硅基太阳能电池表面嵌入式多孔硅结构减反射膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅基太阳能电池表面嵌入式多孔硅结构减反射膜的制备方法，属电化学腐蚀技术领域。本发明专利技术方法的要点是：先在硅片背面用传统的丝网印刷法制备金属铝薄膜阳极电极，并使Ａｌ与硅具有良好的欧姆接触，另外以铂片或铂丝为阴极电极。然后将硅片正面放在ＨＦ∶Ｈ２Ｏ＝１∶１０（体积比）的腐蚀液中浸泡１分钟；腐蚀液的温度为２６℃；然后将硅片正面再放入带有超声波频率为４０～６０Ｈｚ的超声条件下的容器中，并在电解液ＨＦ∶Ｈ２Ｏ∶Ｃ２Ｈ５ＯＨ＝２∶１∶１（体积比）的混合液中进行电化学腐蚀处理；电解液的温度为４０℃。电解腐蚀电流的面密度为５～１０ｍＡ／ｃｍ２；电解腐蚀时间为４０～６０ｓ；最终在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅结构的减反射层薄膜，其反射率平均为１．４２％。

Method for preparing embedded porous silicon structure anti reflection film on silicon based solar cell surface

The invention relates to a method for preparing an embedded porous silicon structure anti reflection film on the surface of a silicon-based solar cell, belonging to the field of electrochemical corrosion technology. Key points of the present invention is a method: first use the traditional screen printing method in silicon by aluminum film anode electrode, and the Al and silicon has a good ohmic contact, in addition to platinum or platinum wire as cathode electrode. Then the front surface of the silicon wafer is placed in the HF: H2O = 1: 10 (volume ratio) immersion corrosion in the solution for 1 minutes; the corrosive liquid temperature is 26 DEG C; then add the front surface of the silicon wafer with an ultrasonic frequency of 40 ~ 60Hz under ultrasonic condition in the container and in the electrolyte of HF: H2O: C2H5OH = 2: 1: 1 (volume ratio) electrochemical corrosion processing in mixed liquid; the electrolyte temperature is 40 DEG C. The surface density of electrolytic corrosion current of 5 ~ 10mA / cm2; electrolytic corrosion time is 40 ~ 60s; in the end face of the silicon chip to form an anti reflective film surface embedded porous silicon structure, its reflectivity is 1.42% on average.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属电化学腐蚀

技术介绍
目前对于单晶硅太阳能电池来说，工业上常采用Ti02、 MgF2， ZnS和Si3N4等减反射膜，其生产成本较高、工艺复杂。如何廉价可靠地制备硅基太阳能电池的减反射膜，是太阳能电池的光电转换效率不断提高、大规模产业化的关键技术之一。而微米尺度多孔硅作为太阳能电池的嵌入式减反射层有如下优点(1) 、表面嵌入式多孔硅具有较高的绒面织构密度，取向随机、均匀性好，可被用来直接"面对"各个方向入射来的自然光线，大大增强光量子的捕获概率，提高硅基半导体的内量子效率。在制备方面，传统的NaOH或者KOH腐蚀溶液，只能将〈100>取向的单晶硅表面腐蚀成金字塔，作为陷光的绒面。然而，表面嵌入式多孔硅的制备，在技术上没有晶向的局限性。可以将任何取向的单晶、多晶或微晶硅的表面制备成嵌入式多孔硅。表面嵌入式多孔硅覆盖在硅的表层，其减反射效果可以和其它复杂的薄膜结构相比拟，甚至好于双层膜结构。(2) 、表面嵌入式多孔硅太阳能电池具有良好的发展前景，采用电化学腐蚀法，制备嵌入式多孔硅的低成本化，以及易操作、易控制等特点，比其它方法(如离子朿溅射，激光烧蚀图形化技术)更引人注目，易于实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过电化学腐蚀的方法来制备和形成表面嵌入式多孔硅结构减反射层薄膜本专利技术一种，其特征在于具有以下的过程和步骤a. 选用太阳能电池硅衬底材料，它为直拉单晶硅、P型、晶向〈100>，厚度为200 24(^m，未抛光；首先将作为太阳能电池硅衬底材料的硅片放在氢氧化钠磁性溶液中进行初步腐蚀，以除去硅片表面的机械损伤层；碱液的配制即氢氧化钠与水的体积配比为1: 5;碱液的温度为8CTC;将所述硅片放置于所述碱液中，并在超声波作用下腐蚀1 2分钟；b. 在所述硅片背面用传统的丝网印刷法制备金属铝薄膜阳极电极，并使A1薄膜与衬底硅片具有良好的欧姆接触；另外在硅片另一侧的正面通过导线连接一阴极电极铂片或铂丝；c. 将硅片正面放置于氟氢酸溶液腐蚀液中浸泡1 2分钟，以去除硅片表面的自然氧化3层；氟氢酸溶液的配制即HF与H20的体积配比为1: 10;腐蚀液的温度为26 30°C;d.然后将硅片正面放在带有超声波频率为40 60Hz的超声条件下的容器中，并在电解液氟氢酸、水和乙醇组成的混合液中进行电化学腐蚀处理；所述的电解液为氟氢酸、水和有机溶剂乙醇的混合液，其三者的体积比为HF: H20: C2H50H=2: 1: 1;电解液的温度为40 50°C;然后接通直流电源，电解腐蚀电流的面密度为5 10mA/cm2;电解腐蚀时间为40 60s;最终在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅结构的减反射层薄膜，其反射率平均为1.42%;该减反射层膜的厚度为380 1100nm，具有多孔结构。本专利技术方法的特点和原理如下所述用电化学腐蚀法，制备超低反射率的表面嵌入式多孔硅的过程中，采用铂片作为阴极电极，硅片与A1的接触作为阳极电极，在含HF酸的混合溶液中进行电化学腐蚀。阳极氧化过程中，想大的工艺参数包括环境温度、混合溶液中酸的浓度、电流面密度、腐蚀时间、基体掺杂类型，电阻率，抛光程度等，它们对表面嵌入式多孔硅的结构及光学性能有很大的影响。常用的电解液是一定浓度的HF和有机溶剂配成的混合溶液。实验证明，在多孔硅的制备中加入有机溶剂能增加硅表面的浸润性，降低电解液的表面张力。在阳极氧化过程中，有大量的氢气产生，从而产生大量的气泡。水具有很大的表面张力，当氢气产生时，由于水的表面张力的缘故，使氢气牢牢的吸附在硅的表面，不能自由的溢出，阻止下一步电化学反应。通过有机溶剂和超声波的加入，可以减小腐蚀液的表面张力，有机溶剂的作用可由很多因素决定，比较重要的一点是有机溶剂在水中的溶解度。加入乙醇可以使多孔硅在深度上保持均匀性和一致性，并且还可以使多孔硅的表面形貌均匀。本专利技术方法中，表面嵌入式多孔硅电化学形成机理如下所述硅在HF水溶液中不断地溶解， 一般情况下Si在HF中的化学腐蚀速度是极慢的，其表面的硅悬挂键被氢钝化，可以组成Si-H和Si-&两种键。在电化学过程中是阳极不断有空穴从硅体内提供，扩散到表面附近的空穴将排斥已钝化硅悬键的氢原子，使硅氢键减弱。F原子能够置换一个H原子，同时释放一个电子。失掉了一个H原子后，硅原子上的另一个H原子稳定性下降，另外的F原子可以取而代之，并向硅释放一个电子。放出的两个H原子构成一个H2分子。失掉了 H原子钝化的硅原子被HF溶解，产生SiF4。进而与F原子结合形成SiF6基团。即当空穴从体内迁移到硅表面，Si-H键断裂，形成Si-F键。从而使Si-Si键被HF溶解。(见图2所示)电化学反应过程<formula>formula see original document page 4</formula>SiF2 + 4HF — H2SiF6 + H2 t附图说明图1为本专利技术中用电化学腐蚀法制备减反射膜的装置示意图。图2为本专利技术中表面嵌入式多孔电化学腐蚀法形成机理图。具体实施例方式现将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例本实施例的过程和步骤如下所述本实施例中所用的装置参见附图中的图1。图1为用电化学腐蚀法制备减反射膜或低反射率膜的装置示意图。该装置为普通常用用实验室装置。(1) 、选用太阳能电池硅衬底材料，它为直拉单晶硅、P型、晶向〈100〉，厚度为22(^m，未抛光；首先将作为太阳能电池硅衬底材料的硅片放在氢氧化钠磁性溶液中进行初步腐蚀，以除去硅片表面的机械损伤层；碱液的配制即氢氧化钠与水的体积配比为1: 5;碱液的温度为8(TC;将所述硅片放置于所述碱液中，并在超声波作用下腐蚀l分钟；(2) 、在所述硅片背面，也即上表面，用传统的丝网印刷法制备金属铝薄膜阳极电极，并使A1薄膜与衬底硅片具有良好的欧姆接触；另外在硅片另一侧的正面，也即下表面，通过导线连接一阴极电极铂片或铂丝；(3) 、将硅片正面放置于氟氢酸溶液腐蚀液中浸泡1分钟，以去除硅片表面的自然氧化层；氟氢酸溶液的配制即HF与H20的体积配比为1: 10;腐蚀液的温度为26。C;(4) 、然后将硅片正面放在带有超声波频率为40Hz的超声条件下的容器中，并在电解液氟氢酸、水和乙醇组成的混合液中进行电化学腐蚀处理；所述的电解液为氟氢酸、水和有机溶剂乙醇的混合液，其三者的体积比为HF: H20: C2H5OH=2: 1: 1;电解液的温度为40°C;然后接通直流电源，电解腐蚀电流的面密度为5mA/cm2;电解腐蚀时间为40s;最终在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅结构的减反射层薄膜；该减反射层薄膜具有极低的反射率；其反射率平均为1.42%;该减反射层膜的厚度为700 900nm，具有多孔结构。权利要求1、一种，其特征在于具有以下的过程和步骤a.选用太阳能电池硅衬底材料，它为直拉单晶硅、P型、晶向&lt;100&gt;，厚度为200～240μm，未抛光；首先将作为太阳能电池硅衬底材料的硅片放在氢氧化钠磁性溶液中进行初步腐蚀，以除去硅片表面的机械损伤层；碱液的配制即氢氧化钠与水的体积配比为1∶5；碱液的温度为80℃；将所述硅片放置于所述碱液中，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基太阳能电池表面嵌入式多孔硅结构减反射膜的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：ａ．选用太阳能电池硅衬底材料，它为直拉单晶硅、Ｐ型、晶向＜１００＞，厚度为２００～２４０μｍ，未抛光；首先将作为太阳能电池硅衬底材料的硅片放在氢氧化钠磁性溶液中进行初步腐蚀，以除去硅片表面的机械损伤层；碱液的配制即氢氧化钠与水的体积配比为１∶５；碱液的温度为８０℃；将所述硅片放置于所述碱液中，并在超声波作用下腐蚀１～２分钟；ｂ．在所述硅片背面用传统的丝网印刷法制备金属铝薄膜阳极电极，并使Ａｌ薄膜与衬底硅片具有良好的欧姆接触；另外在硅片另一侧的正面通过导线连接一阴极电极铂片或铂丝；ｃ．将硅片正面放置于氟氢酸溶液腐蚀液中浸泡１～２分钟，以去除硅片表面的自然氧化层；氟氢酸溶液的配制即ＨＦ与Ｈ↓［２］Ｏ的体积配比为１∶１０；腐蚀液的温度为２６～３０℃；ｄ．然后将硅片正面放在带有超声波频率为４０～６０Ｈｚ的超声条件下的容器中，并在电解液氟氢酸、水和乙醇组成的混合液中进行电化学腐蚀处理；所述的电解液为氟氢酸、水和有机溶剂乙醇的混合液，其三者的体积比为∶ＨＦ∶Ｈ↓［２］Ｏ∶Ｃ↓［２］Ｈ↓［５］ＯＨ＝２∶１∶１；电解液的温度为４０～５０℃；然后接通直流电源，电解腐蚀电流的面密度为５～１０ｍＡ／ｃｍ↑［２］；电解腐蚀时间为４０～６０ｓ；最终在硅片正面形成表面嵌入式多孔硅结构的减反射层薄膜，其反射率平均为１．４２％；该减反射层膜的厚度为３８０～１１００ｎｍ，具有多孔结构。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马忠权，张楠生，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]