多晶硅太阳电池的酸腐绒面技术

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1、晶体硅太阳电池及材料．55．iii暑暑置昌皇昌暑；宣暑宣暑i宣iii宣ii宣i暑暑置萱T[]IImrTi暑iiiiiiiiiiii宣摘要关键词1前言多晶硅太阳电池的酸腐绒面技术。刘新民(瀚悦上海化工有限公司，上海市201108)目前，太阳能光伏市场中多晶硅(mc．Si)太阳电池所占据的份额是最大的。已经出现的mc．Si绒面技术主要有机械刻槽，等离子蚀刻以及激光刻槽和各向同性的酸腐蚀。机械刻槽的绒面方法要求硅片厚度在200lain以上，因为刻槽的深度一般在50¨m的量级上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

2、要相对复杂的处理工序和昂贵的加工系统。在绒面的制作过程中，可能会引入机械应力和损伤，在后处理中形成缺陷。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，它应用起来基本上是成本最低的，最有可能广泛应用的mc．Si太阳电池绒面技术。光伏会议；酸蚀刻；多孔硅膜；蚀刻深度。目前，太阳能光伏市场中多晶硅(mc—Si)太阳电池所占据的份额是最大的。但是，mc．Si太阳电池的效率(13％．16％)总体上没有单晶硅太阳电池(14％一17％)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要优于mc—

3、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(表面织构化)。目前，已经出现的mc．Si绒面技术主要有机械刻槽，等离子蚀刻以及激光刻槽和各向同性的酸腐蚀。机械刻槽的绒面方法要求硅片厚度在200pan以上，因为刻槽的深度一般在50lain的量级上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。在绒面的制作过程中，可能会引人机械

4、应力和损伤，在后处理中形成缺陷。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，它应用起来基本上是成本最低的，最有可能广泛应用的ITIC．Si太阳电池绒面技术。2酸腐蚀法制备绒面的基本原理硅片在切割过程中表面留有大约10—20pan的锯后损伤层，对制绒有很大影响，因此在制绒前将其除去。目前广泛使用的酸腐蚀溶液是以HF．HN03为基础的水溶液体系，其基理为HN03给硅表面提供空穴，打破了硅表面的Si2H键，使Si氧化为Si02，然后HF溶解Si02，并生成络合物H2SiF6。从而导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀，形成的粗糙的多孔硅层，有利于减少光反射，增强光吸收

5、表面，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。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。’通讯作者：刘新民，男，联系E-mail：liuxrn06813@sohu．corn．56．第十届中国太阳能光伏会议论文集3Si+4HN03=3S102+2H20+4NOTSi02+6HF=H2[SiF6]+2H20另外一种基理为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HN03的消耗反应，阳极、阴极及总的反应可由下式表示：阳极：Si+2H20+nh—+Si02+4

6、H+(4一n)e_—．Si02+6HF—+H2Si6+2H20阴极：HN03+3H—NO+2H20+3h总体的反应式：3si“HN03+18HF_3H2SiF6+4NO+8H20+3(4．n)h+3(4．n)e一其中，11表示分离一个Si原子平均需要的电荷数量，h表示正电荷或者空穴，e表示电子。通过扫描电镜照片，可观察到经过腐蚀，在多晶硅的表面形成了大小不等的球形结构，它们使太阳光的光程增加，降低表面反射率，导致光线吸收的增加。球形绒面结构的形成机理目前仍在确认之中。但主要认为在硅与硝酸的反应中，除了生成Si02，还生成NO气体，在硅片表面形成气泡，这是导致硅片表面产生球形

7、腐蚀坑的主要原因。在反应速度较慢的条件下，能够得到较好的绒面，从而降低了反射率并增加了光的吸收。总的说来，如果腐蚀液中HN03过多，容易造成化学抛光效果，不利于形成腐蚀坑。如果腐蚀液中HF过多，则反应速度太快，不容易形成众多的微腐蚀坑，也影响表面孑L隙率的提高。基材腐蚀剂组分腐蚀速率(I．Lm／min)ETCH03A26克SiHN0350毫升32．6水100毫升ETCH03A9克SiHN0350毫升7．4水100毫升3酸腐蚀处理后的mc—Si片表面特征7对于单晶硅片，使用碱性溶液的各向异性腐蚀得到的绒面是由随机分布