多晶硅表面絨面的制備及優(yōu)化

1、多晶硅表面絨面的制備及優(yōu)化.txt假如有一天你想哭打電話給我不能保證逗你笑但我能陪著你一起哭。堅強的基本，就是微笑。 面具戴久了丶就成了皮膚 本文由spark382001貢獻pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 新 能 源專 題多晶硅表面絨面的制備及優(yōu)化郎 芳 劉 偉 孫小娟 王志國 張紅妹071051） （ 英利綠色能源 控股有限公司 ，河北 保 定 摘要本論文依 據(jù)多晶硅 結(jié)構(gòu)的特 點，對 多晶硅表 面絨面的 制備進行 研究并 優(yōu)化制絨 工藝。酸 絨面的制 備可以改 善多晶硅 表面減 反射效果 。在合適 的反應(yīng) 條件下用 酸腐蝕的 方法可以

2、在硅片 上 制備出減反射 效果良好的 絨面, 并且工 藝簡單、成本低，適合于工 業(yè)的實際生 產(chǎn)和應(yīng)用。連續(xù)生 產(chǎn) 過程中不 斷添加一 定比例的 腐蝕液 會使多晶 硅片在一 個相當 長的范圍 內(nèi)達到穩(wěn) 定的制絨 效果。 并 且通過控制腐 蝕深度可以得 到好的短路電 流，進而增大 電池的光電轉(zhuǎn) 換效率。 關(guān)鍵詞：多 晶硅；酸腐蝕 ；表面絨面； 最優(yōu)化Im pr ovement of Textur e on MC Wafer Sur faceLang Fang Liu W ei Sun Xiaojuan W ang Zhiguo Zhang Hon gmei (Yingli Green Energy

3、 Co., L td , Baoding, Hebei 07 1051) Ab str act Th is article give a research on fabrication and improvement of surface texture tomulticrystal(mc) silicon wafer depend on configu ration o f mc wafer. Fabrication acid texture can reduce reflectivity. It can make better texture on wafer surface with f

4、it reaction condition, process simply and cost low. Produce and application can easily adapt to the process. It can reach stable texture effect in a long time if add certain proportion etch liquid during prod uction. It can gain better Isc and increase Eff through good control etch depth. K ey wor d

5、 s：multicrystal silicon；acid etch；surface texture；optimization 一 定比例混合 而成，其中 H NO3 為 強氧化劑 ，在反 應(yīng) 中提供 反應(yīng)所 需要的 空穴； HF 的作 用是與 反應(yīng) 的 中間產(chǎn)物 SiO 2 反應(yīng)生成絡(luò) 合物 H 2SiF6 以促 進反 應(yīng) 進行；水對 反應(yīng)起緩沖 作用；反 應(yīng)中還會生 成少 量 的 HNO 2，它 能促進反 應(yīng)的發(fā)生 ，因此這是 一種 自 催化反應(yīng)。 由于 HF、HNO3 和去離子水 的混合液發(fā) 生了多 種 配比的化學反 應(yīng)，如下： Si+2HN O3+6HF=H2SiF 6+2HNO 2+2

6、H2 O 3Si+4H NO3+18H F=3H2 SiF 6+4NO +8 H2O 3Si+2HNO 3+18HF=3H2SiF 6+2NO+4H2 O+3H2 其反應(yīng)的本 質(zhì)可以理解 為： Si+4HN O3=SiO2+4NO 2+2H2 O SiO 2+4HF=SiF 4+2H2 O SiF 4+2HF=H2SiF 6 （5） （6） （7） （1） （2） （3）引言要縮 小多晶硅 太陽電 池與單晶 硅太陽電 池之間效率上的 差距， 采用絨面 技術(shù)提高 多晶硅表 面對光 的吸收是 最有希 望的辦法 。各向同 性的酸腐 蝕絨面 技術(shù)可以 比較容 易地整合 到當前的 太陽電池 處理工 序中

7、，它 應(yīng)用起 來成本較 低，是最 有可能廣 泛應(yīng)用 到多晶硅 太陽電 池的絨面 加工技術(shù) 。在太陽 電池的 生產(chǎn)工藝 中，硅 片表面絨 面的制備 是提高太 陽電池 表面的光 吸收以 提高其轉(zhuǎn) 換效率的 有效手段 。本文 采用 酸 腐 蝕 法在 多 晶 硅表 面 形 成一 層 多 晶 硅絨 面 （也稱為多 孔硅層） 可以達到 良好的光陷 阱作用和 ， 減反射效 果，并 且制作工 藝簡單、 成本低， 有一定 的廣泛應(yīng)用 前景。5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2（4）實驗原理及方 案本實 驗采用酸 腐蝕法 對多晶硅 片進行腐 蝕形成多晶硅絨面 。酸腐蝕

8、液 為 H F、H NO3 和 去離子水按其中式 （5） 的反 應(yīng)可以看成 是以下幾個 反應(yīng)不 斷 推進的結(jié)果 ，過程的中 間產(chǎn)物 HNO 2 起到 自催化2009 年第 8 期117新 能源 專 題作用。 Si+4 HNO3 =SiO2 +4 NO2+2H 2O 2NO +H 2O=HN O2+HN O3 Si+4H NO2 =SiO2 +4N O+2H2 O 4HN O3+2N O+H 2O=3H NO2 （8） （9） （10） （11）觀察 到的多晶硅表 面形貌我們借助顯微鏡觀察制絨后的微觀結(jié)構(gòu)， 由圖 3、 圖 4 對比可見，在顯微鏡下觀察高 HF 濃度制絨后多 晶硅表面形貌時，硅片

9、表面呈現(xiàn)出大量黑色斑點和溝 壑等缺陷，在這些缺陷出極易形成復合中心，減少有 效載流子的數(shù)量，降低制絨后對光的吸收效果。不同 腐蝕液配比制得的絨面線度各有不同，通過試驗我們 選擇高 HNO3 濃度來完成絨面的制備過程。 這種 腐蝕方法 是對多 晶硅進行 各向同性 腐蝕， 與晶粒 的晶向無 關(guān)，因此 可以在多 晶硅表面 形成均 勻的多晶硅 絨面。 本實驗 所用的硅片 是 Yinglisolar 公 司生產(chǎn)的硼 摻雜 P 型多 晶硅片，電 阻率為 0.7 2.0 cm ，厚 度約為 180 所 用的硅片尺 寸為 156mm156mm m。 多晶硅片。 反應(yīng)槽 用普通的塑 料容器， 腐蝕液由 40%

10、的 HF 溶液 65%的 HNO3 溶液和去離 子水按比例混 合而成。 實驗中 ，先按不 同比例配 制腐蝕液 并制作 多晶硅絨 面；然 后對有絨 面的多晶 硅片進行 常規(guī)工 藝的擴散 。當確 定了最優(yōu) 的腐蝕液 初始配比 后再通 過調(diào)整設(shè) 備的傳 輸速度、 反應(yīng)的實 際溫度來 確定最 優(yōu)化的反 應(yīng)條件 。實驗所 得的樣品 用顯微鏡 觀察其 表面形貌 ，用全 波長積分 式反射儀 測試其表 面的反 射特性。圖3在顯微鏡下 觀察高 HNO 3 濃度 制絨后多 晶硅表面形貌33.1實驗結(jié)果與 分析形貌分析 用這 種酸腐蝕 方法可 以在硅片 表面形成 比較均勻的微溝 道結(jié)構(gòu) ，光入射 后會在表 層多次反

11、 射，形 成多次吸 收，最 終得到比 較好的減 反射效果 。多晶 硅絨面在 硅片上 的分布整 體上也是 比較均勻 的，晶 粒間界也 變得不 清晰了， 這是因為 酸腐蝕法 對硅片 的腐蝕是 各向同 性的，在 不同晶向 上的腐蝕 沒有明 顯的選擇 性。肉 眼直接觀 察，不同 腐蝕液配 比制成 的絨面結(jié)構(gòu) 并不相同。如 圖 12。圖4在顯 微鏡下觀 察高 HF 濃 度制絨后 多晶硅表面 形貌在確定了 較好的初 始腐蝕液配 比后，在 生產(chǎn)的 過 程中需要不 斷補加新鮮 的腐蝕液 完成良好的 腐蝕 效 果 。 試 驗 確 定 了一 定 的 補 液 體 積 比， 如 HF ： H NO3 =1:1， 就可

12、以在 相當長的時 間內(nèi)使酸腐 蝕后的 多 晶硅外觀形 貌比較均勻 。腐蝕后 的硅片表面 由大 量 深淺不一的 微溝道縱橫 交織在一 起形成的， 其表 面 并不平整， 因此，當光 入射后會 在這里發(fā)生 多次 反 射，從而降低 表面反射率。 3.2 反射譜分析 檢驗多晶 硅絨面減 反射效果直 觀的方法 是進行 反 射譜測試， 對大量的樣 品進行測 試的結(jié)果表 明，圖1高 HNO 3 濃度腐蝕液 制絨后肉眼 觀察到 的多晶硅表面 形貌多 晶硅絨面的 反射率一般 為 22% 28%，反射 最小 的 可以達到 20%左 右。當多晶硅單 面的腐蝕深 度從 5.04.0 遞 減的過程中測 得的反射率 也隨之

13、減小 ， s 并 且在實驗的 過程中發(fā)現(xiàn) ，在一定 范圍內(nèi)變換 反應(yīng) 條 件所制備出的 多晶硅絨面減 反射效果相 差不大。 3.3 電池參數(shù)的測 試 不同條件 下制絨后 的電池參數(shù) 略有差異 。我們 圖2高 H F 濃度腐蝕液制 絨后肉眼 2009 年第 8 期118新 能 源專 題發(fā)現(xiàn)當 反應(yīng)速 率控制 在 1.92.2 m/min 時， 對電池 參數(shù)的 影響相差 不多。在 相同的腐 蝕速率下 ，當硅 片表面的單 面腐蝕深度 在 5.04.0 遞 減的過程中， s 電池的短 路電流 隨之增大 ，但并不 意味著會 一直增 大下去，當 單面腐蝕深 度小于 4 時， 短路電流明 s 顯降低。具 體

14、參數(shù)見表 1。表1腐蝕深 / um 5.25 5.5 5.0 5.24 4.75 4.99 4.5 4.74 4.25 4.49 4.0 4.24 3.753.99 3.5 3.74 3.25 3.498. 2 8. 1 8 ） 9 7. A 7. （ 8 流 7 7. 電 6 7. 路 7. 短 5 7. 4 7. 3 7. 2 3. 253. 49 3 . 53 . 74 3. 753. 99 4. 04. 24 4. 25 4. 4 9 4. 54. 74 4. 7 54. 9 9 5. 05. 245. 255. 5中 的一個重要 環(huán)節(jié)。在合 適的反應(yīng) 條件下用酸 腐蝕 的 方 法 可

15、以 在 硅片 上 制 備出 減 反 射效 果 良好 的 絨 面 ， 并 且工藝簡單 、 成本 低， 適合 于工業(yè)的實 際生 產(chǎn) 和應(yīng)用。在 高 H NO3 的初始腐 蝕液配比條 件下， 在 連續(xù)生產(chǎn)過 程中不斷添 加一定比 例的腐蝕液 會使 多 晶硅片在一 個相當長的 范圍內(nèi)達 到穩(wěn)定的制 絨效 果 。并且當腐 蝕速率在 1.92.2um/min 的范圍 內(nèi)， 通 過控制腐蝕 深度可以得 到好的短 路電流，進 而增 大 電池的光電轉(zhuǎn) 換效率。 參 考文獻 1 鄧 志 杰 . Si 基 太 陽 電 池 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 J.世 界 有 色 金 屬,2000(3). 2 杜永 超,陳偉 平,劉漢 英

16、,王景 霄. 太陽 電池用 硅片 表 面鈍化研究 J. 電源技術(shù), 2004(10). 3 陳君 ,席珍強 ,楊 德仁 ,李 先杭 . 鑄 造多 晶硅太 陽電 池 表面織構(gòu) 化的研究 A. 中 國第六屆 光伏會議論 文集 C,2000.U o c/V 0.6143 0.6137 0.6156 0.6150 0.6152 0.6165 0.6158 0.6158 0.6166 I sc/A 7. 951 7. 974 8. 015 8. 026 8. 047 8. 074 8. 019 8. 005 8. 023 Rs/ m 0.0033 0.0033 0.0034 0.0034 0.0034

17、0.0034 0.0034 0.0034 0.0034 Rsh / 23.35 26.30 14.88 27.35 24.13 31.14 29.81 42.41 38.25FF/ % 77.02 77.04 76.91 77.29 77.16 77.23 77.31 77.36 77.2715. 85 15. 8 15. 75 15. 7 15. 65 15. 6 15. 55 15. 5 15. 45 15. 4 ） % （ 率 效 池 電Nc ell /% 15.48 15.51 15.62 15.70 15.72 15.82 15.71 15.69 15.73電池 參數(shù)隨腐蝕深度 變化

18、趨勢圖 4短路電流（ A） 電池效率（ %）劉 祖明 ,李杰 慧,廖 華等 . 晶 體硅 太陽 電 池制 造技 術(shù) 新進展A. 第 八屆全國光 伏會議暨中 日光伏論 壇論 文集C,2004. 5王 立建 .酸腐 多 晶硅 表面 織 構(gòu)及 氮化 硅薄 膜 快速 熱 處理性能的研 究D.河北工 業(yè)大學,2007.腐蝕 深度變化（um ）一定 的反應(yīng)速 率條件 下，當多 晶硅表面 單面腐 蝕深度在 3.754.5 時，電 池的效率最 好，腐蝕深 s 度在 4.04.25 時短路電流 最高，其他 參數(shù)影響不 s 大。因此， 腐蝕深度在 4.04.25 時電 池的效率達 s 到最優(yōu)化。 3.4 有待進一步 解決的問題 雖然 用以上方 法可以 在大面積 硅片上制 備出均 勻的、減 反射效 果良好的 多晶硅絨 面，但是 在實驗 的過程中還 存在一些問題 ： （1） 腐蝕時 間和反應(yīng)溶 液的溫度對 絨面的形成 至關(guān)重要 ，因此 ，要進一 步觀察試 驗并進一 步優(yōu)化 反應(yīng)條件。 （