本文選題：太陽(yáng)電池 + 多晶硅�。� 參考：《南昌大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：光伏電力是最具發(fā)展前景的清潔能源。光伏電力發(fā)展的主題之一依然是降低成本。國(guó)內(nèi)外光伏電力主要基于硅片太陽(yáng)電池。近年來(lái)發(fā)展的金剛石線鋸切割硅片技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的砂漿線鋸切割技術(shù)使成本有可觀幅度的降低,2014年以來(lái)已全面應(yīng)用于單晶硅太陽(yáng)電池硅片生產(chǎn)。然而多晶硅太陽(yáng)電池片卻迄今不能得益于這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步。其原因是金剛石線鋸切割的多晶硅片與現(xiàn)行酸性濕法制絨技術(shù)不能兼容,國(guó)內(nèi)外迄今仍沒有理想的低成本替代技術(shù)。本研究組前期研究開發(fā)了一種基于氫氟酸-硝酸混合酸溶液熱蒸氣刻蝕作用的氣相刻蝕制絨方法(簡(jiǎn)稱VE制絨),對(duì)金剛石切割硅片具有良好的制絨效果,但其均勻穩(wěn)定性尚不夠理想,需要深入研究理解其絨面形貌的形成機(jī)理和控制方法,以發(fā)展成為一項(xiàng)有生產(chǎn)應(yīng)用前景的技術(shù)。這是本文研究的主要意義和目的。近年來(lái)美國(guó)開發(fā)出一種低成本的直接生長(zhǎng)法多晶硅片,同樣面臨與傳統(tǒng)多晶硅酸性濕法制絨不兼容問題,本文對(duì)這種硅片也進(jìn)行了VE制絨初步研究。對(duì)蒸氣源混合酸溶液的配比、溶液溫度、硅片預(yù)熱保溫方式、刻蝕時(shí)間等VE制絨工藝條件對(duì)刻蝕動(dòng)力學(xué)和制絨效果的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,采用失重分析考察刻蝕動(dòng)力學(xué),采用光反射率、表面粗糙度和表面微觀形貌表征制絨效果。結(jié)果顯示,VE制絨初期一般快速形成10微米以上直徑的大而淺的刻蝕坑,且沿線痕方向連接成淺溝槽坑,絨面光亮,反射率較高;隨后會(huì)形成大量1-5微米直徑的小刻蝕坑,刻蝕坑深寬比增大,反射率降低;繼續(xù)進(jìn)行下去則又會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜納米尺度蝕坑。各工藝條件都能夠影響從初期到后期不同階段的時(shí)間和發(fā)展程度,從而影響到最終所得絨面蝕坑的形貌、大小、均勻性及穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)并提出VE制絨的“微液滴刻蝕機(jī)理”:晶體硅表面的VE刻蝕制絨,實(shí)際上并非是由酸溶液蒸氣刻蝕而是由它在硅片表面凝結(jié)形成的微液滴的局域刻蝕作用而產(chǎn)生的;刻蝕過(guò)程中的反應(yīng)放熱及其對(duì)硅片溫度的影響和演變對(duì)刻蝕效果有著關(guān)鍵作用。常溫下開始制絨的硅片的VE過(guò)程大致分為以下三個(gè)階段:初期液膜刻蝕階段:初期硅片溫度尚較低,酸蒸氣在硅片上冷凝成片且迅速擴(kuò)展?jié)櫇窆杵砻嫘纬梢耗?以液膜為載體刻蝕硅片,去除表面損傷層,淡化切割痕帶來(lái)的表面性質(zhì)差別,此為第一階段‘液膜刻蝕階段’。此階段類似于濕法酸刻蝕,與之有著一致的刻蝕反應(yīng)機(jī)理和刻蝕形貌。中期微液滴刻蝕階段:隨刻蝕反應(yīng)大量放熱,硅片升溫,液膜蒸發(fā)收縮破裂成微液滴,以及不斷凝結(jié)新生的微液滴,以微液滴為載體刻蝕硅片,形成均勻分散的微米級(jí)蝕坑。這種局域刻蝕點(diǎn)的分布由外來(lái)凝結(jié)點(diǎn)決定,而不是循硅片表面切割紋分布,因此它能解決金剛石切割多晶硅片的制絨問題,消除表面切割紋。后期復(fù)雜循環(huán)刻蝕階段:隨著刻蝕繼續(xù)進(jìn)行,硅片局部或整體溫度高于酸蒸氣溫度,微液滴細(xì)化至納米尺度及至消失,過(guò)程中產(chǎn)生亞微米或納米尺度蝕坑,反應(yīng)放熱減緩,使硅片溫度下降,到一定程度后微液滴的凝結(jié)復(fù)而發(fā)生,而刻蝕亦復(fù)而進(jìn)行…如此不斷往復(fù)循環(huán),形成亞微米或納米尺度蝕坑形貌。這一過(guò)程中硅片溫度處在酸蒸氣的凝結(jié)-蒸發(fā)臨界點(diǎn)附近,刻蝕形貌具有由臨界現(xiàn)象帶來(lái)的復(fù)雜特征。復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)能夠大幅提高表面減反射效果,但同時(shí)卻使后續(xù)電池工藝?yán)щy,其利用需慎重對(duì)待。目前本VE制絨技術(shù)不包括這一階段�；谏鲜觥拔⒁旱慰涛g機(jī)理”和VE三階段特性,通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文對(duì)金剛石線鋸切割多晶硅片表面VE制絨的形貌控制提出了一系列的工藝條件,并顯著改進(jìn)了其均勻穩(wěn)定性,形成了一種刻蝕時(shí)間60秒的有量產(chǎn)前景的VE制絨工藝,所得絨面為均勻密布的微米級(jí)蝕坑,其平均光反射率低于18%。研究發(fā)現(xiàn)VE制絨對(duì)直接生長(zhǎng)法多晶硅片也具有良好效果,平均光反射率可降低到15%。所提出的微液滴制絨機(jī)理和三階段特性依然適用,與金剛石切割硅片的區(qū)別是其液膜刻蝕階段較短,縮短了整體刻蝕制絨時(shí)間。VE可望為新興的直接生長(zhǎng)法硅片提供高效低成本制絨技術(shù)。
[Abstract]:Photovoltaic power is one of the most promising clean energy sources . One of the main themes of PV power development is to reduce costs . The invention relates to a method for etching a silicon wafer , which comprises the steps of : etching a silicon wafer with a liquid film as a carrier to form a submicron or nano - scale etching pit ;
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM914.4;TN304.12

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本文編號(hào)：2012167