包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片及其应用制造技术

本发明专利技术涉及单晶硅片的制绒结构及其应用，尤其涉及一种包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片及其在太阳能电池中的应用，属于太阳能电池技术领域。所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为0.7‑6∶1的倒四棱锥。本发明专利技术还进一步地提供了所述单晶硅片的制绒方法。

Monocrystalline silicon sheet containing inverted four pyramid texture and application thereof

The invention relates to a cashmere chip structure and the application thereof, in particular to a monocrystalline silicon sheet containing an inverted four pyramid texture and its application in solar cells, belonging to the technical field of solar cells. The inverted pyramid four group includes one or more high and the bottom side of the ratio of 0.7: 1 of the four 6 inverted pyramid. The invention further provides a method for making the monocrystalline silicon sheet.

【技术实现步骤摘要】
包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片及其应用
本专利技术涉及单晶硅片的制绒结构及其应用，尤其涉及一种包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片及其在太阳能电池中的应用，属于太阳能电池

技术介绍
硅基太阳能电池是工业界生产最为广泛的太阳能电池，其中存在的重要的技术问题在于硅表面的反射率较高。为解决这个技术问题，将具有绒面结构的硅片应用到太阳能电池中是降低太阳能电池成本并进一步提高光电转化效率的有效途径之一，自1998年被发现以来，广受研究者和工业界的重视。常见的绒面结构，包括不规则的凸起、硅纳米线阵列、多孔硅表面以及金字塔和倒金字塔形状表面的绒面结构。其中，对于金字塔或倒金字塔结构的绒面结构，普遍认为倒金字塔结构的绒面结构性能更为优异。所谓倒金字塔结构即为棱边边长与底边边长相等的倒正四棱锥，即其高与底边边长的比为通常是由(100)面开始刻蚀，最终形成由(111)面围落而成的倒金字塔结构，通过刻蚀作用随机形成在硅片的表面，该结构能够对太阳光进行三次反射，理论上反射率可以降低至5％～15％。现有技术中的倒金字塔结构的单晶硅片绒面结构研究较多。典型的例如，CN201410384313和CN201420441064均公开了一种具有倒金字塔绒面结构的单晶硅片，所述制绒表面具有由多个倒金字塔形状的凹坑，所述凹坑深处的顶部呈圆滑状。所述凹坑的开口为四边形，所述四边形的边长为1～10μm，所述凹坑的深度为1～10μm。所述凹坑的开口为正方形。再例如非专利文献“Masklessinvertedpyramidtexturizationofsilicon”，YanWangetal.，Sci.Rep.5，10843；doi：10.1038/srep10843(2015)，和文献“One-stepCu-assistedChemicaletchingonPolycrystallineSilicon”，YuDong(虞栋)etal.，微纳电子技术，2014年4月，也公开了类似的倒金字塔结构。然而由于倒金字塔结构的形状是固定的，仅是尺寸不同而已，对太阳光的反射角度是固定的，对减反的作用以及电池效率很难有更进一步的提升。
技术实现思路
本专利技术的第一方面是提供了一种包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片，所述硅片表面随机分布有倒四棱锥组，所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为0.7-6∶1的倒四棱锥。在目前现有技术中，对于具有倒四棱锥绒面结构的硅片来说，其均是典型的倒金字塔结构，即棱边边长与底边边长相等的倒正四棱锥，即其高与底边边长的比为通常是由(100)面开始刻蚀，最终形成由晶面族{111}的四个面围落而成的倒金字塔结构。在实际获得的具有倒金字塔绒面结构的硅片来说，倒四棱锥的高与底边边长的比一般在0.7-0.9∶1之间。在一个实施方案中，所述包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片，其表面随机分布有倒四棱锥组，所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为1.2-4.4∶1的倒四棱锥；所述倒四棱锥选自下列倒四棱锥中的一种或多种：1)一种高与底边边长的比为1.2-1.5∶1之间的倒四棱锥；2)和/或一种高与底边边长的比为1.9-2.3∶1之间的倒四棱锥；3)和/或一种高与底边边长的比为2.5-3.1∶1之间的倒四棱锥；4)和/或一种高与底边边长的比为3.2-3.7∶1之间的倒四棱锥；5)和/或一种高与底边边长的比为4.0-4.4∶1之间的倒四棱锥。在又一个实施方案中，所述倒四棱锥的顶部选自方形、圆形、椭圆形或由多条曲线围成的闭合图形中的一种或几种。在又一个具体地实施方案中，所述高与底边边长的比在1.2-1.5∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在90nm-500nm之间。在又一个具体地实施方案中，所述高与底边边长的比在1.9-2.3∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在80nm-500nm之间。在又一个具体地实施方案中，所述高与底边边长的比在2.5-3.1∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在80nm-500nm之间。在又一个具体地实施方案中，所述高与底边边长的比在3.2-3.7∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在60nm-500nm之间。在又一个具体地实施方案中，所述高与底边边长的比在4.0-4.4∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在70nm-500nm之间。本专利技术的第二方面是提供一种所述包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片的制备方法，其包括：1)将单晶硅片放置于酸性制绒液中，在室温下进行蚀刻，清洗去除金属离子；2)将清洗后具有倒四棱锥绒面结构的单晶硅片置于碱液中进行结构修饰，清洗即得。在一个实施方案中，所述酸性制绒液中包含0.5-10mmol/L的银离子、10-200mmol/L的铜离子、1-8mol/L的HF和0.1-8mol/L的H2O2；进一步地，所述酸性制绒液中优选包含1-10mmol/L的银离子、20-180mmol/L的铜离子、2-6mol/L的HF和0.3-5mol/L的H2O2。在另一个实施方案中，所述碱液为碱金属及碱土金属的氢氧化物的水溶液，例如，LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2及Ba(OH)2；进一步地，所述碱液为含1-5％(重量)碱金属及碱土金属的氢氧化物的水溶液。在一个具体地实施方案中，在所述酸性制绒液中，银离子和铜离子的摩尔比为1∶5-100，进一步地优选为1∶20-60。在一个更具体地实施方案中，所述包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片的制备方法，其包括：1)将单晶硅片放置于酸性制绒液中，在20℃～35℃下进行蚀刻1～10分钟，清洗去除硅片表面的金属离子；2)将清洗后具有倒四棱锥绒面结构的单晶硅片置于碱液中，在20℃～30℃条件下进行结构修饰5-90s，清洗即得。本专利技术的第三方面是提供将上述包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片在太阳能电池中的应用。附图说明图1：显示了未经碱液修饰的包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片SEM图，从图中标注处可以看出硅片上绒面结构呈现出典型的由221晶面围落成的倒四棱锥结构，两个侧面夹角在48°左右，倒四棱锥的高与底边边长的比在1.2-1.5∶1之间；倒四棱锥的底边边长在90nm-512nm左右；其高度在125nm-760nm左右。图2：显示了未经碱液修饰的包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片SEM图，从图中标注处可以看出硅片上绒面结构呈现出典型的由331晶面围落成的倒四棱锥结构，两个侧面夹角在40°左右，倒四棱锥的高与底边边长的比在1.9-2.3∶1之间；倒四棱锥的底边边长在135nm-425nm左右；其高度在260nm-980nm左右。图3：显示了未经碱液修饰的包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片SEM图，从图中标注处可以看出硅片上绒面结构呈现出典型的由441晶面围落成的倒四棱锥结构，两个侧面夹角在32°左右，倒四棱锥的高与底边边长的比在2.5-3.1∶1之间；倒四棱锥的底边边长在95nm-620nm左右；其高度在250nm-1840nm左右。图4：显示了未经碱液修饰的包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片SEM图，从图中标注处可以看出硅片上绒面结构呈现出典型的由551晶面围落成的倒四棱锥结构，两个侧面夹角在28°左右，倒四棱锥的高与底边边长的比在3.2-3.7∶1之间；倒四棱锥的底边边长在9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片，所述硅片表面随机分布有倒四棱锥组，所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为0.7‑6∶1的倒四棱锥。

【技术特征摘要】
1.一种包含倒四棱锥绒面结构的单晶硅片，所述硅片表面随机分布有倒四棱锥组，所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为0.7-6∶1的倒四棱锥。2.根据权利要求1所述的单晶硅片，其特征在于，所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为1.2-4.4∶1的倒四棱锥。3.根据权利要求2所述的单晶硅片，其特征在于，所述倒四棱锥选自下列倒四棱锥中的一种或多种：1)一种高与底边边长的比为1.2-1.5∶1之间的倒四棱锥；2)和/或一种高与底边边长的比为1.9-2.3∶1之间的倒四棱锥；3)和/或一种高与底边边长的比为2.5-3.1∶1之间的倒四棱锥；4)和/或一种高与底边边长的比为3.2-3.7∶1之间的倒四棱锥；5)和/或一种高与底边边长的比为4.0-4.4∶1之间的倒四棱锥。4.根据权利要求3所述的单晶硅片，其特征在于，所述高与底边边长的比在1.2-1.5∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在90nm-500nm之间。5.根据权利要求3所述的单晶硅片，其特征在于，所述高与底边边长的比在1.9-2.3∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在80nm-500nm之间。6.根据权利要求3所述的单晶硅片，其特征在于，所述高与底边边长的比在2.5-3.1∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在80nm-500nm之间。7.根据权利要求3所述的单晶硅片，其特征在于，所述高与底边边长的比在3.2-3.7∶1之间的倒四棱锥，其底边边长在60nm-500nm之间。8.根据权利要求3所述的单晶硅片，其特征在于，所述高与底边边长的比在4.0-4.4∶1之间的倒四棱锥，其底边边长...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，王燕，赵燕，陈全胜，吴俊桃，刘尧平，徐鑫，杜小龙，
申请(专利权)人：北京普扬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11