一种用于优化黑硅表面结构的处理方法
【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 构的处理方法。
【背景技术】
[0002] 黑硅（black silicon)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I. 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/HN0 3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/HN0 3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3 μ m~7 μ m，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方法，采用 本发明提供的处理方法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方法，包括以下步骤：
[0007] a)将黑硅原料在氢氟酸溶液中进行清洗，得到待处理的黑硅；
[0008] b)将待处理的黑硅在碱性溶液中进行反应，再经水洗，得到处理后的黑硅；
[0009] c)将处理后的黑硅进行酸处理，得到优化后的黑硅表面结构。
[0010] 优选的，步骤a)中所述清洗的温度为5°C~20°C，时间为Imin~lOmin。
[0011] 优选的，所述步骤a)还包括：
[0012] 将清洗后的黑硅原料进行水洗，得到待处理的黑硅。
[0013] 优选的，步骤b)中所述碱性溶液包括氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液中 的一种或多种。
[0014] 优选的，步骤b)中所述碱性溶液的质量浓度为1 %~35 %。
[0015] 优选的，步骤b)中所述反应的温度为5°C~25°C，时间为Imin~lOmin。
[0016] 优选的，步骤b)中所述水洗的温度为5°C~80°C，时间为Imin~lOmin。
[0017] 优选的，步骤c)中所述酸处理的过程具体为：
[0018] 将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。
[0019] 优选的，所述酸溶液为氢氟酸、盐酸和水的混合酸溶液。
[0020] 优选的，所述酸洗的温度为5°C~20°C，时间为Imin~lOmin。
[0021] 本发明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：a)将黑硅 原料在氢氟酸溶液中进行清洗，得到待处理的黑硅；b)将待处理的黑硅在碱性溶液中进行 反应，再经水洗，得到处理后的黑硅；c)将处理后的黑硅进行酸处理，得到优化后的黑硅表 面结构。采用本发明提供的处理方法对黑硅表面结构进行优化，不仅能够有效去除黑硅表 面的多孔硅和金属离子杂质，还能够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，得到优化后的黑硅表面结构，在保证其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】
[0022] 图1为反应离子刻蚀法设备的结构示意图；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 图4为本发明实施例1所用的黑硅原料表面结构的扫描电镜图；
[0026] 图5为本发明实施例1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】
[0027] 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。
[0028] 本发明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：
[0029] a)将黑硅原料在氢氟酸溶液中进行清洗，得到待处理的黑硅；
[0030] b)将待处理的黑硅在碱性溶液中进行反应，再经水洗，得到处理后的黑硅；
[0031] c)将处理后的黑硅进行酸处理，得到优化后的黑硅表面结构。
[0032] 在本发明中，将黑硅原料在氢氟酸溶液中进行清洗，得到待处理的黑硅。在本发明 中，所述清洗的目的是除去黑硅原料表面的有机物、油污等污染物，为后续处理提供洁净表 面。在本发明中，将黑硅原料在氢氟酸溶液中进行清洗的过程优选具体为：
[0033] 将所述黑硅原料浸渍在所述氢氟酸溶液中进行清洗，得到待处理的黑硅。本发明 对所述黑硅原料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发 明中，所述氢氟酸溶液优选由氢氟酸和水混合后得到，所述氢氟酸和水的体积比优选为1 : (4~10)，更优选为1 :5。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 % ;本发明对所述氢氟酸的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品 即可。本发明对