具有V型槽绒面的硅片及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种具有V型槽绒面的硅片，所述硅片具有迎光面和背光面，其中，所述迎光面和所述背光面均具有平行排布的V型槽状凹坑；所述迎光面V型槽的延伸方向与所述背光面的V型槽的延伸方向相互垂直；所述迎光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为50‑75°；所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为20‑55°。本发明专利技术还提供本发明专利技术的具有V型槽绒面的硅片在太阳能电池中的应用。与常规背光面是抛光的结构相比，或是与金字塔绒面组合的结构相比，具有本发明专利技术的硅片的电池具有更高的短路电流和转换效率。不受限于任何理论，这主要得益于本发明专利技术的迎光面和背光面结构的匹配所带来的整体光学性能的提升。

Silicon wafer with V-groove suede and its application

【技术实现步骤摘要】
具有V型槽绒面的硅片及其应用
本专利技术属于半导体光伏领域。具体地，本专利技术涉及具有V型槽绒面的硅片及其应用。
技术介绍
随着化石能源的逐渐消耗和人类对于能源需求的不断提高，发展可持续的清洁能源迫在眉睫。太阳能电池是利用光伏效应将太阳光直接转变为电能的器件，是我们获取清洁能源的理想手段之一。提效降本是太阳能电池的研究目标，增加太阳能电池对光的吸收是太阳能电池提高效率的关键。为了增加太阳能电池对光线的吸收，需要在电池片表面进行制绒处理。绒面结构可以有多种设计，如纳米线、正金字塔、倒金字塔、V型槽等。其中V型槽结构具有一些独特的性质，比如在沿着V型槽延伸方向上入射光角度的变化对其反射率影响较小，即具有所谓的全向性的特点。而入射光角度的变化，恰好对应于固定电池片从早到晚不同时间段接收到的太阳光角度的变化，因此具有全向性的结构对光线全天的总吸收量会更高。基于V型槽结构的这种全向性特点，发展具有V型槽绒面结构的太阳能电池可能会是未来太阳能电池的发展方向之一。出于光照强度和钝化性能的考虑，现在的电池片表面光学结构设计基本上都集中于正面迎光面，而对硅片背光面进行抛光处理。抛光后平整的电池片背面更容易做到良好的背钝化，从而得到较好的电学性能。但是这种做法忽略了背面的表面结构对电池片整体光学性能的影响。
技术实现思路
因此，为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术综合考虑了背光面和迎光面的V型槽结构组合对电池片整体光学性能和电学性能的影响，提供一种具有V型槽绒面的硅片，该具有V型槽绒面的硅片用于电池时具有更高的短路电流和转换效率。本专利技术还提供本专利技术的具有V型槽绒面的硅片在太阳能电池中的应用。在本专利技术上下文中，术语“V型槽的开口宽度”是指V型槽的脊形条纹的顶点之间的距离。第一方面，本专利技术提供一种具有V型槽绒面的硅片，所述硅片具有迎光面和背光面，其中，所述迎光面和所述背光面均具有平行排布的V型槽状凹坑；所述迎光面的V型槽的延伸方向与所述背光面的V型槽的延伸方向相互垂直；所述迎光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为50-75°；所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为20-55°。优选地，在本专利技术所述的具有V型槽绒面的硅片中，所述V型槽的开口宽度为0.5-5.0μm。优选地，在本专利技术所述的具有V型槽绒面的硅片中，所述V型槽的开口宽度为1.0-3.5μm；更优选地，所述V型槽的开口宽度为1.5-3μm。优选地，在本专利技术所述的具有V型槽绒面的硅片中，所述迎光面的V型槽结构在其所在面的宏观表面的投影面积不小于所述迎光面总面积的60％，所述背光面的V型槽结构在其所在面的宏观表面的投影面积不小于所述背光面总面积的60％。优选地，在本专利技术所述的具有V型槽绒面的硅片中，所述迎光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为55-70°；更优选地，所述迎光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为60-70°。优选地，在本专利技术所述的具有V型槽绒面的硅片中，所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为25-50°；更优选地，所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为30-45°；更优选地，所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为35-40°。本专利技术对制备本专利技术提供具有V型槽绒面的硅片的方法不作特别限定，可以采用多种方法制备。例如湿法刻蚀法，先将硅片通过热氧化的方法使其表面形成一层氧化层，然后用光刻的方法在硅片上做出平行排布的条状掩膜，最后通过刻蚀液刻蚀出V型槽结构；或者是采用CNC切削法，通过精密的数控机床，直接切削出V型槽结构。第二方面，本专利技术提供本专利技术的具有V型槽绒面的硅片在太阳能电池中的应用；优选地，将本专利技术提供的具有V型槽绒面的硅片应用在太阳能电池中时，该硅片迎光面与电池片迎光面同向。第三方面，本专利技术提供一种太阳能电池，包括栅线、减反射层、硅基底层、钝化层和金属层，其中，所述硅基底层由本专利技术的具有V型槽绒面的硅片形成；优选地，所述硅片迎光面与电池片迎光面同向。本专利技术具有如下有益效果：与常规背光面是抛光的结构相比，或是与金字塔绒面组合的结构相比，具有本专利技术的硅片的电池具有更高的短路电流和转换效率。不受限于任何理论，这主要得益于本专利技术的迎光面和背光面结构的匹配所带来的整体光学性能的提升。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：图1为本专利技术所提供的具有V型槽绒面的硅片结构示意图；图2为迎光面和背光面的V型槽延伸方向相互垂直时，不同迎光面和背光面的结构角度组合下的光生电流密度的变化趋势图；图3为迎光面和背光面的V型槽延伸方向相互平行的硅片结构示意图；图4为迎光面和背光面的V型槽延伸方向相互平行时，不同迎光面和背光面的结构角度组合下的光生电流密度的变化趋势图；图5为不同迎光面和背光面的正置金字塔结构角度组合下的光生电流密度的变化趋势图；图6为不同迎光面和背光面的倒置金字塔结构角度组合下的光生电流密度的变化趋势图；图7为包含根据本专利技术一个实施方式的硅片的模拟电池的结构示意图；图8为本专利技术实施例1的具有V型槽绒面的硅片迎光面SEM图；图9为本专利技术实施例1的具有V型槽绒面的硅片迎光面截面SEM图；图10为本专利技术实施例1的具有V型槽绒面的硅片背光面截面SEM图图11为本专利技术实施例的具有本专利技术的硅片的电池的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。为了增强光吸收，硅片正表面需要进行制绒处理，单面的V型槽结构具有和单面的正置或倒置金字结构相当的陷光效果。进入硅片的光线在到达硅片底部后还会有内反射，为了增加对这部分内反射光线的利用，就要考虑背光面结构与迎光面结构的匹配问题。通过对不同角度V型槽绒面的光学性能模拟统计以及实验的验证分析，本专利技术人出乎意料地发现：对于V型槽绒面结构的太阳能电池，首先，迎光面和背光面的V型槽结构延伸方向相互垂直时的整体光学性能要明显优于V型槽结构延伸方向相互平行时的情况；再者，所述背光面不使用完全抛光面，而是使用延伸方向与迎光面V型槽延伸方向垂直的小角度(背光面的V型槽的侧壁与硅片宏观表面的平面的夹角为20-55°)的V型槽时，可以得到比背光面抛光或是金字塔结构组合更好的整体光学性能；同时，背光面的V型槽结构不会对背钝化效果造成太大影响。综上所述，采用本专利技术给出的双面V型槽绒面结构硅片为硅基底，最终制得的电池片整体性能更优，与常规绒面结构组合的电池片相比，所述结构的电池片可以有更高的短路电流和相差不大的开路电压，得到的电池效率也更高。图1为本专利技术所提供的具有V型槽绒面的硅片结构示意图。该硅片迎光面和背光面的V型槽延伸方向相互垂直。图2为迎光面和背光面的V型槽延伸方向相互垂直时，不同迎光面和背光面的结构角度组合下的光生电流密度的变化趋势图。图2示出了在光波长为300-1200nm，在不同的迎光面V型槽角度和背光面V型槽角度组合下，以该结构硅片为硅基底的电池片的光生电流密度等高图。电池结构如图7所示。根据图2可以明显得出，在迎光面V型槽角度范围为50-75°且背光面V型槽角度范围为20-55°时，可以得到较高的光生电流密度，即以该结构硅片为硅基底的太阳能电池具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有V型槽绒面的硅片，所述硅片具有迎光面和背光面，其中，所述迎光面和所述背光面均具有平行排布的V型槽状凹坑；所述迎光面的V型槽的延伸方向与所述背光面的V型槽的延伸方向相互垂直；所述迎光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为50‑75°；所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为20‑55°。

【技术特征摘要】
1.一种具有V型槽绒面的硅片，所述硅片具有迎光面和背光面，其中，所述迎光面和所述背光面均具有平行排布的V型槽状凹坑；所述迎光面的V型槽的延伸方向与所述背光面的V型槽的延伸方向相互垂直；所述迎光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为50-75°；所述背光面的V型槽的侧壁与所述硅片宏观表面的平面的夹角为20-55°。2.根据权利要求1所述的具有V型槽绒面的硅片，其中，所述V型槽的开口宽度为0.5-5.0μm。3.根据权利要求2所述的具有V型槽绒面的硅片，其中，所述V型槽的开口宽度为1.0-3.5μm；优选地，所述V型槽的开口宽度为1.5-3μm。4.根据权利要求1所述的具有V型槽绒面的硅片，其中，所述迎光面的V型槽结构在其所在面的宏观表面的投影面积不小于所述迎光面总面积的60％，所述背光面的V型槽结构在其所在面的宏观表面的投影面积不小于所述背光面总面积的60％。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐旱波，陈全胜，刘尧平，赵燕，林珊，吴俊桃，王燕，杜小龙，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11