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1、学生毕业设计（论文）题目单晶硅太阳电池表面织构化学院光伏工程学院专业光伏材料加工与应用技术班级08级光伏（1）班姓名学号指导教师完成日期2010.10第11页共11页目录1.引言42.实验原理和实验过程42.1实验原理42.2实验过程53实验结果及讨论54.表面织构化技术应用75结论96致谢107.参考文献11第11页共11页摘要：一种新型的腐蚀剂,磷酸钠(Na3PO4·12H2O)溶液,首次被用来腐蚀单晶硅太阳电池。在70℃下,用3%的磷酸钠(Na3PO4·12H2O)溶液腐蚀25min就能在硅片表
2、面形成金字塔大小均匀、覆盖率高的绒面结构,并且其表面反射率也很低。通过SEM观察发现:开始时,随着腐蚀时间的增加,金字塔的密度越来越大,最后达到饱和;而且对于不同的浓度,温度,这种饱和时间不同;如果腐蚀时间过长,金字塔的顶部就会发生崩塌,从而导致表面发射率的升高。虽然异丙醇(IPA)在氢氧化钠(Noah)溶液中会明显地改善织构化的效果,但是在磷酸钠(Na3PO4·12H2O)溶液中却会对织构化有很强的负面效应。最后,在实验的基础上对腐蚀机理进行了深入地探讨并认为:择优腐蚀是金字塔形成的最基本的原因,而
3、缺陷、PO3-4或HPO2-4和异丙醇等仅仅是促进大金字塔形成的原因。这种腐蚀剂的成本很低,不易污染工作环境且可重复性好,所以有可能用于大规模生产。关键词:单晶硅;织构;磷酸钠;腐蚀第11页共11页1.引言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[1]。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。目前最常用的腐蚀液是Noah(或KOH)、水和异丙醇的混合物[2～6]。其中,异丙醇不仅可以
4、帮助解除氢气(H2)气泡在硅片表面上的吸附,而且还可以促进大金字塔的形成。这种溶液对硅片织构化的效果好,而且可重复性也很好;但是异丙醇不仅成本高,而且易污染工作环境。最近,有人提出用Na2CO3(或K2CO3)溶液来对单晶硅进行织构化处理[7、8]。其原理是利用CO2-3水解产生OH-,而且CO2-3或HCO-3还起着异丙醇的作用,从而对单晶硅进行表面织构化。由于不需要异丙醇,所以成本低且不易污染环境。然而,使用该腐蚀剂的腐蚀效果的重复性较差,这使其很难在大规模生产中得以应用。本文将首次采用磷酸钠(N
5、a3PO4·12H2O)溶液对单晶硅太阳电池表面进行织构化处理,并对腐蚀过程以及异丙醇的加入对织构化的影响作较深入的研究。最后,在实验的基础上对织构化的机理作以探讨。2.实验原理和实验过程2.1实验原理从化学角度,我们知道,Na2CO3和Na3PO4·12H2O都是强碱弱酸盐,在水中会发生水解,其离子反应方程式如下:CO2-3+H2O[HCO-3+OHPO3-4+H2O[HPO2-4+OH- 在平衡状态下,可以算出水解产生的OH-的摩尔浓度如下[9]:[OH-]=-Kh2+K2h4+Kh×C 式中
6、,Kh,C分别为水的离解系数和原始溶液的摩尔浓度。因为K2hnKh×C且Kh=KwKa,所以水解得到OH-的浓度大约为OH-]=C×KwKa其中Ka和Kw分别为水解系数、一定温度下水的离子积常数。从上式可以定性地得到:在一定的温度下,如果溶液的原始摩尔浓度相同,那么产生的OH-的摩尔浓度[OH-]则反比于K015a。对于磷酸钠和碳酸钠,其水解系数分别为4117×10-13和4168×10-11(298K)[10],所以对于相同摩尔浓度的磷酸钠和碳酸钠,磷酸钠水解产生的OH-的摩尔浓度[OH-]大约是碳
7、酸钠产生的[OH-]的10倍。从这个角度讲,磷酸钠(Na3PO4·12H2O)溶液应比Na2CO3溶液优越一些。2.2实验过程实验所用的硅片是P型、电阻率为3～5Ω·cm的直拉单晶硅。试样的大小是20mm×第11页共11页20mm,且双面都经化学抛光。先将试样在酒精中进行取油脂及玷污处理,尔后在低于10%的HF溶液中浸泡1min以去除自然氧化层,最后经去离子水冲洗后,在不同的腐蚀条件下进行腐蚀。腐蚀温度由恒温水浴槽控制,其精度为±0.5℃,且腐蚀是在密封体系中进行的。需要值得注意的是在腐蚀过程中无须搅
8、拌,因为搅拌对织构化有负作用[7]。腐蚀后,硅片的表面形貌由扫描电镜(SEM)观察,其型号为JSM235CF。硅片的表面反射率是通过带积分球的分光光度计测试出的,其型号是ShimadzuUV2240。3实验结果及讨论图1显示了单晶硅表面经3%的Na3PO4·12H2O溶液(重量比)在70℃腐蚀25min后的扫描电镜照片。从照片上可以发现金字塔的大小均匀,覆盖率高。图2显示了该硅片的表面反射率随波长的变化。图中表明,在波长从400nm到800nm范围内,其
