专利名称：一种单晶硅绒面结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种单晶硅绒面结构的制备方法。
背景技术：
绒面结构的制备是晶体硅太阳能电池生产工艺中的一道常用工序，绒面结构能够有效减少入射光在硅片表面的反射损失，增加光的利用率，进而提高电池的转换效率。如图 1所示，目前采用的绒面典型结构为绒面金字塔结构。对于光面的硅片而言，入射到表面的太阳光中约有33%的光被表面反射出去，无法被电池吸收利用。而对于绒面金字塔结构而言，由于表面存在的金字塔结构，入射后的反射光会再次发生二次入射，降低反射损失。现有技术中，制备绒面结构主要采用化学腐蚀的方法，利用单晶硅片腐蚀的各向异性，低浓度的碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同的腐蚀速率的原理，将单晶硅片直接浸入碱液中，采用一定的工艺参数配比，在硅片的上、下表面同时腐蚀出密布的金字塔形状的表面形貌。图2为采用现有技术制备的绒面结构和光面结构的光反射率的对比示意图，由图2可知，通过这种化学腐蚀的方法制备的绒面结构，在300 1100纳米(nm)波长之间的入射光反射损失要比光面损失更小，能够使更多的光入射到电池内，增加光的利用率。然而，在实现上述绒面结构制备的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题化学腐蚀的方法制备的绒面结构虽然相对于光面结构减少了太阳光的反射损失，但由于该方法制备的绒面金字塔尺寸通常在3 15微米(um)量级之间，大大高于入射光波长，由图2可知，在吸收太阳光最强的600nm波长段仍有不低于15%的反射率，使电池效率受到限制。另外，该方法绒面的形成速度较慢，通常需要约30分钟(min)的腐蚀才能制备出绒面结构，制约了产能。
发明内容
本发明提供了一种单晶硅绒面结构的制备方法，能够有效减少绒面入射光的反射损失，提高了绒面的形成速度。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案一种单晶硅绒面结构的制备方法，包括在硅片表面沉积离散的金属颗粒；利用氢氟酸(HF)和双氧水(H2O2)的混合溶液对所述沉积了金属颗粒的硅片进行腐蚀，在所述硅片表面形成绒面结构。采用上述技术方案后，本发明提供的单晶硅绒面结构的制备方法，能够得到尺寸更加微细的单晶硅的绒面结构，有效减少了入射光的反射损失；而且，本发明提供的制备方法，绒面的形成速度快，有效节省了工艺时间，提高了产能。
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图1为现有技术制备的绒面的典型结构示意图；图2为现有技术制备的制备的绒面结构和光面结构的反射率的对比示意图；图3为本发明实施例提供的制备方法的流程图；图4(a)为本发明实施例提供的制备方法的原理示意图；图4(b)为本发明实施例提供的制备方法的又一原理示意图；图4(c)为本发明实施例提供的制备方法的另一原理示意图；图5为本发明实施例一的制备方法的流程图；图6为本发明实施例一进行金属颗粒沉积后的硅片形貌图；图7为本发明实施例一制备的绒面结构形貌图；图8为本发明实施例一制备的绒面结构与现有技术制备的绒面结构发射率的对比示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明单晶硅绒面结构的制备方法的实施方式做进一步详细说明。其中所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，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作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。本发明的实施例提供的绒面的制备方法，如图3所示的流程图，包括Sl 1，在硅片表面沉积离散的金属颗粒；S12，利用氢氟酸和双氧水的混合溶液对所述沉积了金属颗粒的硅片进行腐蚀，在所述硅片表面形成绒面结构。本发明实施例提供的绒面制备方法，可称之为金属催化硅腐蚀法。目前在科研领域，金属催化硅腐蚀法主要用来制备硅纳米结构，如量子点，多孔硅，纳米线等。它的主要原理是在强氧化性HF酸溶液环境下，金属颗粒作为催化剂，通过电化学反应使与金属颗粒接触的硅表面发生氧化，氧化层被HF腐蚀，伴随着电化学能和机械能的转换，金属颗粒向下运动，进一步腐蚀与金属颗粒接触的硅表面。以硅片表面沉积了银(Ag)颗粒为例，当把表面沉积了 Ag颗粒的硅片浸入HF和H2A的混合溶液时，如图4(a)所示，在Ag颗粒表面，发生阴极反应H202+2H++2e- — 2H20而在Ag颗粒下的硅表面，发生阳极反应，与Ag颗粒接触的硅表面发生氧化Si+2H20 — Si02+4H++4e-接着，如图4(b)和图4(c)所示，SiO2层被HF腐蚀，并伴随着电化学能和机械能的转换，Ag颗粒向下运动，进一步腐蚀与Ag颗粒接触的硅表面Si02+6HF — H2SiF6+2H20Si+6HF — H2SiF6+4H++4e-在腐蚀液中发生的总反应为Si+2H202+6HF — H2SiF6+4H20根据不同的工艺参数配比，通过上述反应过程，将在硅片表面形成多种形貌。而实验发现通过金属催化的硅腐蚀是各向异性的，其腐蚀方向垂直于硅片的(100)面，金属催化的硅腐蚀的形貌取决于金属颗粒的形状尺寸，以及腐蚀时间。因此，通过控制金属颗粒的形状尺寸以及腐蚀时间，使金属颗粒的尺寸较小且腐蚀时间较短时，就可以在硅片表面形成小尺寸的绒面结构。基于上述原理，本发明实施例提供的绒面的制备方法，通过控制金属颗粒的形状尺寸以及腐蚀时间，能够得到尺寸更加微细的单晶硅的绒面结构，在与入射波长可比的情况下，有效减少了入射光的反射损失；而且，本发明实施例提供的制备方法，绒面的形成速度快，有效节省了工艺时间，提高了产能。其中需要指出的是，根据上述金属催化硅腐蚀的原理，为了形成凹凸交替的绒面结构，本发明实施例中的Sll步骤所沉积的金属颗粒在硅片表面的分布是离散的。由于金属颗粒的尺寸决定着绒面结构的尺寸，而微细的绒面结构能够有效减少入射光的损失，因此，要使沉积的金属颗粒尺寸较小并细密排列，优选的，所沉积的金属颗粒为纳米量级的金属颗粒。另外，为了后续制备的电池的性能，要保证绒面形貌的均勻性，要使沉积的金属颗粒在硅片表面分布均勻。其中，Sll步骤沉积的金属颗粒可以为金属金(Au)颗粒或Ag颗粒或钼(Pt)颗粒等。进一步的，Sll步骤可以采用多种方法在硅片表面沉积离散的金属颗粒，例如采用物理气相沉积法(溅射法或蒸镀法等)在硅片表面沉积离散的金属颗粒或者采用印刷、喷涂或旋涂包含金属颗粒的胶状物质在硅片表面沉积离散的金属颗粒或者采用电镀或化学镀的方法在硅片表面沉积离散的金属颗粒等，如果电镀或化学镀的方法沉积的金属颗粒的数量较多，可通过稀释减少金属颗粒数量。进一步的，基于前文所述的金属催化的硅腐蚀原理，S12步骤具体的过程为将 Sll步骤沉积了金属颗粒的硅片浸入混合溶液，在所述金属颗粒的催化作用下，与所述金属颗粒接触的硅片表面被所述混合溶液腐蚀，在所述硅片表面形成绒面结构。金属颗粒会沿着腐蚀掉的硅表面向下移动，与所述金属颗粒接触的硅表面会进一步被腐蚀。另外需要注意的是，S12步骤中，腐蚀液中HF和H2O2的浓度可根据实际情况设置， 要根据腐蚀液的浓度和实际情况等设定对沉积金属颗粒的硅片的腐蚀时间，腐蚀时间不宜过长，过长的腐蚀时间容易造成腐蚀过度，不能得到理想的绒面结构。由于金属颗粒在S12步骤中作为催化剂，因此在S12步骤后，还包括去除金属颗粒的步骤。通常将S12步骤腐蚀过的硅片浸入碘化盐或硝酸盐溶液中，然后再用盐酸(HCl) 溶液清洗以去除金属颗粒。为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面通过一个具体的实施例对本发明进行进一步的详细说明。实施例一本实施例提供的绒面的制备方法，如图5所示的流程图，包括下列步骤S21，对硅片进行标准清洗；S21，采用化学镀的方法，将硅片浸入HF和硝酸银(AgNO3)的混合溶液中，在硅片表面沉积离散的Ag颗粒。本步骤是在室温下进行的，反应时间为lmin，采用的HF和AgNO3的混合溶液中，HF 的浓度为10%、AgNO3的浓度为0. 01 0. 03Mol/L。经过本步骤后，硅片表面将沉积有离散的，分布均勻的Ag颗粒。经过该步骤后，硅片表面的形貌如图6所示，图中白色粒状物为沉积的Ag颗粒，由图可知，所沉积的Ag颗粒是离散的，分布均勻致密，颗粒大小约为60 200nm。S23，将硅片浸入HF和H2A的混合溶液中进行腐蚀；本步骤的腐蚀时间为20秒，采用的混合溶液中，HF的浓度为10%，H2O2的浓度为 0. 6%。S24，去除 Ag 颗粒；本步骤采用的去除Ag颗粒的方法是将S23步骤腐蚀后的硅片浸入浓度为 0. 05Mol/L的KN03水溶液中3min，然后取出硅片再浸入HCl溶液进行清洗。S25，对硅片进行去离子水清洗并甩干。这样，本实施例完成了制备绒面结构的整个流程，所制备的绒面结构如图7所示， 由图可知，本实施例制备的绒面结构呈现孔洞和凸起交替的形貌，其中孔洞的深度即腐蚀深度约为180 240nm，代表S23步骤的腐蚀速率为9 12nm/s。为了验证本实施例制备的绒面结构对发射率的改善能力，对制备的样品进行了反射率的测试，并和现有技术采用碱溶液腐蚀制备的绒面结构的反射率进行了对比，结果如图8所示，由图8可知，在300 IlOOnm波长范围内，本实施例制备的绒面结构的反射损失均小于碱腐蚀制备的绒面结构。综上所述，本发明提供的绒面的制备方法，能够得到更微细的绒面结构，改善了绒面结构的反射率，有效减少了反射损失；而且，腐蚀的时间短，绒面的形成速度快，有效节省了工艺时间，提高了产能。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种单晶硅绒面结构的制备方法，其特征在于，包括 在硅片表面沉积离散的金属颗粒；利用氢氟酸和双氧水的混合溶液对所述沉积了金属颗粒的硅片进行腐蚀，在所述硅片表面形成绒面结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒为纳米量级的金属颗粒。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒为金颗粒或银颗粒或钼颗粒。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述在硅片表面沉积离散的金属颗粒具体为采用物理气相沉积法在硅片表面沉积离散的金属颗粒；或者采用印刷、喷涂或旋涂包含金属颗粒的胶状物质在硅片表面沉积离散的金属颗粒；或者采用电镀或化学镀的方法在硅片表面沉积离散的金属颗粒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述利用氢氟酸和双氧水的混合溶液对所述沉积了金属颗粒的硅片进行腐蚀的步骤具体为将所述沉积了金属颗粒的硅片浸入所述混合溶液，在所述金属颗粒的催化作用下，与所述金属颗粒接触的硅片表面被所述混合溶液腐蚀，在所述硅片表面形成绒面结构。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用化学镀的方法，将硅片浸入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中，在硅片表面沉积离散的金属银颗粒。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸和硝酸银的混合溶液中，所述氢氟酸的浓度为10%，所述硝酸银的浓度为0. 01 0. 03MO1/L。
8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸和双氧水的混合溶液中， 氢氟酸的浓度为10%、双氧水的浓度为0. 6%。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述沉积了金属颗粒的硅片进行腐蚀的时间为20秒。
全文摘要
本发明提供了一种单晶硅绒面结构的制备方法，涉及太阳能应用技术领域，为能够有效减少绒面入射光的反射损失、提高绒面的形成速度而发明。所述单晶硅绒面的制备方法，包括在硅片表面沉积离散的金属颗粒；利用氢氟酸和双氧水的混合溶液对所述沉积了金属颗粒的硅片进行腐蚀，在所述硅片表面形成绒面结构。本发明可用于太阳能电池的制作工艺中。
文档编号C30B33/10GK102234845SQ20101015462
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者肖青平 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司