吸光基材的织构化表面制造技术

本发明专利技术描述了经蚀刻的基材，特别是吸光的经蚀刻的基材，以及制备这种基材的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及经蚀刻的基材和制备经蚀刻的基材的方法。本专利技术也涉及采用这种基材的太阳能电池。
技术介绍
太阳能电池日益成为能量生产的更理想的形式。太阳能电池通过将吸收的光子转化为电流而运行。因此，为了以最大效率运行，太阳能电池应当吸收尽可能多的可用光子。然而，对于常用的单晶太阳能电池，在电池上入射的光的35%以上从表面上反射。在对抗太阳能电池的反射作用的努力中，制造商已开发了各种抗反射涂层(ARC)，如通过等离子体增强化学气相沉积而沉积的四分之一波长氮化硅(Si3N4)薄膜。然而，已发现市售Si3N4ARC为高度波长依赖性的，且当它们设计为在约600nm波长处显示低反射率时，其他相关波长的 反射率增加超过10%。由于ARC的缺点，已提供太阳能电池的表面织构化作为有吸引力的替代方式以在更广的波长范围内降低反射率。这种织构化的作用是控制光在太阳能电池基材内的方向，以使基材内的传播距离达到最大，由此使吸收达到最大。通过采用有效的织构化设计而改进光伏装置的集光能力的努力大大增加。迄今为止，大多数表面织构化已通过光刻图案化然后进行湿法蚀刻而完成。小(亚波长)特征的制造需要通过电子束平版印刷或干涉平版印刷的抗蚀图案化，所述电子束平版印刷或干涉平版印刷为昂贵的工艺，且不易于扩大至广域的低成本、大批量制造。因此，理想的是具有一种将光吸收基材的表面织构化的方法，所述方法更有效、成本更低且易于扩大至大批量制造。
技术实现思路
在一方面，本专利技术涉及一种将基材织构化的方法。所述方法包括如下步骤在基材的顶部表面上涂布粒子层、改性所述粒子，以及使用所述经改性的粒子作为蚀刻掩模而蚀刻所述基材。在另一方面，本专利技术涉及一种将基材织构化的不同方法。所述方法包括如下步骤在基材的顶部表面上涂布粒子层，以及在所述粒子层上涂布高折射率层。附图说明图I为表示一个示例性基材蚀刻过程的流程图。图2A-C为一个示例性基材蚀刻过程的示意图。图3A-D为示例性基材回流蚀刻过程的示意图。图4为一个示例性回流蚀刻过程的示意图。图5为通过浸涂在Si基材上涂布的粒子的SEM图像。图6为在蚀刻溶液中的使用熔融粒子作为蚀刻掩模的经蚀刻的基材的SEM图像。图7A-D为对于各个蚀刻时间，在蚀刻溶液中的使用熔融粒子作为蚀刻掩模而蚀刻的结构的SEM图像。图8显示了对于各个蚀刻时间，使用熔融粒子作为蚀刻掩模而蚀刻的数个结构的反射光谱。图9为“密堆积的”熔融粒子的SEM图像。图10A-C为用高折射率层涂布的粒子的SEM图像。具体实施例方式本专利技术涉及织构化的基材以及制备织构化的基材的方法。在特定实施例中，本文 描述的方法和制品可特别地用于制备用于光吸收基材(如太阳能电池)的粗糙表面。然而，本文描述的方法和制品可用于其中需要粗糙表面的任何情况。关于光伏太阳能电池制备，本专利技术提供了一种降低成本并改进太阳能电池的制造和性能效率的方法。在一方面，本专利技术涉及一种将基材织构化的方法，所述方法包括如下步骤在基材的顶部表面上涂布粒子层、改性所述粒子，以及使用经改性的粒子作为蚀刻掩模而蚀刻所述基材。图I提供了包括如上步骤以及其他任选的步骤的一个示例性基材蚀刻过程的流程图。应了解所述过程可连续进行，但也可以以另一顺序进行。改性所述粒子可通常包括所述粒子的熔融或“回流”。进行熔融(回流)以增加粒子中的至少一些与基材之间的接触面积。此外，回流改进了两者之间的粘合力，这可在蚀刻过程中降低或防止(蚀刻掩模的)下切。如图I和图4所示，示例性过程中的第一步骤为在所选基材320的顶部表面315上涂布粒子层310。所述粒子层310可含有能够被熔融并充当蚀刻掩模的任何粒子材料。例如，所述粒子可为二氧化硅、低熔融温度无机玻璃、金属(如金、银、锌、铟、锡、铅、铋或镉)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸)甲酯或任何热塑性聚合物，或它们的组合。聚合物粒子可为，例如，包含氨基的聚苯乙烯共聚物、包含羟基的聚(甲基丙烯酸)甲酯共聚物、环氧型聚合物、醛型聚合物、甲基氯型聚合物，或含羧酸和/或氨基的聚合物(例如氨基酸型聚合物)。根据本说明书，本领域技术人员将了解可例如通过考虑可能的粒子的适当尺寸和/或尺寸范围、粘合性质、热性质、润湿和蚀刻速率而指导选择适当的粒子。在一些实施例中，选择粒度以对应于所需蚀刻特征的深度。此外，应考虑粒子对基材的粘合力。这将受到粒子上的电荷(如果有的话)以及施用至粒子的任何表面官能化(如果存在的话)和/或基材的影响。在选择适当的粒子和基材组合中的另一考虑为改性粒子的容易度。例如，在其中粒子的改性由将所述粒子熔融所组成的情况中，回流所述粒子所需的时间和温度必须与会损坏所述基材的时间和温度暴露进行比较。粒子应该在优选不导致基材的熔融或扭曲的温度下回流。此外，粒子应该在这样的温度下回流，所述温度避免将基材加热至任何会损坏先前已在基材上制造的任何装置结构的温度以上。这些温度考虑往往使粒子材料选择倾向于热塑性聚合物、低熔融温度玻璃或低熔点金属。示例性的金属包括金、银、锌、铟、锡、铅、铋或镉。可也使用热塑性聚合物，因为它们允许回流而不损坏不能承受高于200-300°C的温度的许多基材材料。掩模粒子的分散体也可任选地具有所添加的更小的无机粒子；这些可用于控制较大粒子的分散、润湿或蚀刻速率。当选择粒子-基材组合时，也要考虑基材被熔融粒子的润湿。在一些实施例中，对于用以制备用于湿法蚀刻过程的良好掩模层的粒子，它们必须良好粘附至基材。这可受到粒子和基材的相对表面能的影响。作为另外的考虑，可考虑在蚀刻步骤过程中(无论经由何种所用过程)相对于基材蚀刻速率的粒子蚀刻速率(即蚀刻选择性)。为了蚀刻足够深的特征，可能理想的是比基材慢得多地蚀刻经回流的粒子。通过使用粒度分布、通过依赖于粒子间隔的自然统计涨落(对于稀疏层)，或通过依赖于稀疏涂布(例如亚单层)的层趋于显示聚集(这在熔融之后将产生不同尺寸的岛状物)的事实，可获得不均一的特征。使用具有不同蚀刻速率的不同材料也可产生不同的蚀刻轮廓，这可能是理想的或不理想的。所述粒子可为考虑到例如分散能力、表面种类、粒子种类、所需特征的尺寸、待使 用的蚀刻方法等的任何适当的尺寸。粒度可例如为50nm至lOiim。通常，可将粒子分散于溶剂中，所述溶剂能够在基材上提供粒子的相对均匀的涂层(除非需要不均匀特征，在此情况中应考虑不同的溶剂体系)。例如，当所述粒子为二氧化硅时，溶剂可选自水或适当溶剂化的有机溶液。或者，当所述粒子为聚苯乙烯时，溶剂可选自脂族醇、水或它们的组合。此夕卜，当所述粒子为聚(甲基丙烯酸)甲酯时，溶剂可选自脂族醇、水或它们的组合。最后，可考虑粒子的光学性质。特别地，在某些实施例中，粒子可不被完全蚀刻掉，并可保持粘附于基材。在一些情况中，也可在剩余粒子上涂布单独层。这将在下文进一步讨论。在其中粒子剩余在基材上的实施例中，可考虑粒子的透明性或不透明性。此外，可考虑折射率和任何吸收或反射性质，使得粒子起到合适的作用。本文描述的基材可为能够被蚀刻的任何基材。在至少一些实施例中，所述基材为吸光的。特别地，所述基材可用于半导体太阳能电池的目的。这样，所述基材可为形成太阳能电池的半导体材料，或为将形成半导体太阳能电池之上的窗口的透明光学玻璃，如二氧化硅或硼硅酸盐。由于基材有充当光伏太阳能电池的可能有利条件，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊颖，特里·L·史密斯，郝冰，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：