本文關(guān)鍵詞：多晶硅太陽電池表面化學(xué)織構(gòu)工藝，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第23卷??第6期；2002年12月；????????????????????????；太??陽??能??學(xué)??報(bào)??；ACTAENERGIAESOLARISSINIC；????????????????????????；Vol??23,No??6；Dec.,2002；文章編號(hào):0254-0096(2002)06-0；多晶硅太陽電池表面化學(xué)織構(gòu)工藝；趙百川,孟

第23卷??第6期

2002年12月

??????????????????????????

太??陽??能??學(xué)??報(bào)??

ACTAENERGIAESOLARISSINICA

????????????????????????

Vol??23,No??6

Dec.,2002

文章編號(hào):0254-0096(2002)06-0759-04

多晶硅太陽電池表面化學(xué)織構(gòu)工藝

趙百川,孟凡英,崔容強(qiáng)

(上海交通大學(xué)物理系太陽能研究所,上海200240)

摘??要:用化學(xué)腐蝕方法織構(gòu)多晶硅片的表面,利用SEM分析了化學(xué)腐蝕后多晶硅片表面狀態(tài),通過反射譜的測(cè)試,分析了多晶硅片表面陷光效果。結(jié)果表明酸溶液腐蝕的硅片表面相對(duì)平整,有均勻的腐蝕坑,反射率很小。在沒有任何減反射膜的情況下,在500~1000nm波長范圍內(nèi),反射率在16%以下,有較好的表面陷光效果。而用堿溶液和雙織構(gòu)腐蝕方法得到的多晶硅表面陷光作用都不很理想,反射率高于酸溶液腐蝕硅片,腐蝕后的硅片表面狀態(tài)也不利于擴(kuò)散和絲網(wǎng)印刷工藝。關(guān)鍵詞:表面織構(gòu);化學(xué)腐蝕;多晶硅;太陽電池中圖分類號(hào):TM914??4????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

0??引??言

提高多晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要任務(wù)是減小硅片表面的光損失。由于多晶硅含有大量晶粒和晶界,且晶粒晶向各不相同,絨面制作較困難。工業(yè)上,多晶硅太陽電池缺少有效的表面織構(gòu),因此不能產(chǎn)生有效的光吸收。單晶硅太陽電池表面的(100)晶向上通過堿溶液的各向異性腐蝕可以形成隨機(jī)分布的金字塔,增加了光的吸收[2]。對(duì)于多晶硅,只有極少部分小晶粒是(100)晶向,所以利用各向異性腐蝕方法進(jìn)行表面積構(gòu)產(chǎn)生的光吸收是非常有限的。為了能在多晶硅片上獲得各向同性的表面織構(gòu),已經(jīng)使用了很多技術(shù),如:等離子體刻蝕(RIE),機(jī)械結(jié)構(gòu),化學(xué)腐蝕等。由于RIE成本較高,在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中,化學(xué)腐蝕是比較理想的表面織構(gòu)方法。為了降低成本,利用實(shí)現(xiàn)多晶硅太陽電池的產(chǎn)業(yè)化,我們研究了化學(xué)腐蝕方法織構(gòu)多晶硅片表面,通過改變化學(xué)溶液中各成份配比,優(yōu)化腐蝕液,制作具有理想陷光作用的多晶硅絨面。

[3??6][1]

貌各不相同,因此對(duì)光的吸收和反射有不同的效果,為了使多晶硅太陽電池的表面反射減小,陷光效果增加,我們按下面的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了研究:

1)堿溶液腐蝕;2)酸溶液腐蝕;

3)雙織構(gòu)??????先用酸溶液腐蝕再用堿溶液腐蝕。1??2??實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)方案,我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1和表2。

表1??堿溶液腐蝕多晶硅片

Table1??PolysiliconwaferetchedbyalkalisolutionNaOH溶液的濃度25%

初始厚度334??m

腐蝕后的厚度305??m

腐蝕時(shí)間10min

腐蝕速率2??9??m/min

表2??酸溶液腐蝕多晶硅片

Table2??PolysiliconwaferetchedbyacidsolutionHNO3??HF??初始厚度腐蝕后厚度腐蝕時(shí)間腐蝕速率CH3COOH

/??m/??m/min/??m??min-1(體積比)10??1??1

7??1??15??1??13??1??11??2??01??3??01??5??01??7??01??12??01??15??0

310310340305350340335340334338

285294310283-230250310310320

3013106??0-0??501??01??51??52??0

0??831??233??003??67-22085??020??016??09??00

1??實(shí)????驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程中,我們采用臺(tái)灣茂迪公司生產(chǎn)的摻B的P型多晶硅片,硅片面積為5??5cm,電阻率0.5~1??5????cm。1??1??實(shí)驗(yàn)方案

由于多晶硅由許多晶粒組成,晶粒的方向各不相同,利用不同的化學(xué)腐蝕液得到的多晶硅表面形

????收稿日期:2001-11-05

2

????注:??????表面反應(yīng)速度極快,硅片被溶解;0??????未用醋酸。

??760????????????????????????????????????太????陽????能????學(xué)????報(bào)??????????????????????????????????23卷??

多晶硅片初始厚度為320??m,先用酸溶液(HF??HNO3=5??1)腐蝕0??5min,再用23%的NaOH溶液在80??時(shí)腐蝕4min,酸腐蝕后的厚度為290??m,堿腐蝕后的厚度為280??m。

規(guī)則,大小不一。在這些各種酸的配比中,我們得到最佳的腐蝕比例為HF??HNO3=12??1,在腐蝕過程中加入適量的CH3COOH可降低反應(yīng)速度,通過控制某些反應(yīng)附加條件,可避免硅片表面被染色。

通過前面的實(shí)驗(yàn),我們知道在HF比例高的酸溶液中,硅片表面易被染色,這對(duì)在硅片表面蒸鍍減反射膜有不利的影響,為此我們采用先用酸腐蝕,再用堿腐蝕,既可避免酸腐蝕后在硅片表面留下染色的多氧化硅層,又可防止只有堿腐蝕而造成硅片表面的不平整,經(jīng)過雙織構(gòu)的多晶硅片,表面局部有較好的織構(gòu)形貌,且從其反射譜看,其反射率也低于用堿溶液腐蝕的硅片反射率。

2??分析和討論

2??1??表面形貌

在前面的實(shí)驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過堿溶液腐蝕之后,硅片表面呈硅本色。由于堿溶液各向異性腐蝕作用,腐蝕之后的硅片表面凹凸不平(圖2),有較多的臺(tái)階。

在酸溶液腐蝕多晶硅過程中,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)HF??HNO3比例由15??1,12??1????1??5,1??7,1??10的變化過程,腐蝕速率先升后降,在HF??HNO3的配比達(dá)到2??1時(shí),腐蝕速率最快。在富HF時(shí),硅片表面有尖銳邊緣的腐蝕坑,HF比例越高,腐蝕坑為不連續(xù)分布,隨HF含量的降低,腐蝕坑直徑增大;當(dāng)HNO3的比例增大,達(dá)到HF??HNO3=1??3時(shí),表面的腐蝕坑變淺,基本呈鏡面,即化學(xué)拋光腐蝕。不同的HF和HNO3配比,腐蝕有非擇優(yōu)腐蝕和擇優(yōu)腐蝕。富HF時(shí),反應(yīng)受氧化??還原限制,發(fā)生擇優(yōu)腐蝕;在富HNO3時(shí),硅的溶解過程受HF的擴(kuò)散控制,而不再受氧化??還原控制。此外硅片的表面狀態(tài)不同,引起的腐蝕反應(yīng)也不同,在HF比例較高時(shí),溶液是染色腐蝕液,腐蝕后的硅片表面被Si的氧化物覆蓋,表面顏色根據(jù)腐蝕液的不同而不同,而且由于多晶硅片原始狀態(tài)的不一致性,這種染色不會(huì)完全重復(fù)。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度看,腐蝕反應(yīng)最先發(fā)生在反應(yīng)激活能最低的位置(比如在晶體缺陷處,或是表面損傷處),最初的腐蝕可視為點(diǎn)腐蝕,然后呈輻射狀向各個(gè)方向推進(jìn),此時(shí)的腐蝕若是理想的非擇優(yōu)腐蝕,則會(huì)形成完美的球面形腐蝕坑,但因?yàn)槎嗑Ч璧慕Y(jié)晶學(xué)特性(如某些區(qū)域有應(yīng)變等)和必然存在化學(xué)不均勻性,都會(huì)影響反應(yīng)速率。如在腐蝕坑的邊緣或尖角處,相對(duì)于其他表面,更易于被腐蝕掉,因此較快地再次被腐蝕,逐漸形成較為鈍化的腐蝕坑邊緣,最終得到的表面形貌為平底腐蝕坑或是接近于平面。在HNO3比例較高時(shí),各種不同表面質(zhì)量的硅片的腐蝕相似,基本上都是拋光腐蝕,只是拋光的程度不同。緩和劑CH3COOH或H2O的加入都能夠起到減小腐蝕速率,緩和反應(yīng)的作用,但腐蝕后

[7]

圖1??酸溶液腐蝕的多晶硅SEM表面形貌Fig.1??SEMmornographyofpolysiliconwafer

texturingetchedbyacidsolution

圖2??堿溶液腐蝕的多晶硅SEM表面形貌Fig.2??SEMmornographyofpolysiliconwafersurfacetexturingetchedbyalkalisolution

2??2??測(cè)試結(jié)果

不同的化學(xué)腐蝕液得到的多晶硅片表面形貌各,見圖4,圖1

??6期????????????????????????????趙百川等:多晶硅太陽電池表面化學(xué)織構(gòu)工藝????????????????????????????761????

面較平整,在均勻的腐蝕坑,這種表面有利于擴(kuò)散后得到較好的p-n結(jié),對(duì)絲網(wǎng)印刷電極也有利。圖2是堿溶液腐蝕的硅片,顯而易見,硅片表面臺(tái)階較多,對(duì)擴(kuò)散的影響很大,而不利于絲網(wǎng)印刷電極,易造成碎片和電極的不連續(xù),

對(duì)電流的收集不利。

片表面的反射率最小,在400~1000nm波長范圍內(nèi),沒有任何減反射膜的條件下,反射率不到16%,酸堿雙織構(gòu)的硅片表面的反射率次之,堿溶液織構(gòu)的硅片表面反射率最大。

a堿溶液腐蝕的硅片??b先酸后堿溶液腐蝕的硅片

c酸溶液腐蝕的硅片

圖5??化學(xué)腐蝕后沒有減反射膜的多晶硅片表面的反射譜

圖3??先酸后堿溶液腐蝕的多晶硅片SEM表面形貌

Fig.3??SEMmornographyofpolysiliconwafersurfacetexturingetchedbyalkalisolutionafter

acid

Fig.5??Thereflectancecurveofpolysiliconwafersurfacebychemiclamethodwithoutantireflectioncoating

????通過前面的分析,可以知道用酸溶液腐蝕的多晶硅片表面的陷光效果較好,而且酸溶液腐蝕的過程既完成了去掉表面損傷層,又完成了絨面工藝,從工業(yè)化生產(chǎn)的角度來看,節(jié)省了時(shí)間,縮短了生產(chǎn)周期。

3??結(jié)??論

1)用酸溶液腐蝕的多晶硅片表面有均勻的腐蝕坑,表面相對(duì)平整,表面反射率較低,有利于太陽電池的擴(kuò)散和絲網(wǎng)印刷工藝,且腐蝕過程時(shí)間短,減少了生產(chǎn)周期。

圖4??堿溶液腐蝕的單晶硅片SEM表面形貌Fig.4??SEMmornographyofmonosiliconwafersurfacetexturingetchedbyalkalisolution

2)由于堿溶液的各向異性腐蝕特性,腐蝕后使硅表面有較多的臺(tái)階出現(xiàn),對(duì)太陽電池后道工序的絲網(wǎng)印刷電極極為不利。

3)雙織構(gòu)的表面不均勻,局部的表面反射小,大部分表面陷光不理想。

4)關(guān)于多晶硅片表面形貌,我們還在進(jìn)一步深入研究,優(yōu)化表面陷光作用,提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。預(yù)期在表面生產(chǎn)SiNx減反射膜(ARC)后,反射率會(huì)進(jìn)一步下降。

致謝:在實(shí)驗(yàn)過程中得到上海交大??云南省省校合作項(xiàng)目的資助。

圖3是經(jīng)過雙織構(gòu)的硅片表面形貌,有密集均勻的方錐形絨面,但這只是局部絨面,其實(shí)大部分還是凹凸不平,無規(guī)則的臺(tái)階,這是堿溶液的各向異性腐蝕液的擇優(yōu)腐蝕的結(jié)果。圖4是堿溶液腐蝕的單晶硅的表面形貌,由于單晶硅為(100)晶向,腐蝕后是密集的金字塔結(jié)構(gòu),這種絨面的陷光效果非常理想。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證化學(xué)腐蝕后多晶硅片表面的陷光效果,我們做了反射譜的測(cè)試,見圖5。反射率測(cè)

:[參考文獻(xiàn)]

[,14th

??762????????????????????????????????????太????陽????能????學(xué)????報(bào)??????????????????????????????????23卷??

PVSEC,1997,804??807.

[2]??KingDL,BuokME.Proc.ofthe22ndIEEEPVSPC,

Oct.1991,303??308.

[3]??WillekeG,FathP.Proc.ofthe13thEuropeanPVSEC,

1995,399??402.

[4]??ShirasawaK,etal.Procofthe12thEuropeanPVSEC,

1994,757??760.

[5]??KaiserV,etal.Proc.ofthe10thEuropeanPVSEC,

1991,293??294.

[6]??EinhausR,etal.Proc.ofthe26thIEEEPVSEC,1997,

167??170.

[7]??趙富鑫,魏彥章.太陽電池及其應(yīng)用[M].國防工業(yè)出

版社,1985.

INVESTIGATIONOFSURFACETEXTUREBYCHEMICAL

METHODONPOLYSILICONSOLARCELLS

ZhaoBaichuan,MengFanying,CuiRongqiang

(SoloarEnergyInstitute,DepartmentofPhysics,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai??200240,China)

Abstract:Thepolycrystallinesiliconwaferisetchedbychemicalmethod.ThepolycrystallinesiliconsurfaceisanalyzedbySEMandthelighttrappingofthewafersurfacebyreflectionspectrum.Theresultsindicatethatthesurfaceetchedbyacidsolutioniscomparativesmooth,thesurfacefilledwiththeuniformetched-pits,andverylowreflectance.Withoutanyant-ireflectioncoating,thewaferreflectivityisabout16%atthewavelengthrangeof500~1000nm.Thereflectancesofthesurfacesbyalkalisolutionorbyalkalisolutionafteracidarehigherthanthatonebyacidsolution.

Keywords:surfacetexturing;chemicaletching;polycrystallinesilicon;solarcell聯(lián)系人E-mail:baichuan@kali.com.cn

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