单晶硅太阳电池表面绒面制备及其性质研究..doc

&,2,胡社军1,2,3,王忆2,范东华2,李昌明1(,广东江门529020;,广东江门529020;,广东广州510631摘要:单晶硅太阳能电池的表面织构化所形成的陷光效应,可以增强对光的吸收,提高电池的转化效率。本文研究了制绒液主要成分含量、制绒温度以及时间对绒面织构形成的影响。采用扫描电镜分析了试样的表面形貌,分光光度法研究了试样的反射率。%wt的NaOH、%wt的Na2SiO3·%vol的IPA,反应温度为80,℃反应时间为25min,%。关键词:单晶硅;太阳能电池;织构化中图分类号::A文章编号:1671-9905(201008-0005-06基金资助:国家自然科学基金(50771046作者简介:吴江宏(1972-,男,汉族,陕西西安人,硕士研究生,主要从事新型能源与环境材料研究通讯作者:胡社军收稿日期:2010-03-25目前太阳能电池主要是单晶硅太阳电池和多晶硅太阳能电池。单晶硅太阳电池与多晶硅太阳电池一直保持在90%以上的市场占有率,牢牢统治着整个太阳电池市场。与多晶硅太阳电池相比,单晶硅太阳电池可有效地在表面制作陷光结构,从而大大减少太阳光在硅片表面的反射损失[1~2]。在太阳电池表面形成绒面结构不仅可以降低表面的反射率,而且还可以在电池的内部形成光陷阱,从而显著地提高太阳电池的转换效率。对于单晶硅太阳电池,主要利用择优腐蚀原理,在硅片的表面形成金字塔结构而达到此目的。目前,国内外有许多小组从事单晶硅表面织构化研究,分别采用NaOH、KOH、Na3PO4、NaHCO3、Na2CO3和Na2SiO3等溶液进行单晶硅表面织构的制备[3~5]。目前碱溶液制绒存在的问题是如何提高绒面的一致性、均匀性,以及反应的可重复性等。为了获得良好的绒面反射率和实验的可重复性,及对金字塔结构的形成机理和影响因素有更为透彻的理解,本文选择NaOH作为反应物、硅酸钠和异丙醇作为添加剂,通过实验对单晶硅表面织构化技术进行优化,深入地研究了溶液各成分浓度、反应温度、腐蚀时间等因素对太阳电池表面织构的影响,为工业化提供参考依据。,碱性溶液与晶体硅发生如下的腐蚀反应:Si+6OH-→SiO32-+H2O+4e4H++4e→2H2↑总的反应方程式为:Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑硅晶体中晶向不同的硅原子排列间距有异,因此碱溶液对各晶向的腐蚀速度也不相同,各向异性腐蚀速率除了由晶向决定外,还和腐蚀液类型、温度、配比等有关。按照Arrhenius定律,腐蚀速率R=R0exp(-Ea/KT,从实验中可确定各种腐蚀剂的激活能Ea和预指数因子R0[6]。对于不同的腐蚀剂,Ea和R0不同;对同一腐蚀剂(如NaOH,也会随配比的不同而改变。<100>晶向的直拉单晶硅片,~3Ω·cm,样品尺寸为125mm×125mm,双面都经过化学抛光。首先将硅片试样放入异丙醇溶液中进行超声清洗,去除表面油渍和玷污,然后在85℃下,质量分数15%的NaOH水溶液中进行腐蚀,以去除表面机械损伤层,样品干燥待用。制绒体系以NaOH、Na2SiO3·9H2O和IPA按不同比例配制,在不同的反应温度和反应时间下,将样品放入腐蚀液进行腐蚀,实验中用恒温水浴锅(,精度控制在±℃,且腐蚀是在密闭体系中进行的。值得注意的是在腐蚀的过程中无需搅拌,因为搅拌会对表面织构化产生负作用。腐蚀后,硅片的反射率用HitachiU2410分光光度计测定。硅片的表面形貌用NoVaTMNanoSEM430超高分辨率热场发射扫描电子显微镜观察样品表面形貌。%wt的Na2SiO3·%vol的IPA,反应温度为80,NaOH℃%wt~5%wt变化,经25min制绒处理。不同NaOH含量所制得的单晶硅片表面的金字塔绒面的微观形貌如图1所示,图1(%;图1(%;aOH含量为5%;图2是以上绒面的反射谱。从绒面的表面可以看出,经过相同时间腐蚀生长,图1(a由于NaOH含量较少,反应速率较慢,以至于金字塔还未成型,导