多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面技术

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1、多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面技术综述王涛，王正志（国防科技大学自动化学院，湖南长沙４１００７３）摘要：比较了几种多晶硅太阳电池的绒面技术，重点介绍了目前研究和应用较多的酸腐蚀技术。给出了该技术的基本原理、一般的绒面特征、常见的一些改进和对蚀刻时间的优化。这对于相关领域的研究人员具有参考价值。关键词：多晶硅绒面；酸腐蚀；表面特征中图分类号：ＴＭ９１４．４文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０８７Ｘ（２００６）１２－１０２０－０３ＳｕｍｍａｒｙｏｎａｃｉｄｉｃｔｅｘｔｕｒｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓＷＡＮＧＴａｏ，ＷＡＮＧＺｈｅｎｇ－

2、ｚｈｉ（ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌｔｅｘｔｕｒｉｎｇｍｅｔ———————————————————————————————————————————————ｈｏｄｓｆｏｒｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅａｃｉｄｉｃｔｅｘｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅ

3、ｄ．Ｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｇｅｎｅｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｖｅｌｖｅｔ，ｓｅｖｅｒａｌｆａｍｉｌｉａｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｅｔｃｈｉｎｇｔｉｍｅｗｅｒｅｓｈｏｗｎ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｕｓｅｆｕｌｆｏｒｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｗｈｏｅｎｇａｇｅｄｉｎｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｆｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｔｅｘｔｕｒｅ；ａｃｉｄｉｃｅｔｃｈｉｎｇ；ｓｕｒｆａｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ目前，太阳能

4、光伏市场中多晶硅（ｍｃ－Ｓｉ）太阳电池所占据的份额是最大的。根据ＰＶ－ＴＲＡＣｏｆＥＵＲＯＰＥＡＮＣＯＭＭＩＳ－ＳＩＯＮ发表的题为“ＡＶｉｓｉｏｎｆｏｒＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎ２００５”的展望报告，ｍｃ－Ｓｉ太阳电池在２００５年的世界太阳电见图１。池市场中占的份额是５８％［１］，但是，ｍｃ－Ｓｉ太阳电池的效率总体上没有单晶硅太阳电池的高。这主要是由于两个原因：一方面单晶硅材料本身的有效少数载流———————————————————————————————————————————————子寿命比ｍｃ－Ｓｉ材料的高；另一方面，单晶硅太阳电池表面的陷光效果

5、要优于ｍｃ－Ｓｉ。因为少数载流子寿命是由于材料本身的特性决定的，当材料选定后就很难改变，所以，要缩小ｍｃ－Ｓｉ太阳电池与单晶硅太阳电池之间效率上的差距，提高ｍｃ－Ｓｉ表面对光的吸收是最有希望的办法，也就是采用绒面技术。目前，已经出现的ｍｃ－Ｓｉ绒面技术主要有机械刻槽［２］、等离子蚀刻［３￣５］和各向同性的酸腐蚀［６］。机械刻槽的绒面方法要求硅片厚度在２００ｍｍ以上，因为刻槽的深度一般在５０ｍｍ的量级上［７］，所以它对硅片的厚度要求很高，这样的技术会增加材料成本。等离子蚀刻制备出绒面的陷光效果是非常好的，但是，它需要相对复杂的处理工序和昂贵的加工系统，不能满足大批量生产的要求

6、［７］。酸腐蚀绒面技术可以比较容易地整合到当前的太阳电池处理工序中，它应用起来基［８］图１主要的太阳电池在２００５年世界光伏市场中的份额Ｆｉｇ．１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｎｗｏｒｌｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｍａｒｋｅｔｏｆ２００５１酸腐蚀法制备绒面的基本原理目前广泛使用的酸腐蚀溶液是以ＨＦ－ＨＮＯ３为基础的水溶液体系，为了控制化学反应的剧烈程度，有时还加入一些其他的化学———————————————————————————————————————————————品。但是，基本的化学反应是不变的，大致的蚀刻机制是ＨＮＯ３（一种氧化剂）腐蚀，在

7、硅片表面形成了一层ＳｉＯ２，然后这层ＳｉＯ２在ＨＦ酸的作用下去除［７］。酸对硅的腐蚀速度与晶粒取向无关，因此酸腐蚀又称为各向同性腐蚀。酸与硅的反应可以看作局部电化学过程，在反应发生的地方形成了阳极和阴极，反应的过程中有电流在它们之间流过。阳极是硅的溶解反应，阴极是ＨＮＯ３的消耗反应，阳极、阴极及总的反应可本上是成本最低的，是最有可能广泛应用的ｍｃ－Ｓｉ太阳电池绒面技术。收稿日期：２００６－０５－２３作者简介：王涛（１９８２—），男，山东省人，硕士生，主要研究方向为太阳能光伏技术；王正志（１９４５—），男，教授，博士