专利名称：用于制造太阳能电池光阳极的方法及其产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及微纳加工领域，更具体地，涉及一种用于制造微纳结构的太阳能光阳极的方法及其产品。
背景技术：
纳米线自从上世界九十年代被发现以来，立刻引起了全世界科学家的注意，成为世界科学界广泛研究的热点。纳米线是典型的一维纳米材料，由于其具备小尺度效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，它在光、电、磁、热、力学、机械等性能方面表现出与传统块状材料的不同的卓越性能。当纳米线与微米结构相结合时，更会表现出很多奇异的特性，如非常好的光吸收特性、超疏水特性等，因此可用于制造太阳能电池、超疏水表面结构、传感器等，并广泛应用于微电子、生物材料、国防等领域。作为现有的微纳加工方法，通常的方法包括光刻、反应离子刻蚀、化学气相沉积等。然而，这些方法存在以下缺陷工艺装备复杂、工艺条件苛刻、制造成本高，不利于大规模生产。因此，开发出高效、低成本的微纳结构制造方法，对于工业生产具有非常重要的意义。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于制造微纳结构的太阳能电池光阳极的低成本方法及其产品。按照本发明的一个方面，提供了一种用于制造太阳能电池光阳极的方法，该方法包括(1)在单晶硅片上涂布光刻胶，并通过光刻工艺将掩膜上的微尺度图案转移到光刻胶上；(2)通过镀膜工艺在整个单晶硅片上镀上银膜；(3)清洗以去除光刻胶；(4)采用氟化氢和H2A的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片进行金属催化刻蚀，由此在单晶硅片上获得微柱结构或微孔结构；(5)对单晶硅片上残留的金属银膜进行清洗处理；(6)采用氟化氢和AgNO3W混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片再次进行金属催化刻蚀，由此在单晶硅片上形成纳米线结构；以及(7)清洗硅片，去除上述第二次刻蚀过程所形成并残留在硅片表面的银，由此形成纳米结构和微米结构相结合的太阳能电池光阳极。作为进一步优选地，所述镀膜工艺包括磁控溅射、电子束蒸发、电镀工艺等。作为进一步优选地，通过上述步骤(2)所形成的银膜的厚度为IOnm lOOnm。在此范围内，金属催化刻蚀反应能够更有效地进行。
作为进一步优选地，通过步骤(4)所形成的微柱或微孔结构的直径为1 100微米。研究表明，此范围内的柱/孔尺寸能够使制得的光阳极具备更高的光电转换效率。作为进一步优选地，所述氟化氢和H2O2的混合溶液中，氟化氢的质量百分比为 5% 40%，H2O2的质量百分比为0. 5%。作为进一步优选地，所述氟化氢和AgNO3的混合溶液中，氟化氢的浓度为2 20mol/L, AgNO3 的浓度为 0. 01 0. 05mol/L。作为进一步优选地，在步骤(7)之后，还包括对硅片解开团簇的处理；所述解开团簇的处理为使用浓度为5 % 50 %的KOH或NaOH溶液清洗硅片。按照本发明的另一方面，还提供了按照上述制造方法所获得的太阳能电池光阳极产品。按照本发明的另一方面，还提供了包括由上述制造方法所获得的光阳极的太阳能电池。金属催化腐蚀的微纳加工方法是一种制备条件温和、设备简单、合成迅捷的硅纳米线阵列及硅微孔、微柱阵列的制备技术，本发明使用这种金属催化腐蚀的工艺制备出纳米线和微孔或微柱阵列相结合微纳结构，可以作为光电转换效率可观的太阳能电池光阳极，为高效率、低成本太阳能电池的制备提供了一种解决方案。
图1为按照本发明的实施例一所制得的产品结构示意图；图2为按照本发明的实施例二所制得的产品结构示意图；图3为按照本发明的制造方法的工艺流程方框图。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件或结构，其中1 纳米线阵列2 微柱阵列3 微孔阵列
具体实施例方式以下结合附图对本发明进行具体描述。实施例一参见图1和图3，图1是按照本发明的实施例一所制得的产品结构示意图，图3是按照本发明的制造方法的工艺流程方框图。如图3和图1中所示，本实施例中制造太阳能电池光阳极的方法包括下列具体步骤(a)在经过表面清洁处理后、作为太阳能电池光阳极基体的单晶硅片上旋涂 AZ5214光刻胶，并通过光刻工艺将掩膜上的微尺度图形也即结构为微米量级的图形转移到光刻胶上，由此形成微柱阵列的光刻胶图形；此处的微柱阵列即微米量级的柱形阵列结构；(b)在形成有上述微柱阵列的单晶硅片上，采用适当的镀膜工艺例如电子束蒸发或磁控溅射工艺整体镀上一层30nm厚的银膜；(c)使用丙酮超声清洗硅片lOmin，由此将光刻胶去除；(d)采用氟化氢和H2A的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片进行金属催化刻蚀，由此腐蚀出硅微柱阵列结构也即微米量级的柱形阵列结构，所述混合溶液中，氟化氢(HF)和H2O2的质量百分比分别为10%和0.6% ；(e)使用质量分数为69%的浓硝酸清洗硅片，去除表面残留的金属银膜；(f)采用氟化氢和AgNO3的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片再次进行金属催化刻蚀，由此在单晶硅片上腐蚀出硅纳尺度结构也即纳米线阵列，所述混合溶液中，氟化氢(HF) 为 5. Omol/L，AgNO3 为 0. 02mol/L ；(g)使用质量分数为69%的浓硝酸清洗硅片，去除上述第二次刻蚀过程中的化学反应所形成并残留在硅片表面的银；以及(h)使用质量分数为10%的KOH溶液清洗硅片，解开硅纳米线阵列可能发生的团簇，由此形成了纳米结构和微米结构相结合的太阳能电池光阳极。实施例二参见图2和图3，图2是按照本发明的实施例二所制得的产品结构示意图。其具体制造工艺包括(a)在经过表面清洁处理后的单晶硅片上涂布AZ5214光刻胶，并通过光刻工艺将掩膜上的微尺度图案转移到光刻胶上，光刻胶图形为微孔阵列也即微米量级的孔型阵列结构；(b)通过磁控溅射工艺在整个单晶硅片上镀上30nm银膜；(c)使用丙酮超声清洗硅片lOmin，将光刻胶去除；(d)采用氟化氢和H2A的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片进行金属催化刻蚀，由此腐蚀出硅微孔阵列结构也即微米量级的微孔阵列结构，所述混合溶液中，氟化氢和H2A 的质量百分比分别为10%和0. 6% ；(e)使用质量分数为69%的浓硝酸清洗硅片，去除表面残留的金属银膜；(f)采用氟化氢(HF)和AgNO3的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片再次进行金属催化刻蚀，由此在单晶硅片上腐蚀出硅纳尺度结构也即纳米线阵列，所述混合溶液中，氟化氢(HF)为 10. Omol/L, AgNO3 为 0. 04mol/L ；(g)使用质量分数为69%的浓硝酸清洗硅片，去除上述第二次刻蚀过程所形成并残留在硅片表面的银；以及(h)使用质量分数为20%的NaOH溶液清洗硅片，解开硅纳米线阵列可能发生的团簇，由此形成了纳米结构和微米结构相结合的太阳能电池光阳极。本领域的技术人员容易理解，本发明不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种用于制造太阳能电池光阳极的方法，该方法包括(1)在单晶硅片上涂布光刻胶，并通过光刻工艺将掩膜上的微尺度图案转移到光刻胶上；(2)通过镀膜工艺在整个单晶硅片上镀上银膜；(3)清洗以去除光刻胶；(4)采用氟化氢和H2A的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片进行金属催化刻蚀，由此在单晶硅片上获得微柱结构或微孔结构；(5)对单晶硅片上残留的金属银膜进行清洗处理；(6)采用氟化氢和AgNO3的混合溶液作为刻蚀剂，对单晶硅片再次进行金属催化刻蚀， 由此在单晶硅片上形成纳米线结构；以及(7)清洗硅片，去除上述第二次刻蚀过程所形成并残留在硅片表面的银，由此形成纳米结构和微米结构相结合的太阳能电池光阳极。
2.如权利要求1所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，所述镀膜工艺包括磁控溅射、电子束蒸发或者电镀工艺。
3.如权利要求1或2所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，通过步骤 ⑵所形成的银膜的厚度为IOnm lOOnm。
4.如权利要求1-3任意一项所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于， 通过步骤(4)所形成的微柱或微孔结构的直径为1 100微米。
5.如权利要求1-4任意一项所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于， 所述氟化氢和H2A的混合溶液中，氟化氢的质量百分比为5% 40%, 的质量百分比为 0. 5%。
6.如权利要求1-5任意一项所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于， 所述氟化氢和AgNO3的混合溶液中，氟化氢的浓度为2 20mol/L，AgNO3的浓度为0. 01 0.05mol/L。
7.如权利要求1所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，在步骤(7)之后，还包括对硅片解开团簇的处理。
8.如权利要求7所述的用于制造太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，所述解开团簇的处理为使用浓度为5 % 50 %的KOH或NaOH溶液清洗硅片。
9.一种太阳能电池光阳极，由按照权利要求1-7任意一项所述的方法而制得。
10.一种太阳能电池，包括如权利要求9所述的太阳能电池光阳极。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造太阳能电池光阳极的方法及其产品，该方法包括(1)在单晶硅片上涂布光刻胶并通过光刻将掩膜上的微尺度图案进行转移；(2)通过镀膜工艺镀上银膜；(3)清洗以去除光刻胶；(4)采用氟化氢和H2O2的混合溶液作为刻蚀剂进行金属催化刻蚀，由此形成微柱或微孔结构；(5)对单晶硅片上残留的金属银膜进行清洗处理；(6)采用氟化氢和AgNO3的混合溶液作为刻蚀剂再次进行金属催化刻蚀，由此形成纳米线结构；以及(7)清洗硅片，去除第二次刻蚀过程所形成并残留在硅片表面的银。按照本发明，可以获得纳米线和微孔或微柱阵列相结合的微纳结构，并具备高效率、低成本，适宜太阳能电池大批量生产的特点。
文档编号H01L31/0224GK102447011SQ20111042163
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者史铁林, 孙博, 廖广兰, 盛文军, 高阳 申请人:华中科技大学