一种湿法腐蚀晶体硅倒金字塔结构和正金字塔结构制绒方法

摘要

本发明公开了一种湿法腐蚀晶体硅倒金字塔结构和正金字塔结构制绒方法，属于新材料与太阳能技术领域，包括如下步骤：(1)将表面清洁的晶体硅片放入含有处理液的容器中；(2)在20℃下反应10分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米倒金字塔结构绒面；(3)在20℃下反应20分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米正金字塔结构绒面；(4)将腐蚀后的硅片放入王水溶液里面浸泡去掉表面残存的金属。本申请方法腐蚀的硅片表面铜沉积量极少，所腐蚀的微纳米倒金字塔结构宏观均匀，微观表面光滑、缺陷少，因此在太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于新材料与太阳能技术领域，具体涉及一种湿法腐蚀晶体硅倒金字塔结构和正金字塔结构制绒方法。

背景技术

晶体硅湿法化学腐蚀在技术上可以实现各种硅微纳米结构的制备，并且在很多工业体系都有具有重要地位。在晶体硅上腐蚀出金字塔阵列对太阳能电池的光电转换效率影响很大。而目前科学界对太阳能电池近半个世纪的研究表明，常规的金字塔阵列制备方法仅限于用无机碱溶液或有机碱溶液制备[参见：中国专利CN201310562781.9]或四甲基氢氧化铵腐蚀液[参见：中国专利ZL200410017032.9]，而利用酸性的氢氟酸溶液无法在硅表面腐蚀出正金字塔阵列。Lu等人提出用金属催化刻蚀与酸性氢氟酸溶液湿法腐蚀相结合的方法，在硅表面制备倒金字塔结构。Toor和Cao等人也用含铜酸性溶液制备倒金字塔结构。后续铜离子酸性溶液制备倒金字塔结构的方法也逐渐被改进。但是该方法沉积大量的铜，而铜属于深能级杂质，会造成较大的载流子复合，影响光电转换效率并且废液对环境不友好。[参见：Y.T.Lu and A.R.Barron,Anti-reflection layers fabricated by a one-stepcopper-assisted chemical etching with inverted pyramidal structuresintermediate between texturing and nanopore-type black silicon,J.Mater.Chem.A,2014,2,12043–12052；F.Toor,J.Oh and H.M.Branz,Efficientnanostructured‘black’silicon solar cell by copper-catalyzed metal-assistedetching,Prog.Photovoltaics:Res.Appl.,2015,23,1375–1380和Y.Cao,Y.R.Zhou,F.Z.Liu,Y.Q.Zhou,Y.Zhang,Y.Liu and Y.K.Guo,Progress and Mechanism of CuAssisted Chemical Etching of Silicon in a Low Cu2+Concentration Region,ECSJ.Solid State Sci.Technol.,2015,4,331–336]。但是上述方法在腐蚀过程中容易在硅表面沉积大量铜纳米颗粒，腐蚀出的倒金字塔尺寸大且表面粗糙，对反射率的降低起不到很好的作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种湿法腐蚀晶体硅倒金字塔结构和正金字塔结构制绒方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种湿法腐蚀晶体硅倒金字塔结构和正金字塔结构制绒方法，包括如下步骤：

(1)将表面清洁的晶体硅片放入含有处理液的容器中；

(2)在20℃下反应10分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米倒金字塔结构绒面；

(3)在20℃下反应20分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米正金字塔结构绒面；

(4)将腐蚀后的硅片放入王水溶液里面浸泡去掉表面残存的金属。

进一步地，步骤(1)中所述的晶体硅片是单晶硅片、准单晶硅片中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述的处理液为硝酸铜、硝酸和氢氟酸混合溶液。

进一步地，所述的硝酸铜浓度为0.005-0.5mol/L，硝酸浓度为0.1-1mol/L，氢氟酸浓度为0.5-10mol/L。

进一步地，步骤(1)中所述的处理液为硝酸铜、硝酸铁和氢氟酸混合溶液。

进一步地，所述的硝酸铜浓度为0.005-0.5mol/L，硝酸铁浓度为0.05-3mol/L，氢氟酸浓度为0.5-10mol/L。

进一步地，步骤(2)中腐蚀得到的大面积微纳倒金字塔绒面和步骤(3)中腐蚀得到的正金字塔结构绒面均可用于硅太阳能电池工业化制备。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本申请通过对金属催化刻蚀的理解，研究在氢氟酸酸性溶液制绒方法中具有应用前景的制备单晶硅(N型和P型)表面倒金字塔结构和正金字塔结构制绒新方法。该方法腐蚀的硅片表面铜沉积量极少，所腐蚀的微纳米倒金字塔结构宏观均匀，微观表面光滑、缺陷少，因此在太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本申请在单晶硅(100)晶面制备的倒金字塔阵列扫描电镜形貌图；

图2为本申请在单晶硅(100)晶面制备的正金字塔结构阵列扫描电镜形貌图。

具体实施方式

本发明在氢氟酸溶液实现了硅的各向异性腐蚀，可以在晶体硅(100)表面制备大面积微纳米倒金字塔结构和正金字塔结构。下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例2

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、0.5mol/L硝酸和1mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例3

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、0.3mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例4

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、0.1mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例5

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.05mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例6

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.05mol/L硝酸铜、0.5mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例7

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.05mol/L硝酸铜、0.1mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应20分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例8

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.25mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例9

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.25mol/L硝酸铜、0.5mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例10

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.25mol/L硝酸铜、0.1mol/L硝酸和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应20分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例11

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸和5mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例12

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸和1mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例13

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例14

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例15

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应20分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例16

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、0.5mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例17

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例18

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和5mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例19

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.05mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例20

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.05mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应20分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例21

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.05mol/L硝酸铜、3mol/L硝酸铁和10mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例22

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸铁和5mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应10分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。

实施例23

将清洗干净的单晶硅片放入盛有0.5mol/L硝酸铜、1mol/L硝酸铁和5mol/L氢氟酸混合溶液的聚四氟乙烯容器中20℃下反应20分钟，然后将腐蚀后的硅片放入王水中浸泡10分钟去除硅表面残存的金属颗粒并用去离子水清洗。