一种用于硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂的制作方法

本发明属于半导体硅晶体表面腐蚀技术领域，尤其涉及一种单晶硅表面织构化腐蚀的化学助剂。

背景技术：

太阳能因其安全无污染、不受地域限制等优点近年来得到大力发展，尤其是以晶体硅太阳能电池为代表的光伏应用产品发展迅猛，在整个光伏产业中占80％以上的份额。高效率、低成本一直是太阳能电池技术发展中不变的追求，而表面反射率是影响太阳能电池光电转换效率的直接因素之一。太阳能电池表面织构化技术可以有效降低太阳能电池的表面反射率。对于单晶硅来说，目前产业界选择(100)晶向的单晶硅片为基体，利用单晶硅片在碱性溶液中的各项异性腐蚀特性在硅片表面构建随机金字塔为结构特征的表面织构化陷光结构。

硅片在与碱性溶液的反应中，如果表面不存在局域钝化点的情形下，(100)晶面各处将平均化地腐蚀，无法实现金字塔形的织构图形。如果在反应体系中存在着与硅原子作用的某些助剂成分，那么这些成分可以在硅晶面上随机形成局域钝化点，阻碍该区域被碱腐蚀；而未被助剂成分钝化的区域，则与碱反应不断向硅片内部腐蚀。由于(111)晶面的腐蚀速率比(100)晶面慢数百倍，因此反应后硅片会形成以钝化点为顶端、四个(111)晶面围成的金字塔形的织构图形。金字塔的大小和密度主要由局域钝化点密度决定。同时硅片在碱性溶液中的腐蚀过程中会不断有氢气析出，并在硅片表面形成氢气泡，氢气泡在硅片表面的脱附速率会对表面织构图形的均匀性产生影响。另外排泡过程中气泡沿硅片表面垂直上浮的过程中也会阻碍腐蚀液与硅片的接触，从而对表面织构的均匀性造成影响。本发明在大量实验的基础上优选出三种组分，分别控制局域钝化促进金字塔形核、气体脱附以及排除气泡流动过程中对表面织构化腐蚀的影响，最终获得高度均匀性的金字塔形的织构化表面。

技术实现要素：

一种硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂。

本发明的硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂，其特征在于，其组份包含甲组份，质量百分比0.01-40％；乙组份，质量百分比0.01-50％；丙组份，质量百分比0.01-50％；丁组份为余量的水。所述的甲组份包含聚乙二醇和聚乙二醇单烷基醚中的一种或几种的混合物；所述的乙组份包含二甲基甲酰胺、苯胺、硝基甲烷、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、二乙二醇单丁醚、二甘醇中的一种或几种的混合物；所述的丙组份包含十二烷基苯磺酸盐、十二烷基膦酸酯盐、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、乙氧基改性聚三硅氧烷、茶多酚、鞣酸和木质素磺酸盐中的一种或者几种的混合物。

本发明的硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂，甲组份中的聚乙二醇及聚乙二醇单烷基醚中的乙二醇单体聚合度为2-20，聚乙二醇单烷基醚中的烷基团随着碳原子数的增加从甲基到辛基；

本发明的硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂，丙组份中的烷基酚聚氧乙烯醚选用辛基酚或壬基酚，乙二醇单体聚合度为8-12。

本发明的硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂，丁组份的中的水为纯水；作为优选，在丁组份中加入氢氧化钠、氢氧化钾等碱，占水的质量比为0.1-5％，调节体系为碱性；作为优选，在丁组份中加入盐酸、醋酸等酸，占水的质量比为0.1-5％，调节体系为酸性。。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

本发明的用于硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂，通过在硅片表面钝化形核、降低溶液体系表面张力、提高溶液对硅片表面润湿性能方面的设计，使硅晶体表面获得的高度均匀的金字塔形织构图形，其限光效果优异。当用于制造太阳能电池时，使电池片的表面反射率较同类产品更低，最终使太阳能电池电流密度提升、转化效率更高。

附图说明

下面结合附图实施例对本发明进一步说明。

图1是硅晶体在含本发明助剂的碱溶液中腐蚀后的扫描电子显微镜图。

图2是硅晶体在含本发明助剂的碱溶液中腐蚀后的反射率曲线。

具体实施方式

实施例1：

1)甲组份选择聚乙二醇单甲醚(质量分数5％)，乙组份选择二甲基甲酰胺(质量分数10％)，丙组分选择十二烷基苯磺酸钠(质量分数0.1％)以及木质素磺酸钠(质量分数0.5％)，余量为去离子水，混合均匀，即为一种用于硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂。该助剂的用法在以下步骤中示例说明：

2)配置浓度为2％的NaOH溶液作为硅晶片织构化的腐蚀液，加热至80摄氏度；

3)向腐蚀液中添加质量分数为1％的上述助剂，并混合均匀；

4)硅晶片先利用NaOH和双氧水的混合溶液进行表面清洗，之后在添加了上述助剂的腐蚀液中进行反应，反应时间20分钟；

5)反应结束后经过后续清洗并干燥，即可得到优异的织构化表面。

如附图1所示，所得织构化图形中的金字塔覆盖均匀，尺寸分布较为一致，大小约3-5微米。附图2所示为所得织构化表面的反射率曲线，400-1050nm波长范围的平均反射率低于11％，减反射效果优异。

实施例2：

1)甲组份选择聚乙二醇单丁醚(质量分数5％)，乙组份选择N-甲基吡咯烷酮(质量分数12％)以及二甘醇(质量分数8％)，丙组分选择壬基酚聚氧乙烯醚(质量分数0.1％)，丁组份为氢氧化钠稀溶液(质量分数2％)，混合均匀，即为一种用于硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂。该助剂的用法类似实施例1中步骤2-5所述。

实施例3：

2)甲组份选择聚乙二醇(质量分数2％)、聚乙二醇单甲醚(质量分数1％)和聚乙二醇单辛醚(质量分数1％)的混合物，乙组份选择二乙二醇单丁醚(质量分数5％)以及硝基甲烷(质量分数5％)，丙组分选择聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(质量分数0.1％)，余量为去离子水，混合均匀即为一种用于硅晶体表面织构化腐蚀的化学助剂。该助剂的用法类似实施例1中步骤2-5所述。

上述实施例是本发明的优选实施方式，为的是更加清楚说明本发明的技术方案，并不以此对本发明的保护范围作出限制。