专利名称：一种晶体硅表面织构方法
技术领域：
本发明涉及微电子与光伏技术领域，特别涉及光伏技术中太阳能电池用晶体硅片表面织构工艺。
背景技术：
晶体硅表面织构一般在碱性水溶液中实现，目前，在微电子和光伏电池行业，对晶体硅表面织构，应用最广泛的腐蚀溶液是KOH (或NaOH)、水和异丙醇(IPA)的混合物，腐蚀剂的浓度、腐蚀时间、腐蚀温度对硅片表面的形貌和表面反射率起着决定性的影响，例如， 当KOH浓度大于25%、腐蚀温度大于80°C时，得到的是一个平整的表面，主要用来去除硅片表面的损伤层和硅片的减薄处理；当NaOH浓度小于5%，温度在70 80°C之间时，可用于在晶体硅表面金字塔绒面的制备，这是利用了该浓度和温度条件下的溶液对硅的各向异性腐蚀特性。但是这种常规的KOH加上异丙醇的混合液腐蚀方法有诸多缺点，如钾离子污染和异丙醇成本过高以及较难处理等问题，特别是钾离子污染，这会给微电子器件和光伏电池带来非常大的不利影响。同时异丙醇的沸点与制绒工艺的温度点接近，不利于工艺的有效进行和对成本的控制。
发明内容
针对现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种与微电子、光伏行业兼容性更好的晶体硅表面织构工艺，同时实现腐蚀速率高、各向异性腐蚀效果好和腐蚀表面均匀性好。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的
一种晶体硅表面织构方法，其特征在于，采用浓度为4 8被.％的四乙基氢氧化铵TEAOH水溶液作为腐蚀剂，所述方法包括以下步骤
A、腐蚀液的配制
以电阻率>18丽的去离子水和浓度为25wt. %的四乙基氢氧化铵为原料，配制浓度为4^8wt. %的四乙基氢氧化铵水溶液作为腐蚀液；
B、使用带磁力搅拌器的恒温水浴锅作为织构装置，将上述配制好的腐蚀液放入烧杯内，加热升温至7(T77°C，将表面预处理后的单晶硅片放入腐蚀液中腐蚀36 40分钟，腐蚀过程中，通过搅拌磁子保持腐蚀液温度恒定和浓度均匀，腐蚀完成的单晶硅片用去离子水清洗。所述表面预处理是指，先将单晶硅片在丙酮中进行去油脂处理，然后采用20wt. %的NaOH水溶液在75°C条件下腐蚀lOmin，去除硅片表面的损伤层。本发明提出一种新的晶体硅表面织构工艺，采用四乙基氢氧化铵TEAOH水溶液作为腐蚀液，具有优异的各向异性腐蚀特性，并可实现腐蚀速率高、各向异性腐蚀效果好、腐蚀表面均匀性好的功效，同时该工艺不含对光伏电池和微电子器件有害的碱金属离子，与微电子技术、光伏技术兼容性更好，是一种理想的晶体娃表面织构工艺。
图I为采用本发明制备的单晶硅片绒面与传统的KOH腐蚀液制备的绒面以及没有绒面结构的硅片的半球反射率比较； 图2为采用本发明制备的单晶硅绒面与传统KOH腐蚀液制备的绒面结构的SEM图比
较；
图3为两种不同表面织构工艺制备的带有绒面的单晶硅片用于非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池时的光伏特性I-V曲线图比较。
具体实施例方式下面给出本发明的具体实施例
1、将5克浓度为25wt.%的四乙基氢氧化铵(TEAOH)与95毫升电阻率>18MW的去离子水加入到烧杯中充分搅拌混合，配制成浓度为5 wt. %的腐蚀液；
2、选用单面抛光(100)晶向的N型CZ单晶硅片，硅片直径为4英寸，电阻率为IW-Cm0首先将单晶硅片在丙酮中进行去油脂处理，而后采用20wt. % NaOH溶液在75°C条件下腐蚀lOmin，以去除硅片表面的损伤层，然后用去离子水将硅片表面冲洗干净。3、通过调节恒温水浴锅控制面板设定所需温度为72°C，温度误差为土 TC，由环形加热器加热升温，并且搅拌得到稳定的实验温度。用温度计观察烧杯内溶液温度，当溶液温度与水浴锅里的温度一致，并达到设定温度时，将单晶硅片放入溶液中。在腐蚀过程中，用磁力搅拌器搅拌磁子不断搅拌，使溶液保持温度、浓度均匀。腐蚀时间为38分钟，最后将腐蚀完成的硅片用去离子冲洗，便得到所制备的有绒面结构的样品。4、作为对比，采用传统的KOH腐蚀液对相同的单晶硅片进行表面织构处理，KOH腐蚀液的浓度为KOH，I. 4wt. % ;异丙醇(IPA)，8 wt. % ;去离子水，90. 6 wt. %。腐蚀温度为80 ± I °C，腐蚀时间为20分钟。5、分别测量本发明和传统方法制备样品的表面反射率和表面形貌进行观察，测试手段分别为紫外可见分光光度计和场发射电子扫描显微镜(SEM)。6、对上述两种工艺制作的单晶硅绒面结构，分别用于非晶硅(P)/晶体硅(N)异质结太阳能电池的制备，比较两种不同表面织构条件下的电池光伏性能差异。由图2扫描电镜图(SEM)可见，采用本发明表面织构方法制备的硅片表面金字塔排列有序，且尺寸较小，这有利于降低硅片表面的反射率，达到理想的织构效果。由图I半球反射率可见，采用本发明工艺制备的硅片绒面，其平均表面反射率为10%左右，优于传统KOH腐蚀液工艺的15%，也比没有表面织构的平整硅片表面反射率降低很多，这对于光伏电池的性能改善有着积极的作用。表I为本发明提出的表面织构方法与传统的KOH腐蚀工艺得到的绒面结构用于相同结构、相同制备工艺条件制备的非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池(a-Si/c-Si)的光电性能比较，由表中数据可见，采用本发明提出的以TEAOH为腐蚀剂的表面织构工艺所制备的晶体硅表面绒面结构，用于异质结电池时，其短路电流密度Jsc相比于传统工艺提高了 3mA/cm2以上，提高比率达12%，而开路电压V。。和填充因子FF则与其持平，从而对光电转换效率的提高有积极的促进作用。图3为两个电池的光照I-V曲线图。
表I两种工艺得到绒面结构用于非晶硅/晶体硅异结太阳能电池的性能比较
权利要求
1.一种晶体硅表面织构方法，其特征在于，采用浓度为4 8Wt.%的四乙基氢氧化铵水溶液作为腐蚀剂，所述方法包括以下步骤 A、腐蚀液的配制 以电阻率>18MW的去离子水和浓度为25wt. %的四乙基氢氧化铵为原料，配制浓度为4^8wt. %的四乙基氢氧化铵水溶液作为腐蚀液； B、使用带磁力搅拌器的恒温水浴锅作为织构装置，将上述配制好的腐蚀液放入烧杯内，加热升温至70~77V，将表面预处理后的单晶硅片放入腐蚀液中腐蚀，腐蚀过程中，通过搅拌磁子保持腐蚀液温度恒定和浓度均匀，腐蚀完成的单晶硅片用去离子水清洗。
2.根据权利要求I所述的一种晶体硅表面织构方法，其特征在于，所述表面预处理是 指，先将单晶硅片在丙酮中进行去油脂处理，然后采用20wt. %的NaOH水溶液在75°C条件下腐蚀IOmin,去除娃片表面的损伤层。
3.根据权利要求I所述的一种晶体硅表面织构方法，其特征在于，腐蚀时间为36 40分钟。
全文摘要
本发明涉及一种晶体硅表面织构方法，采用四乙基氢氧化铵(TEAOH)水溶液替代传统微电子行业、光伏行业中晶体硅片织构过程中使用较多的KOH水溶液作为腐蚀液，在腐蚀液浓度为4~8wt.%、腐蚀温度为70~77℃、腐蚀时间为36~40分钟的织构工艺条件下，实现优异的各向异性腐蚀，消除碱金属离子给行业相关后续操作带来的影响。本发明的织构工艺腐蚀速率高、各向异性腐蚀效果好、表面均匀性好、成本低，与微电子技术、光伏技术可以实现更好的兼容，是一种理想的晶体硅表面织构工艺。
文档编号C30B33/10GK102751384SQ20121023353
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月7日 优先权日2012年7月7日
发明者崔介东, 彭寿, 王芸, 马立云 申请人:中国建材国际工程集团有限公司, 蚌埠玻璃工业设计研究院