一种用于优化黑硅表面结构的处理液及处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，是涉及一种用于优化黑硅表面结 构的处理液及处理方法。
【背景技术】
[0002] 黑硅（blacksilicon)是指几乎可以吸收所有可见光、反射率极低的硅表面或硅 基薄膜，是最新研究发现的一种能大幅提高光电转换效率的新型半导体材料。与一般的硅 材料相比，黑硅材料几乎能陷住所有的可见光，故外观看上去是黑色的；并且其表面结构为 有序的锥形微结构，光子进入该结构后不会直接被反射出来，而是经过多次反射后进入到 硅体里面，减少了光的反射，提高了光的利用率。由于黑硅材料具有优异的抗反射特性，因 此，其在光伏领域有着重要的应用前景。
[0003] 目前，黑硅的制备方法主要有以下几种：激光刻蚀法、反应离子刻蚀法（RIE)和金 属催化剂溶液刻蚀法（MCT)，其中，反应离子刻蚀法因其制备得到的黑硅表面结构陷光特性 好、反射率低、产品合格率高，成为制备黑硅的最常用的方法之一。反应离子刻蚀法的工作 原理具体为：在低真空状态下，利用辉光放电产生等离子体，在加速电场的作用下，粒子高 速轰击在硅片表面，进行物理刻蚀，另外粒子也与表面发生化学反应，产生化学刻蚀作用。 请参照图1，图1为反应离子刻蚀法设备的结构示意图，该设备拥有一个高真空反应室，反 应压力范围在1. 3Pa~130Pa，真空室内有两块平板电极，硅片放置在阴极上，通入气体首 先变成活性离子，然后在电场的加速下轰击硅片表面，同时活性粒子和硅反应，达到制备黑 硅的目的。如图2~3所示，图2~3为采用不同制备方法得到的黑硅表面结构的扫描电 镜照片，其中，图2为采用HF/HN03体系溶液刻蚀法制备得到的黑硅表面结构的扫描电镜照 片，图3为采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅表面结构的扫描电镜照片。比较可知，采用 不同制备方法得到的黑硅表面结构有较大差异，采用HF/HN03体系溶液刻蚀法制备得到的 黑硅表面结构形状为孔洞状，大小为3μm~7μm，而采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅 表面结构形状为针状，大小为200nm~400nm;同时，采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅 相比采用HF/HN03体系溶液刻蚀法制备得到的黑硅反射率由20%下降到7%，反射率的降 低进一步增加了黑硅对光的吸收，提高电池的短路电流。
[0004] 但是，采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅表面结构具有较大的比表面积，不易 进行钝化处理，表面结构形成了过多的复合中心，复合严重。最终制得的电池片虽然短路电 流有所上升，但是开路电压大幅下降，电池片的效率并没有显著提高，而且由于开路电压降 低，在电池片制成组件后，封装损失大大上升，组件功率没有任何改善甚至有所下降。因此， 如何兼顾黑硅表面结构的光学优势并降低由此带来的复合损失，是目前研究人员亟待解决 的技术问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于优化黑硅表面结构的处理液及处理方 法，采用本发明提供的处理液对黑硅表面结构进行处理，在保证黑硅具有较低反射率的同 时，能够提高电池效率和组件功率。
[0006] 本发明提供了一种用于优化黑硅表面结构的处理液，包括以下组分：
[0007] 刻蚀剂1重量份；
[0008] 缓冲剂1重量份~15重量份；
[0009] 氧化剂1重量份~15重量份；
[0010] 水20重量份~400重量份；
[0011] 所述刻蚀剂为氢氟酸。
[0012] 优选的，所述缓冲剂包括氟化铵、氟化钠和氟化钾中的一种或多种。
[0013] 优选的，所述氧化剂包括H202、03和ΗΝ03中的一种或多种。
[0014] 本发明还提供了一种用于优化黑硅表面结构的处理方法，包括以下步骤：
[0015] 采用上述技术方案所述的处理液，将待处理的黑硅进行表面处理，得到优化后的 黑硅表面结构。
[0016] 优选的，所述表面处理的过程具体为：
[0017] 将待处理的黑硅浸渍在所述处理液中进行反应，再经水洗，得到优化后的黑硅表 面结构。
[0018] 优选的，所述反应的温度为20°C~50°C，时间为lmin~lOmin。
[0019] 优选的，所述水洗的温度为5°C~80°C，时间为lmin~lOmin。
[0020] 优选的，所述进行表面处理后，还包括：
[0021] 将表面处理后的黑硅进行酸处理，得到优化后的黑硅表面结构；
[0022] 所述酸处理的过程具体为：
[0023] 将表面处理后的黑硅浸渍在酸溶液中进行酸洗，再经水洗，得到优化后的黑硅表 面结构。
[0024] 优选的，所述酸洗的温度为5°C~20°C，时间为lmin~lOmin。
[0025] 优选的，所述进行表面处理前，还包括：
[0026] 将黑硅原料进行预清洗，得到待处理的黑硅；
[0027] 所述预清洗的过程具体为：
[0028] 将黑硅原料浸渍在清洗液中进行清洗，再经水洗，得到待处理的黑硅。
[0029] 本发明提供了一种用于优化黑硅表面结构的处理液和处理方法，所述处理液包括 以下组分：亥I」蚀剂1重量份；缓冲剂1重量份~15重量份；氧化剂1重量份~15重量份； 水20重量份~400重量份；所述刻蚀剂为氢氟酸。本发明提供的处理液通过刻蚀剂、缓冲 剂和氧化剂的协同作用，使处理液能够缓慢而均匀的对黑硅表面结构进行优化，去除黑硅 表面损伤和悬挂键，降低黑硅表面结构的复合速率。本发明采用上述处理液将黑硅进行表 面处理，得到优化后的黑硅表面结构，在保证黑硅具有较低反射率的同时，能够提高黑硅相 应电池效率和相应组件功率。实验结果表明，采用本发明提供的处理液和处理方法优化后 的黑硅相应电池效率在19%以上，相应组件功率在270W以上。
【附图说明】
[0030] 图1为反应离子刻蚀法设备的结构示意图；
[0031] 图2为采用HF/HN03体系溶液刻蚀法制备得到的黑硅表面结构的扫描电镜照片；
[0032] 图3为采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅表面结构的扫描电镜照片；
[0033] 图4为本发明实施例5所用的黑硅原料表面结构的扫描电镜图；
[0034] 图5为本发明实施例5得到的优化后的黑硅表面结构的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。
[0036] 本发明提供了一种用于优化黑硅表面结构的处理液，包括以下组分：
[0037] 刻蚀剂1重量份；
[0038] 缓冲剂1重量份~15重量份；
[0039] 氧化剂1重量份~15重量份；
[0040] 水20重量份~400重量份；
[0041] 所述刻蚀剂为氢氟酸。
[0042] 在本发明中，所述刻蚀剂为氢氟酸，所述刻蚀剂的作用是对氧化硅进行刻蚀。在本 发明中，所述氢氟酸的质量分数优选为30 %~55 %，更优选为49 %。本发明对所述刻蚀剂 的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的氢氟酸的市售商品或含有氢氟酸的市售 商品均可。在本发明一个优选的实施例中，采用含有氢氟酸的市售商品Β0Ε溶液作为刻蚀 剂的来源。在本发明中，所述处理液包括1重量份的刻蚀剂。
[0043] 在本发明中，所述缓冲剂优选包括氟化铵、氟化钠和氟化钾中的一种或多种，更优 选为氟化铵。在本发明中，所述缓冲剂的作用是与刻蚀剂相互配合，使刻蚀剂的刻蚀作用能 够缓慢而均匀的进行。本发明对所述缓冲剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟 知的上述氟化铵、氟化钠和氟化钾的市售商品或含有氟化铵、氟化钠或氟化钾的市售商品 均可。在本发明一个优选的实施例中，采用含有氟化铵的市售商品Β0Ε溶液作为缓冲剂的 来源，所述Β0Ε溶液由氟化铵溶液和氢氟酸混合得到，其中氟化铵溶液的质量分数优选为 35%~45%，更优选为40%。在本发明中，所述处理液包括1重量份~15重量份的缓冲剂， 优选为2重量份~3重量份。
[0044] 在本发明中，所述氧化剂优选包括H202、03和ΗΝ0 3中的一种或多种，更优选为H202。 在本发明