。制得多晶硅绒面，在波长为400~1100 nm范围内，平均反射率为11.0%。
　　通过一系列实验发现：化学酸腐蚀法可制得符合太阳能电池后续制作工艺要求的多晶硅绒面，降低可见光反射率，但化学酸腐蚀反应可控性、稳定性及绒面形貌均匀性都有待提高。本文结合电化学、光刻及化学酸腐蚀技术特点，探索多晶硅制绒工艺，减少化学酸腐蚀时间，提高多晶硅绒面可控性和均匀性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外太阳能电池发展趋势

1.3 晶硅太阳能电池中陷光结构的必要性

1.4 晶硅表面织构化工艺的研究

1.5 本文研究的目的及意义

1.6 本文研究内容及创新点

第二章 多晶硅绒面制备的实验方法与分析技术

2.1 化学酸腐蚀法制备多晶硅绒面

2.2“二次腐蚀法”制备多晶硅绒面

2.3 光学掩膜法制备多晶硅绒面

2.4 测试与表征

第三章 化学腐蚀法制备多晶硅绒面的研究

3.1 化学酸腐蚀反应机理

3.2 反应时间对绒面表面形貌及反射率的影响

3.3 腐蚀溶液配比对多晶硅表面形貌和反射率的影响

3.4 缓冲剂对多晶硅绒面质量的影响

3.5 反射特性与表面微结构的关系

3.6 本章小结

第四章 “二次腐蚀法”制备多晶硅绒面的研究

4.1 电化学腐蚀反应机理

4.2 多晶硅电化学腐蚀的交流阻抗谱图研究

4.3 电化学腐蚀E-t曲线的研究

4.4 电流分布对多晶硅织构化效果的影响

4.5 电流密度对多晶硅腐蚀坑尺寸的影响

4.6 化学腐蚀对绒面表面形貌及反射率影响

4.7 本章小结

第五章 光学掩膜对多晶硅织构化的影响研究

5.1 光栅图案对织构化效果的影响

5.2 曝光时间对掩膜效果的影响

5.3 刻蚀工艺对多晶硅陷光效果的影响

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研及发表论文情况

致谢

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