%85太阳电池表面绒面制备及其性质研究

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1、万方数据第39卷第8期2010年8月化工技术与开发Technology&DevelopmentofChemicalIndustry、，01．39No．8Aug．2010单晶硅太阳电池表面绒面制备及其性质研究吴江宏1，_，胡社军1，2，一，王忆2，范东华2，李昌明1(1．五邑大学机电系，广东江门529020；2．五邑大学数理系，广东江门529020；3．华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510631)摘要：单晶硅太阳能电池的表面织构化所形成的陷光效应，可以增强对光的吸收，提高电池的转化效率。本文研究了制绒液主要成分含量、制绒温度以及时间对绒面

2、织构形成的影响。采用扫描电镜分析了试样的表面形貌，分光光度法研究了试样的反射率。通过分析确定了单晶硅太阳电池表面织构化的最佳工艺参数为1．5％wt的NaOH、1．5％wt的Na2Si03·9H20和6．5％vol的IPA，反应温度为80"C，反应时间为25min，在此工艺参数下所制得的硅片样品绒面平均反射率为9．85％。关键词：单晶硅；太阳能电池；织构化中图分类号：TM914．4文献标识码：A文章编号：1671．9905(20lO)OS．0005．06目前太阳能电池主要是单晶硅太阳电池和多晶硅太阳能电池。单晶硅太阳电池与多晶硅太阳电池一直保持在9

3、0％以上的市场占有率，牢牢统治着整个太阳电池市场。与多晶硅太阳电池相比，单晶硅太阳电池可有效地在表面制作陷光结构，从而大大减少太阳光在硅片表面的反射损失11-2】。在太阳电池表面形成绒面结构不仅可以降低表面的反射率，而且还可以在电池的内部形成光陷阱，从而显著地提高太阳电池的转换效率。对于单晶硅太阳电池，主要利用择优腐蚀原理，在硅片的表面形成金字塔结构而达到此目的。目前，国内外有许多小组从事单晶硅表面织构化研究，分别采用NaOH、KOH、Na3P04、NaHC03、Na2C03和Na2Si03等溶液进行单晶硅表面织构的制备p_51。目前碱溶液制绒存

4、在的问题是如何提高绒面的一致性、均匀性，以及反应的可重复性等。为了获得良好的绒面反射率和实验的可重复性，及对金字塔结构的形成机理和影响因素有更为透彻的理解，本文选择NaOH作为反应物、硅酸钠和异丙醇作为添加剂，通过实验对单晶硅表面织构化技术进行优化，深入地研究了溶液各成分浓度、反应温度、腐蚀时间等因素对太阳电池表面织构的影响，为工业化提供参考依据。1实验1．1实验原理在较高的温度下，碱性溶液与晶体硅发生如下的腐蚀反应：S汁60H_÷Si032"+H20+4e4—．+4e．+2H2t总的反应方程式为：Si+20H'+H20=Si032"+2H2T硅

5、晶体中晶向不同的硅原子排列间距有异，因此碱溶液对各晶向的腐蚀速度也不相同，各向异性腐蚀速率除了由晶向决定外，还和腐蚀液类型、温度、配比等有关。按照Arrhenius定律，腐蚀速率R=Roexp(-EJKT)，从实验中可确定各种腐蚀剂的激活能历和预指数因子岛【6】。对于不同的腐蚀剂，已和疡不同；对同一腐蚀剂(j【nNaOH)，也会随配比的不同而改变。1．2实验过程采用国产的P型<100>晶向的直拉单晶硅片，电基金资助：国家自然科学基金(50771046)作者简介：吴江宏(1972．)，男，汉族，陕西西安人，硕士研究生，主要从事新型能源与环境材料研究

6、通讯作者：胡社军收稿日期：2010．03．25万方数据6化工技术与开发第39卷阻率为0．5～3Q·cm，样品尺寸为125mmx125mm，双面都经过化学抛光。首先将硅片试样放入异丙醇溶液中进行超声清洗，去除表面油渍和玷污，然后在85℃下，质量分数15％的NaOH水溶液中进行腐蚀．以去除表面机械损伤层，样品干燥待用。制绒体系以NaOH、Na2Si03"9H20和IPA按不同比例配制，在不同的反应温度和反应时间下，将样品放入腐蚀液进行腐蚀，实验中用恒温水浴锅(H．S．GIB．2型)控制温度，精度控制在±0．5℃，且腐蚀是在密闭体系中进行的。值得注意的

7、是在腐蚀的过程中无需搅拌，因为搅拌会对表面织构化产生负作用。腐蚀后，硅片的反射率用HitachiU2410分光光度计测定。硅片的表面形貌用NoVaTMNanoSEM430超高分辨率热场发射扫描电子显微镜观察样品表面形貌。2实验结果及讨论2．1NaOH含量对绒面的影响制绒液中含有1．5％wt的Na2Si03．9H20和6．5％vol的IPA，反应温度为80℃，NaOH的含量从0．5％wt～5％wt变化，经25min制绒处理。不同NaOH含量所制得的单晶硅片表面的金字塔绒面的微观形貌如图1所示，图l(a)NaOH含量为0．5％；图1(b)NaOH含量

8、为1．5％；图l(c)NaOH含量为5％：图2是以上绒面的反射谱。从绒面的表面可以看出，经过相同时间腐蚀生长，图1(a)由于NaOH含量