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多晶硅制絨液配方分析 一.背景 在太陽能電池制備過程中，為提高其性能和效率，必須讓更多的太陽光進入晶體硅。有效的辦法是在硅表面進行修飾, 使硅表面形成絨面結(jié)構(gòu)（即硅表面均勻分布著陷阱坑）, 有效的絨面結(jié)構(gòu)可以使得入射光在硅片表面進行多次反射和折射，改變?nèi)肷涔庠诠杵械那斑M方向。一方面，延長了光程，從而使光有更多的機會進入到晶體硅中, 這就是多晶硅的陷光效應，增加了硅片對紅外光的吸收率；另一方面，使得等多的光子在靠近PN結(jié)附近的區(qū)域被吸收產(chǎn)生載流子，這些光生載流子更容易被收集，因此增加了載流子的收集效率。 二.酸修飾多晶硅制絨液常見組分： 酸修飾多晶硅植絨液，一般由無機酸組成，其配方組成有氧化劑、絡合劑、輔助腐蝕劑等。通常選用HF/HNO3/H2O 系列溶液對多晶硅表面腐蝕，可在晶體硅表面獲得有一定分布的陷阱坑，但多晶硅表面腐蝕坑形貌及其分布與制絨液配方、制絨的工藝參數(shù)密切相關；還因酸制絨過程速度比較快, 因此實現(xiàn)有效調(diào)控，使多晶硅表面陷阱坑分布密度和陷阱坑的深度成為重點。 2.1 氧化劑 HNO3可作為氧化劑成分, 可以和單質(zhì)硅發(fā)生氧化還原反應，在硅片表面形成SiO2層。 2.2 絡合劑 HF作為絡合劑去除SiO2層，從而在多晶硅片上形成好的絨面結(jié)構(gòu)。 理論上NaNO2也可以作為腐蝕液中的氧化劑，用NaNO2替代HNO3，可能的反應方程式如下： Si+4NaNO2+2H2O —— SiO2+4NO+4[NaOH] (1) SiO2+6HF——[H2SiF6]+2H2O (2) Si+4NaNO2+6HF——[H2SiF6]+4NO+4[NaOH] (3) 與酸腐蝕液HF/ HNO3 / H2O 相比，一方面NO2的存在，消除了反應的緩沖時間，另一方面NO2-離子的氧化能力要比HNO3電離的NO3- 弱，因此形成的SiO2 速度要慢，腐蝕穩(wěn)定。 2.3 輔助腐蝕劑 在多晶硅表面腐蝕液中加入( NH4 ) 2C2O4 ，類似于加入CH3COOH，增加腐蝕的各向異性特性，改變硅片的制絨形貌。如果把兩種方法有效結(jié)合起來，理論上應該可以獲得比較好的 修飾效果。 2.4.硅片制絨面的評價方法 將刻蝕制成的硅絨面，利用積分反射儀測量其表面反射率,進而評估硅片表面的光電轉(zhuǎn)換率；利用掃描隧道顯微鏡觀察硅片表面形貌及粗略估計刻蝕深度，并觀測金字塔的大小及均勻程度。 三.常見的配方體系 3.1 HF/HNO3/H2O型 HF( 40%) 50ml HNO3 ( 68%) 250ml H2O 150ml 按照上述比例配制溶液, 制成傳統(tǒng)配方, 在20℃下腐蝕130s。經(jīng)實驗得出，傳統(tǒng)酸配方腐蝕呈現(xiàn)各向同性腐蝕特性,硅表面有蚯蚓狀的腐蝕坑, 但腐蝕坑比較淺, 單位面積腐蝕坑密度不高, 這種表面結(jié)構(gòu)很難使光在凹坑內(nèi)有多次往返, 導致光反射率高,平均反射率約32%。 3.2 HF/ NaNO2/H2O型 HF( 40%) 360ml NaNO2 1.2g H2O 120ml 按照上述比例配制溶液,在室溫下腐蝕130s。此配方也會導致多晶硅各向同性腐蝕, 硅表面有許多形狀如蚯蚓狀、深度較大的腐蝕坑, 而且分布密集, 如此修飾后的表面會導致光在腐蝕坑里多次往返,使光不容易反射到空氣中,從而導致更多的光進入多晶硅, 能有效提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率,平均表面反射率為29% 3.3 HF/HNO3/( NH4) 2C2O4/H2O型 HF( 40%) 50ml HNO3 ( 68%) 250ml ( NH4) 2C2O4 5.16g H2O 75ml 按照上述比例配制溶液,在室溫下腐蝕90s。實驗研究發(fā)現(xiàn), 加入( NH4) 2C2O4 /H2O后能有效提高腐蝕速度, 而且單位面積腐蝕坑密度比較小。SEM 圖片上顯示大且淺的腐蝕坑, 這樣的結(jié)構(gòu)使光在腐蝕坑里往返次數(shù)不多, 導致光反射率大, 不利于光的收集, 實驗測量反射率高達41%。但按這個配方長時間腐蝕多晶硅片, 硅表面沒有出現(xiàn)峽谷式的腐蝕通道。 四.硅片制絨液檢簡單工藝： 4.1 兩步酸刻蝕法 首先在HF/ NaNO2/H2O腐蝕液中腐蝕晶體硅表面30s, 然后放到HF/HNO3/( NH4) 2C2O4 /H2O腐蝕液中腐蝕20s。通過積分反射儀測量反射率曲線, 該表面整體反射率曲線比較低, 綜合反射率下降到24.8%。 五. 制絨液參考配方
六市面常見制絨液： 堿性制絨、酸性制絨 、單晶硅制絨液、多晶硅制絨液、制絨添加劑、 |
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