专利名称：：磁场下制备多晶硅太阳能电池绒面的方法
技术领域：
：本发明涉及一种磁场下高效多晶硅太阳能电池绒面的制备技术，属于无机材料
技术领域：
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背景技术：
：能源危机与环境污染是构建和谐社会和可持续发展所面临的重大挑战，开发新能源和将可再生能源作为我国未来能源的重要组成部分已十分迫切。太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，有着巨大的开发利用潜力。人类赖以生存的自然资源几乎全部转换于太阳能，将太阳能直接转换为电能是现代大规模利用太阳能的一项重要技术基础。自1954年贝尔实验室开发出效率为6%的第一个晶体硅太阳电池，直至现在太阳电池市场以每年35%的速度递增，其中晶体硅太阳电池的市场占有量在90%以上。在短短的半个世纪里，太阳电池已经完成了第一代晶体硅电池研究，正处于第二代薄膜电池研究高峰，并继续朝第三代高效率电池努力。随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提升，积极寻找新的替代能源已刻不容缓，作为无污染的清洁能源，太阳能电池必将得到迅速的发展。而作为现今占据太阳能电池绝大部分市场的晶体硅太阳能电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制备技术水平。尤其是在最近几年里，无论是在降低生产成本方面，还是在提升电池转换效率方面，硅太阳电池制备工艺都取得了飞速的进步。如何降低发电成本，提高转换效率是太阳电池研究的重点课题之一，多晶硅的选择是降低太阳能光伏发电成本的有效手段之一，而有效地减少太阳光在多晶硅片表面的反射损失是提高太阳电池转换效率的一个重要方法。为了有效地降低多晶硅表面的反射，提高陷光效果，绒面制备是一个非常可行的工艺。理想的绒面为"金字塔"形，常用的制备方法为机械刻槽法和化学腐蚀法。机械刻槽利用V形刀在硅表面摩擦以形成规则的V形槽，从而形成规则的、反射率低的绒面。如果用单刀抓槽，虽然能得到优质的绒面，但是速度太慢，采用多刀同时抓槽又容易破坏硅片。化学腐蚀法可以在硅表面形成不规则的"金字塔"，但是"金字塔"的大小和形状不易控制，使得化学腐蚀方法难以制得高质量的绒面。近年来，磁场强度超过10T的超导强磁场的应用己受到人们的广泛重视。强磁场因其强大的磁化作用，可以使得非铁磁性物质也能显示出内禀磁性，如水、塑料、木材等可在强磁场中悬浮。与普通磁场作用于宏观的物体不同，强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生深远的影响。在材料制备中，磁场能控制材料生长过程中的形态、大小、分布和取向等，从而影响材料的组织结构，最终获得具有优良性能的新材料。目前，通过强磁场的磁化效应来制备多晶硅太阳能电池高效绒面的技术尚没有出现。
发明内容本发明的目的是提供一种磁场下制备多晶硅太阳能电池高效绒面的方法，通过该方法可以在多晶硅片表面生长致密均匀的绒面，从而实现磁场下多晶硅太阳电池绒面的高效均匀产生。本发明的技术方案如下一种磁场下制备多晶硅太阳能电池绒面的方法，采用磁场下化学腐蚀的方法在多晶硅片表面生长致密均匀的绒面，该方法具有以下工艺步骤a.将多晶硅片放入配好反应液的绒面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器放置于磁场中，所述反应液的配比为氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05%15%，乙醇或异丙醇的质量百分数为5%25%，硅酸钠的质量百分数为0.05%3%;反应液的温度保持在65'C90'C。b.多晶硅片在碱性溶液反应结束后，常温下在质量百分数0.5%5%的氢氟酸溶液中清洗反应510分钟。c.磁场施加于制备多晶硅太阳能电池绒面的整个阶段，磁场强度保持在010T，绒面制备时间1545分钟。进一步地，所述的反应液配比为氢氧化钠质量百分数1.5%,乙醇质量百分数10%，硅酸钠质量百分数0.2%，溶液温度为85'C，氢氟酸质量百分数为1.5%。本发明将绒面制备反应器放置于磁场中，高纯多晶硅片浸于电子纯的氢氧化钠或氢氧化钾的碱性水溶液中，通过计算机精确控制加热器使溶液维持在适宜的温度，由于硅与氢氧根反应，因此硅片表面被腐蚀；同时，由于磁场强大的作用，适当的磁场强度可以有效控制氢氧根离子的运动方向，使得氢氧根快速均匀的向硅片表面运动，与硅片发生反应，同时低浓度的碱溶液也使硅片表面的气泡迅速脱离硅片，从而实现了磁场下多晶硅太阳电池绒面的高效均匀产生。将多晶硅太阳能电池绒面的制备过程置于强磁场中进行，利用强磁场对物质极强的磁化力、磁能作用以及对运动电荷的洛仑兹力，能增强反应物的活化和离解，促进硅原子、氢氧根等反应粒子之间的相互作用，使氢氧根离子迅速向硅片表面运动。在绒面制备过程中，"金字塔"迅速均匀生长，影响并且控制多晶硅太阳电池绒面的生长过程。磁场下制备出的多晶硅太阳能电池绒面，绒面的质量得到了明显改善，"金字塔"均匀致密，表面反射率降低，陷光效果增加，同时降低绒面的生长时间、提高绒面的生长速率，较低的表面反射率有效提高了太阳能电池的转换效率。图1为本发明的绒面制备反应器结构示意图；图2为本发明的磁场产生装置示意图；附图标号说明l一制绒槽，2—样品架，3—加热器，4一热电偶，5—控制柜，6—制绒槽盖，7—超导磁铁线圈，8—强磁场装置外壁，9一强磁场装置内壁，10—强磁场冷却装置。具体实施例方式本发明采用磁场下制备多晶硅太阳能电池绒面技术，从而制备出高质量、均匀的绒面。原料是电子纯的氢氧化钠或氢氧化钾，多晶硅片。采用带计算机精确控制加热器的制绒槽。首先，绒面制备反应器中通入一定量的去离子水，刚好超过硅片的高度，然后加入一定量的氢氧化钠或氢氧化钾、乙醇或异丙醇、硅酸钠。其中氢氧化钠或氢氧化钾在反应液中的质量百分数保持在0.05%15%，乙醇或异丙醇在反应液中的质量百分数保持在5%~25%，硅酸钠在反应液中的质量百分数保持在0.05%3%，溶液的温度保持在65'C90'C之间，绒面制备时间1045分钟。多晶硅片在碱性溶液反应结束后，常温下在0.5%5%的分析纯氢氟酸溶液中清洗反应5-10分钟。具体实验装置可参见附图1和2。然后将多晶硅片放入配好反应液的制绒槽l中，再将制绒槽l放置于磁场中，在磁场条件下，磁场强度保持在010T，加热反应20分钟；多晶硅片在碱性溶液反应结束后，常温下在0.5%5%的分析纯氢氟酸溶液中清洗反应5-10分钟，分别采用磁场下碱液加热和常温酸液生长模式制备太阳电池绒面。本发明的特点是在磁场中制备多晶硅太阳能电池绒面，本发明方法中以多晶硅片为原料，电子纯的氢氧化钠或氢氧化钾、乙醇或异丙醇、电子纯的硅酸钠为反应物，分析纯的氢氟酸，在磁场的作用下，使制绒槽内的硅片表面制备均匀的绒面，即生长均匀致密的"金字塔"。本发明方法能快速制备高质量、低反射率的"金字塔"绒面，并能及时除去硅片表面的气泡，适合致密、均匀"金字塔"绒面的制作。用本发明方法制备的绒面致密，表面反射率低，陷光效果增加，有效提高了太阳能电池的光电转化效率，能保证制备的多晶硅太阳能电池绒面质量的稳定。现结合附图对本发明做进一步描述将多晶硅片经过去离子水超声清洗后，然后放入图1所示的制绒槽1内的样品架2上进行绒面制备，同时整个制绒槽装置放置于图2所示的强磁场装置内壁9中进行，并且样品架2在超导磁铁线圈7的中间位置，超导磁场连续可调。如图1和图2所示，样品架2放置于制绒槽1中，加热器3输出功率连续可调，与热电偶4组合可精确控制制绒槽1中溶液的温度。采用多晶硅片为原料，电子纯的氢氧化钠或氢氧化钾、乙醇或异丙醇和电子纯硅酸钠为反应物。上述原料在各实施例中的浓度如下表所示，热电偶4置于加热器3下方，通过控制器5将溶液温度稳定在士rc之间。整个过程都在强磁场冷却装置10中进行的，磁场强度保持在010T，适当调节超导磁铁线圈7获得合适的磁场强度，使得多晶硅绒面的制备顺利进行。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>对通过上述各实施例制得的多晶硅绒面样品采用光学显微镜观察，绒面"金字塔"致密且均匀。通过分光光度计进行绒面反射率测量，其反射率低于8%。制成太阳能电池后，测量表明光电转换效率可以提高5%以上，表明该方法制备的多晶硅太阳能电池绒面为高质量的绒面。权利要求1.一种磁场下制备多晶硅太阳能电池绒面的方法，其特征在于采用磁场下化学腐蚀的方法在多晶硅片表面生长致密均匀的绒面，该方法具有以下工艺步骤a.将多晶硅片放入配好反应液的绒面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器放置于磁场中，所述反应液的配比为氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05％～15％，乙醇或异丙醇的质量百分数为5％～25％，硅酸钠的质量百分数为0.05％～3％；反应液的温度保持在65℃～90℃；b.多晶硅片在碱性溶液反应结束后，常温下在质量百分数0.5％～5％的氢氟酸溶液中清洗5～10分钟；c.磁场施加于制备多晶硅太阳能电池绒面的整个阶段，磁场强度保持在0～10T，绒面制备时间15～45分钟。2、根据权利要求l所述的磁场下制备多晶硅太阳能电池绒面的方法，其特征在于所述的反应液配比为氢氧化钠质量百分数1.5%，乙醇质量百分数10%，硅酸钠质量百分数0.2%，溶液温度为85'C;氢氟酸质量百分数为1.5%。全文摘要本发明公开了一种磁场下多晶硅太阳能电池高效绒面的制备方法，具有以下工艺步骤首先，将多晶硅片放入配好反应液的绒面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器放置于磁场中，反应液的配比为氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05％～15％，乙醇或异丙醇的质量百分数为5％～25％，硅酸钠的质量百分数为0.05％～3％；反应液的温度保持在65℃～90℃。其次，多晶硅片在碱性溶液反应结束后，常温下在0.5％～5％的氢氟酸溶液中清洗5-10分钟。最后，磁场施加于多晶硅太阳能电池绒面制备的整个阶段，磁场强度保持在0～10T，绒面制备时间10～45分钟。文档编号H01L21/02GK101369613SQ20081020129公开日2009年2月18日申请日期2008年10月16日优先权日2008年10月16日发明者苏青峰申请人:张根发