[發明專利]具有疏水性的硅表面陷光結構制備方法

有效

• 申請號: 201010551140.X
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN102102227A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 李美成;任霄峰;齊哲
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;C23C18/44;C23F1/24;H01L31/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，特別涉及在太陽能電池制備中的一種具有疏水性的硅表面陷光結構制備方法。具體涉及硅表面減反射陷光結構制備工藝的貴金屬納米粒子催化刻蝕工藝技術。

背景技術

硅太陽能電池由于原料來源廣泛，成本較低，占據著太陽能電池市場的主導地位。降低成本和提高轉換效率是太陽電池研究的重點方向。減少電池受光面上入射陽光的反射是提高太陽能電池的光電轉換效率的手段之一。常用的減反射措施主要有采用傳統方法刻蝕硅襯底、在硅襯底表面或電池的受光面制備TiOx(x≤2)、SiNx等減反射膜等。這些方法一般需要復雜設備、操作成本較高。采用貴金屬納米粒子催化刻蝕技術利用電鍍、化學鍍、蒸鍍或自組裝等手段在硅片表面沉積一層納米級或亞微米級厚度的均勻分布、非連續的貴金屬粒子層，在含HF的溶液中刻蝕硅。這種技術由于是常溫下濕法化學刻蝕，不需要復雜的設備，可重復性好，成本較低，能與傳統的太陽能電池工藝兼容，易于與工業化大生產相結合；相對于傳統的酸、堿濕法化學刻蝕技術，它的操作更簡單，加工時間短，不需加熱，減反射效果更好，而且對單晶硅、多晶硅以及硅薄膜均適用，因此具有明顯的優勢，開發簡單、高效的貴金屬納米粒子催化刻蝕硅制備表面陷光結構的技術具有現實的應用價值。

發明內容

本發明的目的是提出一種具有疏水性的硅表面陷光結構制備方法，其特征在于，采用銀鏡反應鍍覆貴金屬納米粒子方法來進行貴金屬納米粒子的催化刻蝕；具體步驟如下：

a.清洗硅片：利用熱次氯酸鈉溶液，氧化表面的油污污染物，利用HF去除氧化的油污污染物，再用去離子水或超純水沖洗，最后得到清潔的硅表面；所用水電阻率必須在16Ω·cm以上；

b.堿性溶液腐蝕：對于(100)硅片，用由1wt％的KOH和8％vol異丙醇組成的堿性腐蝕劑在80℃水浴中腐蝕30～60min，刻蝕出表面的金字塔絨面；

c.銀鏡反應鍍銀：先在反應容器中滴入硝酸銀溶液，濃度控制在1wt％-2wt％之間，再逐漸滴加濃度在2wt％的氨水，PH控制在8-9之間，并不斷震蕩，直至所產生的沉淀恰好消失；再滴加幾滴葡萄糖或乙醛溶液，放入50-80℃的水中，會觀察到一層銀鍍覆在硅片上；

d.采用貴金屬納米粒子催化刻蝕：把鍍銀后的硅片在酸性腐蝕劑中浸泡，會看到氣泡的產生，如果不鍍銀，放置于酸性腐蝕劑中的(100)和(111)取向的單晶硅片表面都沒有氣泡產生，無腐蝕效果；

e用超聲清洗方法去除表面的殘留的銀，再用硝酸20-40wt％濃度浸泡30min，徹底去除殘留在絨面中的銀，然后用去離子水沖洗干凈，可觀察到表面有發黑現象；制備出的硅表面陷光結構，在380nm到780nm的可見光波段發射率降到了5％的水平；

f.抽真空干燥，干燥器中保存。

所述葡萄糖的濃度在5wt％-10wt％之間，乙醛的濃度在15wt％-25wt％之間，以保證反應的劇烈程度及腐蝕效果的控制。

所述步驟d采用貴金屬納米粒子催化刻蝕中的酸性腐蝕劑采用無水乙醇∶49％氫氟酸∶30％過氧化氫＝1∶1∶1的體積比，以保證腐蝕均勻性及陷光結構的減反射性能。

所述硅片為(100)或者(111)取向單晶硅片，其電阻率在8～13Ω·cm。

本發明的有益效果是采用本發明的方法制備出的硅表面陷光結構，在380nm到780nm的可見光波段發射率降到了5％的水平。而且，對(100)硅片表面的接觸角測試達到110度，具有了較好的超疏水性能，為提高硅及硅薄膜太陽能電池的效率提供了新的技術手段，為太陽能電池的穩定、高效應用提出了新思路。本發明簡化貴金屬納米粒子鍍覆的工藝過程、保持常溫濕法刻蝕的特征，獲得硅表面的更高減反射效果。

附圖說明

圖1是在(100)Si襯底上采用堿性腐蝕劑刻蝕35分鐘后得到的金字塔結構表面。

圖2是在(100)Si襯底上采用銀鏡反應鍍銀，進行貴金屬納米粒子催化刻蝕35分鐘前后的減反射效果，刻蝕后在可見光區的反射率低于5％。

具體實施方式

本發明提出一種具有疏水性的硅表面陷光結構制備方法。下面結合附圖和實施例對本發明予以進一步說明。

實施例

1.采用電阻率為7～13Ω·cm的(100)單晶片或電阻率為8～13Ω·cm的(111)單晶片，放于質量分數為12％次氯酸鈉溶液中，80℃水浴15min；采用去離子水沖洗1min；然后在質量分數為5％的氫氟酸中常溫浸泡2min；用電阻率在16Ω·cm以上的去離子水沖洗2min，真空干燥；