关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论(paper)

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1、论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract:Anisotr

2、opicetchingprocessof(100)orientedcrystallinesiliconinalkalinesolutioncontainingsodiumhydroxideandethanolwasinvestigated,whichisthecommonformulaoftexturingsolutioninChinesemassproductionofmono-siliconsolarcells.ThispapershowsthedifferentsurfacemorphologyandreflectanceastheconcentrationsofNaOH

3、orethanol,aswellasetchingtimechanged.TherolesofNaOHandethanolinthetexturingsolutionareexpressedfromtheviewpointofnucleationandgrowthofpyramid.Theprocessingparametersareoptimizedtomeettherequirementformassproduction.Keywords:crystallinesilicon,texturization,anisotropicetching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电

4、转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidaltexture），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。对于既可获得低的表面反射率，又有利于太阳电池的后续制作工艺的绒面，应该是金字塔大小均匀，单体尺寸在2~10微米之间，相邻金字塔之间没有空隙，即覆盖率达到100%。理想质量绒面的形成，受到了诸多因素的影响，例如硅片被腐蚀前的表面状态、制绒液的组成、各组分的含量、温度、反应时间等。而在工业生产中，对这一工艺过程的影响因素更加复杂，例如加工硅片的数量、醇类的挥发、反应产物在

5、溶液中的积聚、制绒液中各组分的变化等。为了维持生产良好的可重复性，并获得高的生产效率，要求我们比较透彻的了解金字塔绒面的形成机理，控制对制绒过程影响较大的因素，在较短的时间内形成质量较好的金字塔绒面。目前已经有许多的研究小组对单晶硅片的各向异性腐蚀过程进行了细致深入的研究[1，2，3，4，5]，各自给出了制备金字塔绒面的优化工艺条件。在国外的研究和生产中，大部分的制绒液是碱（NaOH，KOH，Na2CO3，(CH3)4NOH）与异丙醇的混合溶液。在中国，考虑到生产成本，太阳电池制造商大多使用价格相对较低的乙醇来替代异丙醇，与氢氧化钠的水溶液混合而成制绒液。目前针对单晶硅片在（氢

6、氧化钠+乙醇）的混合体系中形成金字塔绒面的过程，尚未见详细的研究报道。我们在参考已经报道的实验数据的基础上，经过大量的实验，总结出了（氢氧化钠+乙醇）的混合体系对单晶硅片进行制绒的适宜参数，从而在较短时间内（30分钟）获得色泽均匀、反射率低的绒面单晶硅片。然而当我们将实验室的条件下得到参数应用在生产线上时，往往在开始的几个批次，可以加工出较理想的绒面，但随着产量的增加，绒面质量急剧变差，我们称之为制绒液的“失效”。这种失效是由于制绒液中的主要成分—NaOH和乙醇的含量，与最初的设置值已相去甚远。另外，在绒面质量开始变差的时候，如果延长反应时间，可以加以改善。因而，我们仔细观察了

7、随着NaOH的浓度、乙醇的浓度和反应时间的变化，绒面的微观形貌和硅片表面反射率的变化情况。从本质上来讲，绒面形成的过程，就是金字塔的成核和生长的过程，一切表观参数对绒面质量的影响，究其根本就是影响了金字塔的成核或者生长。本文从这个角度详细分析了氢氧化钠和乙醇在制绒过程中各自扮演的角色。2实验原理和实验过程2.1实验原理在高温下，硅与碱发生如下的化学反应：Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑因而通常用热的碱溶液来腐蚀硅片。对于晶体硅，由于各个晶面的原子密度不同，与碱进行反应的速度差别