本发明属于多晶硅太阳能电池表面结构处理领域，具体涉及一种砂浆切割的多晶硅片的表面金字塔绒面的刻蚀方法。
背景技术：
由于化石能源的日益枯竭，急需寻找替代能源来满足社会发展需求。以光伏行业为主的新能源产业以其无污染、产量巨大等优点越来越被人们所重视，尤其是近几年太阳能电池产业取得了飞速的发展。但是在商业化的太阳能电池的产品中，晶硅(单晶、多晶、微晶)太阳能电池所占的市场份额最大，接近90％的市场占有率，由于多晶硅太阳能电池的材料来源广泛，制造成本较低，因此，多晶硅太阳能电池技术已经远远超过了单晶及微晶太阳能电池。综上所述，提高多晶硅太阳能电池的效率对于解决能源危机和环境污染具有及其重要的战略意义。
提高多晶硅太阳能电池的方法有多种，而在多晶硅表面刻蚀减反射绒面结构则是一种最为简单和有效的方式，各种各样的减反射绒面可以有效地降低太阳电池的表面反射率，增加光吸收，进而提高光电转化效率。
为了在晶体硅太阳能电池表面获得好的绒面结构，以达到较好的减反射效果，人们尝试了许多方法，形成了以酸液或碱液为主的湿法刻蚀和以机械加工为主的干法刻蚀。常用的包括机械刻槽法、激光刻蚀法、反应离子刻蚀法(rie)等。尽管干法刻蚀可以得到较低的表面反射率，但是该方法造成硅片表面的机械损伤比较严重，其成品率相对较低，而且干法刻蚀的过程较为复杂导致其经济性差。
由于多晶硅表面晶向的不同，导致简单的碱刻蚀无法在多晶硅表面形成均一、致密的绒面结构。而酸刻蚀形成的坑状绒面又无法起到很好降低反射率的效果。因此，寻找一种简单、操作方便的刻蚀方法在多晶硅表面刻蚀出致密、大小均一的绒面结构具有重要的意义。
技术实现要素：
针对以上的问题，本发明提供了一种多晶硅片的表面金字塔绒面的刻蚀方法，简单、方便，成本低廉，将酸法和碱法组合进行，成功的在多晶硅表面刻蚀出金字塔绒面，明显的提高了多晶硅表面的光吸收能力。
技术方案：为了实现上述目的，本发明一种多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法，包括以下步骤：
多晶硅片表面清洗及损伤层去除：将所述多晶硅片用去离子水清洗后置于一定浓度的hf中进行表面机械损伤层去除；
多晶硅片表面酸刻蚀：配置酸刻蚀液，将配置好的所述酸刻蚀液放置在冰浴下一段时间，然后将所述多晶硅片漂浮在酸刻蚀液表面刻蚀一段时间，刻蚀完成后清洗；
多晶硅片表面碱刻蚀：配置碱刻蚀液，将配置好的所述碱刻蚀液放置在水浴锅一段时间，然后将酸刻蚀后的所述多晶硅片浸入碱刻蚀液中刻蚀一段时间；
硅片清洗：待碱刻蚀完成，将所述多晶硅片用一定浓度的hf进行清洗之后再用去离子水进行清洗。
上述方案中，所述损伤层去除中hf的浓度为5％，所述多晶硅片在酸刻蚀液中的在hf溶液中的轻度刻蚀时间为2～3min。
上述方案中，所述酸刻蚀液为hf和hno3的混合液；hf和hno3的体积比为hf(40％)：hno3(65-68％)＝1：5。
上述方案中，所述酸刻蚀液放置在冰浴的时间为15min，所述多晶硅片在酸刻蚀液中的刻蚀时间为2min。
上述方案中，所述碱刻蚀液为0.5mol/l的naoh溶液。
上述方案中，所述碱刻蚀液在50℃的水浴锅中放置的时间为20～30min，所述多晶硅片在碱刻蚀液中的刻蚀时间为25～40min。
上述方案中，所述多晶硅片在碱刻蚀液中的刻蚀时间为40min。
上述方案中，所述多晶硅片碱刻蚀完成后用浓度为5％～8％的hf进行清洗。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明中多晶硅片对酸刻蚀没有选择异向性，所以经过酸刻蚀之后，硅片表面覆盖大量的腐蚀坑，而这些腐蚀坑之间的棱角为碱液刻蚀出金字塔绒面提供了成核条件，随着多晶硅片在碱刻蚀液中时间的延长，多晶硅表面刻蚀出形貌较好的金字塔绒面，当多晶硅片在碱液中的刻蚀时间为40min时，多晶硅表面被大量的金字塔所覆盖。
2.本发明结合现有的酸刻蚀以及碱刻蚀技术经过大量的实验得出多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法，采用第一酸刻蚀液刻蚀硅片表面，形成坑状绒面，清洗后进一步采用碱刻蚀液中进行金字塔结构刻蚀，最终得到了更适用于晶体硅太阳能电池的金字塔绒面结构。经测试，在波长为300nm～1000nm的太阳光内，本发明制备得到的多晶硅表面的平均反射率为11％，且制备的完整的多晶硅太阳能电池效率也接近18％。
3.本发明的制备方法简单易行，与现有工业化生产工艺兼容性较好，且无需添加任何添加剂，有效的降低了实验的操作成本。适合于推广应用。
附图说明
图1是根据本发明实施提供的方法在刻蚀40min的条件下所得到的金字塔状绒面结构的低倍扫描电子显微镜照片(标尺为30μm)。
图2是根据本发明实施提供的方法在刻蚀40min的条件下所得到的金字塔状绒面结构的高倍扫描电子显微镜照片(标尺为3μm)。
图3是原始硅片以及采用该方法在刻蚀25min、35min以及40min的条件下所测得的反射率的图片。
图4是根据本发明实施提供的方法在刻蚀25min的条件下所得到的绒面结构的低倍扫描电子显微镜照片(标尺为30μm)。
图5是根据本发明实施提供的方法在刻蚀35min的条件下所得到的绒面结构的低倍扫描电子显微镜照片(标尺为30μm)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。本发明所述多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法，采用酸+碱腐蚀的方法，通过调整刻蚀时间，可以在多晶硅表面刻蚀出形貌较好的金字塔绒面。
本发明所述一种多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法，通过以下步骤实现：多晶硅片表面清洗及损伤层去除、多晶硅片表面酸刻蚀、多晶硅片表面碱刻蚀和硅片的清洗。
多晶硅片表面清洗及损伤层去除：先将所述多晶硅片用去离子水清洗为了去除硅片表面的灰尘和杂物，再者将洗过的多晶硅片用乙醇清洗以去除硅片表面的油污，之后将硅片浸入一定浓度hf中清洗2～3min，以清除硅片表面的机械损伤层，之后用大量去离子清洗多次去除硅片表面残留的hf。其中，清洗硅片的hf浓度为5％，清洗完成之后采用大量的去离子水清洗以便去除过量的hf。
多晶硅片表面酸刻蚀：配置酸刻蚀液，按照体积比hf：hno3＝1：5的比例配置适量的酸液，然后将酸刻蚀液放置在冰浴环境中15min，以降低酸液的温度。将清洗过的硅片漂浮在酸刻蚀液表面进行第一步刻蚀，刻蚀时间为2min。然后将刻蚀后的多晶硅片用浓度为5％的naoh溶液清洗以去除硅片表面残留的酸液，再用大量去离子水清洗，最后用氮气流吹干。其中酸刻蚀液中的hf的浓度为40％，hn03的浓度为65％～68％，刻蚀过程中不添加任何添加剂。
多晶硅片表面碱刻蚀：配置0.5mol/l的naoh溶液作为碱刻蚀液，然后将碱刻蚀液放置在50℃的水浴锅20～30min，以使碱刻蚀液的温度稳定在50℃，之后将酸刻蚀后的硅片浸入碱液中，刻蚀时间为25～40min。
硅片的清洗：待刻蚀完成，先用浓度为5％-8％的hf的清洗去除硅片表面残留的碱液，之后再用去离子水清洗，最后用氮气流吹干。
实施例一：
一种多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法包括以下步骤：
多晶硅片表面清洗及损伤层去除：将多晶硅片切割成1cm2大小，切割好的多晶硅清洗用浓度为5％的hf轻度腐蚀2～3min，进行表面机械损伤层的去除。
多晶硅片表面酸刻蚀：配置体积比为hf：hno3＝1:5的酸刻蚀液，将酸刻蚀液放置在冰浴环境下15min，降低刻蚀液的温度，然后将清洗过的多晶硅片漂浮在酸液表面进行刻蚀，时间为2min，然后将酸刻蚀后的多晶硅片用浓度为5％的naoh溶液清洗以去除硅片表面残留的酸液，再用大量去离子水清洗，最后用氮气流吹干。
多晶硅片表面碱刻蚀：首先配置5mol/l的naoh溶液，将其放置在50℃的水浴锅中20～30min，使其温度达到设定的50℃条件，将酸刻蚀后的多晶硅片浸入碱刻蚀液中刻蚀40min。
硅片的清洗：用5％浓度的hf溶液中清洗刻蚀后的多晶硅片，再用大量的去离子水清洗，完全去除硅片表面残留的酸液或碱液，最后用氮气流吹干。最终形成的硅表面的sem图像如图1和2所示，多晶硅表面被大量的金字塔所覆盖。
实施例二：
一种多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法包括以下步骤：
多晶硅片表面清洗及损伤层去除：将多晶硅片切割成1cm2大小，切割好的多晶硅清洗和用浓度为5％的hf轻度腐蚀2～3min，进行表面机械损伤层的去除。
多晶硅片表面酸刻蚀：配置体积比hf：hno3＝1:5比例的酸刻蚀液，将其放置在冰浴环境下15min，降低刻蚀液的温度，然后将清洗过的多晶硅片漂浮在酸液表面进行刻蚀，时间为2min。最后然后将酸刻蚀后的多晶硅片用浓度为5％的naoh溶液清洗以去除硅片表面残留的酸液，再用大量去离子水清洗，最后用氮气流吹干。
多晶硅片表面碱刻蚀：首先配置5mol/l的naoh溶液，将其放置在50℃的水浴锅中20～30min，使其温度达到设定的50℃条件。将酸刻蚀后的多晶硅片浸入碱刻蚀液中刻蚀25min。
硅片的清洗：用5％浓度的hf溶液中清洗刻蚀后的多晶硅片，再用大量的去离子水清洗，完全去除硅片表面残留的酸液或碱液，最后用氮气流吹干。最终形成的硅表面的sem图像如图4所示。从图中可以看出，多晶硅片在碱刻蚀液中刻蚀25min后，表面的坑状结构的深度减小，但在坑状结构的棱脊上出现小的金字塔核。这是由于碱液对多晶硅的向异性导致的。
实施例三：
一种多晶硅表面金字塔绒面的刻蚀方法包括以下步骤：
多晶硅片表面清洗及损伤层去除：将多晶硅片切割成1cm2大小，切割好的多晶硅清洗和用浓度为5％的hf轻度腐蚀2～3min，进行表面机械损伤层的去除。
多晶硅片表面酸刻蚀：配置体积比hf：hno3＝1:5比例的刻蚀液，将其放置在冰浴环境下15min，降低刻蚀液的温度。然后将清洗过的多晶硅片漂浮在酸液表面进行刻蚀，时间为2min。最后然后将酸刻蚀后的多晶硅片用浓度为5％的naoh溶液清洗以去除硅片表面残留的酸液，再用大量去离子水清洗，最后用氮气流吹干。
多晶硅片表面碱刻蚀：首先配置5mol/l的naoh溶液，将其放置在50℃的水浴锅中20～30min，使其温度达到设定的50℃条件。将酸刻蚀后的多晶硅片浸入碱刻蚀液中刻蚀35min。
硅片的清洗：用5％浓度的hf溶液中清洗刻蚀后的多晶硅片，再用大量的去离子水清洗，完全去除硅片表面残留的酸液或碱液，最后用氮气流吹干。最终形成的硅表面的sem图像如图5所示。从图中可以看出，随着时间的延长，多晶硅表面的金字塔状的核开始长大且相互重叠。
从图1、图3、图4以及图5可以看出，本发明实施提供的方法可在多晶硅表面获得的较好的金字塔绒面且明显的起到了降低反射率的效果。且随着刻蚀时间的变化，多晶硅表面的形貌也发生了变化，在刻蚀时间为25min的条件下，多晶硅表面出现金字塔的核，当时间延长至35min时，金字塔状的核开始长大且变得密集，进一步延长时间至40min，金字塔进一步长大且相互分离。从图3的反射率对比中我们也可以看出，在刻蚀时间为40min时，反射率最低。表明金字塔状结构能够起到很好的降低反射率的效果。此外，本发明方法较现有的其他刻蚀多晶硅的方法要新颖简单且在反应过程中无需添加任何添加剂，有效的降低了实验操作的成本。因此具有良好的应用和发展前景。
以上是对本发明的实施方式的详尽描述，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。