一种微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，首先将多晶硅片置入腐蚀溶液中，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；然后将其置入金属离子化合物溶液中在微米绒面上沉积金属纳米颗粒，接着将其置于刻蚀溶液中进行刻蚀获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；清洗去除表面残留的金属颗粒后，最后将其置于碱性溶液进行微纳复合绒面结构修正刻蚀，烘干即得。本发明利用湿法化学刻蚀法在多晶黑硅表面制备出微纳复合绒面结构，此结构具有极低的反射率，同时本发明与常规多晶硅太阳电池制绒工艺有很好的兼容性；因此，本发明能快速的应用于当前常规多晶硅太阳电池产业，可以显著提高对光的吸收效率，从而提高了太阳能电池的效率。
【专利说明】一种微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池器件制造【技术领域】，特别涉及一种多晶硅前表面上微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法。
【背景技术】
[0002]多晶硅太阳能电池凭借成本、转换效率以及电性能等综合优势，在当前商业化的太阳能电池产品中已占据主导地位。然而，多晶硅电池在转换效率上与单晶硅电池存在1%左右的差距，其中，制绒后的多晶硅反射率远远高于制绒后的单晶硅是导致这一差距的重要因素。黑硅由于其在可见光范围反射率极低，引起了光伏业界的广泛关注。特别是将黑硅技术用于多晶硅时，对电池效率的提升效果较单晶硅电池更为明显。
[0003]当前，黑硅太阳电池的主要研究方法有干法和湿法刻蚀。其中，干法刻蚀主要以反应离子刻蚀(虹幻为代表，湿法刻蚀以金属催化化学刻蚀为代表。从产业化利用的前景来看，金属催化化学刻蚀技术与现有酸式制绒工艺兼容性好，成本较干法刻蚀更低，有利于推广到工业化生产中。
[0004]目前，在已经公开的黑硅材料制作技术中，采用金属催化化学刻蚀法制备黑硅的专利，如⑶102051618八、⑶102768951八和⑶103578966八，都是直接在没有绒面结构的硅片上进行刻蚀，获得的绒面仅为单一的纳米绒面，均没有制备得到微纳米复合的绒面结构多晶黑硅，多晶硅片绒面表面积和减反效果有待提升；同时，绒面制备的反应过程是在刻蚀溶液中一步进行的，反应速度快，反应过程不易控制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法。该方法是将多晶硅片置入腐蚀溶液中，首先制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；然后将其置入金属离子化合物溶液中在微米绒面上沉积金属纳米颗粒，接着将其置于刻蚀溶液中进行刻蚀获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；清洗去除表面残留的金属颗粒后，最后将其置于碱性溶液进行微纳复合绒面结构修正刻蚀，烘干获得纳米级类金字塔的微纳复合绒面结构多晶黑硅。该方法不仅降低了表面反射率，提高了纳米绒面制备的可控性，而且降低了将其制备成电池后载流子的表面复合。
[0006]本发明采用的技术方案为:一种微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，具体包括以下步骤:
(1)将多晶硅片置入腐蚀溶液进行刻蚀30?3008后将其取出并进行清洗，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；所述腐蚀溶液为氢氟酸和硝酸所组成的混合溶液，其中，氢氟酸的浓度为广5 11101/1，硝酸的浓度为3?15 11101/1 ；
(2)将步骤(1)得到的多晶硅片置入氢氟酸和金属离子的混合溶液中，放置时间为15?1208后取出，得到在微米绒面上吸附有金属纳米颗粒的多晶硅片；所述氢氟酸浓度为广10 11101/1；所述金属离子为具有催化活性作用的金属离子，其中金属离子的浓度为0.003^0.03 11101/1 ；
(3)将步骤(2)得到的多晶硅片置入刻蚀溶液中，刻蚀时间为广5-11后取出，获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；所述刻蚀溶液为氢氟酸和双氧水，其中氢氟酸的浓度为1?10 11101/1，双氧水的浓度为0.1?1.0 11101/1 ；
(4)将步骤(3)得到的多晶硅片置入清洗溶液中，去除表面残留的金属颗粒；所述的清洗溶液为氧化性酸液；
(5)将步骤(4)得到的多晶硅片置入碱性溶液中，碱性溶液浓度为0.005^0.05 001/1,修正刻蚀时间为广5-11后取出并进行清洗，烘干获得纳米级类金字塔结构的微纳复合绒面结构多晶黑硅。
[0007]其中步骤(1)中，所述的多晶硅片为？型或II型硅片。
[0008]步骤(2)中，所述的氢氟酸浓度优选为4?10 11101/1。
[0009]步骤(2)中，所述的金属离子优选为金、银、铜、铁、锌、镍、锡中一种。
[0010]步骤(3)中，所述的刻蚀溶液为氢氟酸和双氧水，其中氢氟酸的浓度优选为4?1011101/1，双氧水的浓度优选为0.4?1.0 11101/1。
[0011]步骤(4)中，所述的清洗溶液优选为硝酸、浓硫酸或盐酸。
[0012]步骤(5)中，所述碱性溶液优选为氢氧化钾溶液。
[0013]与现有技术相比，本发明的优势在于:
1、本发明首先将多晶硅片置入氢氟酸和硝酸所组成的腐蚀溶液，制备获得具有微米绒面结构，不仅增加了多晶硅片表面积去，而且去除了原始多晶硅片表面的损伤层，有利于后续金属颗粒在硅片表面催化腐蚀。
[0014]2、本发明采用先在在微米绒面上沉积金属纳米颗粒，通过控制金属纳米颗粒的大小和分布，再置于刻蚀溶液中进行刻蚀，有利于控制微米绒面中纳米绒面的结构形貌。
[0015]3、本发明将其置于碱性溶液进行微纳复合绒面结构修正刻蚀，进一步降低了表面反射率，有利于金属颗粒的去除，并降低将其制备成电池后载流子的表面复合。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0017]图1是本发明的步骤1中制备获得的具有微米绒面多晶硅片的结构示意图；
图2是本发明的步骤3中制备获得的具有微纳复合绒面多晶硅片的结构示意图；
图3是本发明的步骤5中制备获得的具有纳米级类金字塔的微纳复合绒面多晶黑硅的结构示意图；
图4是本发明的步骤5中制备获得的具有纳米级类金字塔的微纳复合绒面多晶黑硅的结扫描电子显微镜(321)表面俯视图；
图5是本发明的步骤5中制备获得的具有纳米级类金字塔的微纳复合绒面多晶黑硅的结扫描电子显微镜(321)表面侧视图；
图6是本发明的步骤5中制备获得的具有纳米级类金字塔的微纳复合绒面多晶黑硅的表面反射率图谱。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0019]实施例1:
首先，将？型多晶硅片置入氢氟酸和硝酸组成的腐蚀溶液进行刻蚀，其中，氢氟酸的浓度为2.5 11101/1，硝酸的浓度为7.5 11101/1，1008后将其取出并进行清洗，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；然后，将其置入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中，其中，氢氟酸浓度为4001/1，硝酸银的浓度为0.005 001/1，放置时间为608后取出，得到在微米绒面上吸附有银纳米颗粒的多晶硅片；接着，将其置入氢氟酸和双氧水的刻蚀溶液中，其中，其中氢氟酸的浓度为4 11101/1，双氧水的浓度为0.4 11101/1，刻蚀时间为1 111111后取出，获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；将其置入浓硝酸清洗溶液中，去除表面残留的银颗粒；最后，将其置入氢氧化钾溶液中，其浓度为0.01 11101/1，修正刻蚀时间为1 111111后取出并进行清洗，烘干获得纳米级类金字塔的微纳复合绒面结构多晶黑硅，表面平均反射率为5.46%。
[0020]实施例2:
首先，将？型多晶硅片置入氢氟酸和硝酸组成的腐蚀溶液进行刻蚀，其中，氢氟酸的浓度为2.5 11101/1，硝酸的浓度为7.5%，1008后将其取出并进行清洗，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；然后，将其置入氢氟酸和硝酸铜的混合溶液中，其中，氢氟酸浓度为4001/1，硝酸铜的浓度为0.005 001/1，放置时间为608后取出，得到在微米绒面上吸附有铜纳米颗粒的多晶硅片；接着，将其置入氢氟酸和双氧水的刻蚀溶液中，其中，其中氢氟酸的浓度为4 11101/1，双氧水的浓度为0.4 11101/1，刻蚀时间为1 111111后取出，获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；将其置入浓硝酸清洗溶液中，去除表面残留的铜颗粒；最后，将其置入氢氧化钾溶液中，其浓度为0.01 11101/1，修正刻蚀时间为1 111111后取出并进行清洗，烘干获得纳米级类金字塔的微纳复合绒面结构多晶黑硅，表面平均反射率为6.24%。
[0021]实施例3:
首先，将？型多晶硅片置入氢氟酸和硝酸组成的腐蚀溶液进行刻蚀，其中，氢氟酸的浓度为2.5 11101/1，硝酸的浓度为7.5 11101/1，1008后将其取出并进行清洗，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；然后，将其置入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中，其中，氢氟酸浓度为4001/1，硝酸银的浓度为0.005 11101/1，放置时间为608后取出，得到在微米绒面上吸附有银纳米颗粒的多晶硅片；接着，将其置入氢氟酸和双氧水的刻蚀溶液中，其中，其中氢氟酸的浓度为4 11101/1，双氧水的浓度为0.4 11101/1，刻蚀时间为1 111111后取出，获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；将其置入浓硫酸清洗溶液中，去除表面残留的银颗粒；最后，将其置入氢氧化钠溶液中，其浓度为0.01 11101/1，修正刻蚀时间为1 111111后取出并进行清洗，烘干获得纳米级类金字塔的微纳复合绒面结构多晶黑硅，表面平均反射率为7.13%。
[0022]实施例4:
首先，将？型多晶硅片置入氢氟酸和硝酸组成的腐蚀溶液进行刻蚀，其中，氢氟酸的浓度为511101/1，硝酸的浓度为10%，1208后将其取出并进行清洗，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；然后，将其置入氢氟酸和硝酸铜的混合溶液中，其中，氢氟酸浓度为6 11101/1,硝酸铜的浓度为0.01001/1，放置时间为1008后取出，得到在微米绒面上吸附有铜纳米颗粒的多晶硅片；接着，将其置入氢氟酸和双氧水的刻蚀溶液中，其中，其中氢氟酸的浓度为611101/1，双氧水的浓度为0.5 11101/1，刻蚀时间为2 111111后取出，获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；将其置入浓硝酸清洗溶液中，去除表面残留的铜颗粒；最后，将其置入氢氧化钾溶液中，其浓度为0.03001/1，修正刻蚀时间为1 111111后取出并进行清洗，烘干获得纳米级类金字塔的微纳复合绒面结构多晶黑硅，表面平均反射率为6.43%。
【权利要求】
1.一种微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是，包括以下步骤: (1)将多晶硅片置入腐蚀溶液进行刻蚀30?3008后将其取出并进行清洗，制备获得具有微米绒面结构的多晶硅片；所述腐蚀溶液为氢氟酸和硝酸所组成的混合溶液，其中，氢氟酸的浓度为广5 11101/1，硝酸的浓度为3?15 11101/1 ； (2)将步骤(1)得到的多晶硅片置入氢氟酸和金属离子的混合溶液中，放置时间为.15?1208后取出，得到在微米绒面上吸附有金属纳米颗粒的多晶硅片；所述氢氟酸浓度为广10 11101/1；所述金属离子为具有催化活性作用的金属离子，其中金属离子的浓度为.0.003^0.03 11101/1 ； (3)将步骤(2)得到的多晶硅片置入刻蚀溶液中，刻蚀时间为广5-11后取出，获得具有微纳复合绒面结构的多晶硅片；所述刻蚀溶液为氢氟酸和双氧水，其中氢氟酸的浓度为1?10 11101/1，双氧水的浓度为0.1?1.0 11101/1 ； (4)将步骤(3)得到的多晶硅片置入清洗溶液中，去除表面残留的金属颗粒；所述的清洗溶液为氧化性酸液； (5)将步骤(4)得到的多晶硅片置入碱性溶液中，碱性溶液浓度为0.005^0.05 001/1,修正刻蚀时间为广5-11后取出并进行清洗，烘干获得纳米级类金字塔结构的微纳复合绒面结构多晶黑硅。
2.根据权利要求1所述微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是，所述的多晶硅片为？型或II型硅片。
3.根据权利要求1所述的微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是步骤(2)中，所述氢氟酸浓度为4?10.1101/1.
4.根据权利要求1所述的微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是步骤(2)中，所述金属离子为为金、银、铜、铁、锌、镍、锡中一种。
5.根据权利要求1所述的微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是步骤(3)中，所述的刻蚀溶液为氢氟酸和双氧水，其中氢氟酸的浓度为4?10 11101/1，双氧水的浓度为.0.4?1.0 11101/1。
6.根据权利要求1所述的微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是步骤(4)中，所述的清洗溶液为硝酸、浓硫酸或盐酸。
7.根据权利要求1所述的微纳复合绒面结构的多晶黑硅制备方法，其特征是步骤(5)中，所述它碱性溶液为氢氧化钾溶液。
【文档编号】H01L31/18GK104393114SQ201410652553
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】周洪彪, 刘文峰, 陆运章 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所