一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构及其制备方法

本发明涉及晶体硅太阳电池制备领域，具体而言，涉及一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构及其制备方法。

背景技术：

1、当今世界能源短缺和环境污染问题日益严重，太阳电池发电是解决这两个问题的有效途径之一。太阳电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能转换为电能的器件，具有长久性、清洁性和灵活性等优点，是一种大有前途的新型电源。晶体硅材料因具有优良的半导体材料特性、元素含量丰富、化学性能稳定、无环境污染等特点，已成为最理想且占主导地位的太阳电池材料。

2、对于以晶体硅片(包括多晶硅片和单晶硅片)为基底的晶体硅太阳电池来说，成本占比最高的部分是硅片，所以降低硅片的制造成本对于提高太阳能对传统能源的竞争力至关重要。硅片的切割加工主要分为游离砂浆切割和固结金刚石线切割两种方式，这两种切割方式所得硅片表面形貌差异较大。游离砂浆切割的硅片表面结构分布较均匀，呈现各向同性的特点；而固结金刚石线切割晶硅片表面的结构分布不均匀，以小深孔损伤为主且并不连贯，而且表面存在较多的光滑切割纹(约占据硅片表面积的66％)。但鉴于固结金刚石线切割技术具有切割效率高、成本低等优势，近年来已逐渐取代传统的游离砂浆切割技术，成为目前产业界硅片加工的主要切割方式。

3、将硅片制作成太阳电池，是实现光电转换最为核心的步骤。传统工业化生产晶体硅太阳电池的工艺主要包括以下几个步骤：(1)绒面制备；(2)磷扩散；(3)生长减反射膜；(4)丝网印刷前后电极及烧结。其中，绒面制备的目的是为了减少硅片表面对光的反射率，增加光线吸收的机会，从而提高太阳光的利用率。所以，绒面制备的效果将直接影响太阳电池光电转换效率。但根据相关研究结果显示：固结金刚石线切割的晶体硅片，其表面分布小深孔损伤的区域为晶体硅相，而分布光滑切割纹的区域为致密的非晶硅相结构。致密的非晶硅相相比晶体硅相，其化学反应活性明显更低。这导致采用化学腐蚀液在硅片表面制备绒面时，各个区域的反应速率差异较大，即形成的绒面结构不均匀。

4、近年来，国内外关于金刚石线切割晶体硅片的制绒问题研究方兴未艾。其中，金属辅助化学腐蚀法凭借其方便操作、低功耗、简单且经济的设备、高制备精度以及明显提升的电池效率等优点受到国内外广泛关注。金属辅助化学腐蚀法主要包括硅片表面碱液抛光、沉积银、挖孔、扩孔等步骤，形成的微纳米绒面结构能起到很好的陷光效应，有利于提高光电流，提升太阳电池的光电转换效率绝对值0.4％-0.6％。

5、在金属辅助化学腐蚀法中，催化剂银颗粒的运动状态是制备硅微纳米结构的关键，但其沉积的均匀性容易受硅晶片表面形貌结构的影响。当利用碱液抛光金刚石线切割多晶硅片时，由于硅片表面损伤区及光滑区与碱液反应速率不一致导致其抛光面不均匀，进而影响了后续银颗粒沉积的均匀性，最终导致了如下问题：①后续清洗制绒工艺复杂且控制不稳定；②微纳米绒面结构的均匀度较差，使短路电流(isc)、开路电压(uoc)减小；③妨碍后续丝网印刷等电池工艺的效果，使填充因子(ff)减小、串联电阻(rs)增加；④太阳电池的光电转换效率(eta)降低。因此，要想在金刚石线切割晶体硅片表面制造出均匀度较好的绒面结构，其研究重点和难点在于改善金属辅助化学腐蚀前硅片表面状态的均一性、提高硅片表面经碱液腐蚀后的平整度及均匀性。

6、为了在金刚石线切割硅片表层获得均一且陷光作用良好的绒面结构，需要预先对硅片表层的化学活性进行改善，使得硅片表面各处的化学活性更加接近，从而调控太阳电池的绒面结构的均一性，然而，目前市面上并没有能够提供具有均一且陷光作用良好的绒面结构及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构的制备方法，以解决常规制备。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：高温预处理：将硅片置于高温退火炉中，通入保护气氛，然后将高温退火炉升温至500-600℃并保温处理，随后自然冷却至室温取出硅片；

4、硅片表面经过该过程的处理后，其局部区域的致密非晶硅原子结构发生重排，转变成其他晶相的硅结构，导致表面的化学反应活性得到提高。

5、s2：化学腐蚀：包括以下步骤，

6、a.在10％的koh溶液中，放入所述步骤s1处理后的硅片，进行化学腐蚀，得到抛光硅片；

7、b.将所述步骤a得到的抛光硅片置于银沉积溶液中进行沉积，使得硅片表面均匀沉积一层银颗粒；所述银沉积溶液为含3％hf、1.8％h2o2、0.02％agno3的水溶液；

8、c.将所述步骤b沉积后的硅片置于挖孔溶液中进行挖孔处理，在此溶液中银颗粒与硅反应，在硅片表面向下形成均匀的纳米孔洞；所述挖孔溶液为含10％h2o2、5％hf的水溶液；

9、d.将所述步骤c挖孔后的硅片置于脱银溶液中进行脱银处理，所述脱银溶液为15％hno3的水溶液；

10、e.将所述步骤d脱银处理后的硅片浸入扩孔溶液中进行扩孔处理，所述扩孔溶液为含3％hf、25％hno3的水溶液；

11、f.将所述步骤e扩孔处理后的硅片进行浸入清洗溶液中进行清洗处理，所述清洗溶液为：含8％hf、10％hcl的水溶液，即得到针对晶体硅太阳电池的绒面结构。

12、上述步骤通过硅片高温预处理与金属辅助化学腐蚀相结合的方式，将能在金刚线切割硅片表面获得均匀的绒面结构，其中绒面结构均匀性的改善将能进一步降低硅片表面对可见光的反射率，并有利于提高晶体硅太阳电池的光电转换效率。

13、作为优选的方案，所述步骤s1中，所述保温处理的时间为30min-60min。

14、作为优选的方案，所述步骤a中，所述化学腐蚀的溶液温度为70-80℃，腐蚀时间为250-300秒。

15、作为优选的方案，所述步骤b中，所述沉积的反应条件为：反应温度：25-30℃，反应时间：150-180秒。

16、作为优选的方案，所述步骤c中，所述挖孔处理的反应条件为：反应温度：35℃，反应时间：300-350秒。

17、作为优选的方案，所述步骤d中，所述脱银处理的条件为：在室温下反应3分钟。

18、作为优选的方案，所述步骤e中，所述扩孔处理的条件为：处理时间：100-120秒，处理温度：8-10℃。

19、作为优选的方案，所述步骤f中，所述清洗处理的条件为：在室温下反应300秒。

20、本发明一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构的制备方法，将着力采用高温预处理结合金属辅助化学腐蚀的方法，在晶体硅片表面制备一种均匀的微纳米绒面结构，相比传统的金属辅助化学腐蚀法，该微纳米绒面结构的均匀性将能明显得到提高，从而能起到很好的陷光效应，并进一步提高太阳电池的光电转换效率。其中高温预处理的目的主要是促使硅片表面局部区域的致密非晶硅层在高温下发生相变，转变成活性更强的其他晶相的硅结构，提高其在刻蚀制绒过程中的化学反应活性，达到调控太阳电池绒面结构。

21、本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构，以解决常规绒面结构不均匀、陷光作用一般的问题。

22、为了解决上述问题，本发明还提供了一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构，所述绒面结构由上述制备方法制备而得。

23、通过本发明一种针对晶体硅太阳电池的绒面结构的制备方法，使得晶体硅太阳电池绒面结构得到明显改善，其表层对可见光的反射率绝对值将得到明显降低，相比没有经过高温预处理而直接通过金属辅助化学腐蚀的硅片，其表面反射率得到降低，并由此提升太阳电池的光电转换效率，且表面绒面结构均匀，具有较高的推广价值。