[發(fā)明專利]金屬銅離子輔助刻蝕制備黑硅的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210234331.2
• 申請日: 2012-07-06
• 公開（公告）號: CN102768951A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王申;虞棟;鄒文琴;張鳳鳴;吳小山
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種金屬離子輔助刻蝕制備黑硅的方法，特別涉及利用金屬銅離子輔助刻蝕對單晶硅或多晶硅表面進(jìn)行織構(gòu)化處理的方法，屬于半導(dǎo)體光電子材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自1954?年實(shí)用型光伏電池問世至今，晶硅光伏電池由于其原材料儲量極其豐富、器件性能穩(wěn)定，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了光伏電池總產(chǎn)量的90%?以上。如何進(jìn)一步降低硅基光伏電池的發(fā)電成本，使之成為具有成本競爭優(yōu)勢的可再生能源，具有十分重要的意義。

對晶硅的表面進(jìn)行織構(gòu)化處理形成黑硅，可以極大的降低硅表面其吸收波段的光的反射損失，增強(qiáng)光伏器件對入射光的吸收，從而提高硅基光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到進(jìn)一步降低光伏發(fā)電成本的目的。因此對于黑硅的研究成為了人們所關(guān)注的熱點(diǎn)問題，其制備技術(shù)及相關(guān)研究也受到了廣泛的關(guān)注。

到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)展出了多種有關(guān)黑硅的制備技術(shù)。Henri?Jansen等發(fā)展的反應(yīng)離子束刻蝕方法具有方向性和選擇性較好，刻蝕速率較高，刻蝕圖形精度較高的優(yōu)點(diǎn)。Mazur和他的小組發(fā)展的飛秒激光脈沖的方法也具有制備黑硅快速，并且一次成型的優(yōu)點(diǎn)。但是上述的兩種方法對于設(shè)備與工藝的要求都比較苛刻，并不利于應(yīng)用在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。

為了滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，人們也嘗試?yán)酶鞣N化學(xué)刻蝕的方法制備黑硅材料。Charlton等人利用電化學(xué)刻蝕的方法成功的制備了反射率在5%以下的黑硅，但是其有效范圍僅在450~650nm的波段范圍內(nèi)。Dinesh等人利用不需電極的金、銀、鉑等貴金屬輔助刻蝕法成功的在硅表面制備的2微米長的納米線陣列，將反射率有效的降低到了5%以下。相比之前的制備工藝，采用金屬輔助刻蝕的方法制備黑硅具有制備工藝簡單，速度較快，減反效果較好，可大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上滿足了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

然而，現(xiàn)行的金屬輔助刻蝕法制備黑硅的主流工藝中要求使用鉑、金、銀等貴金屬，不僅成本較高，貴金屬還不易清洗干凈，在后續(xù)的工藝中會因?yàn)橘F金屬離子的殘留而將雜質(zhì)引入光伏器件中，降低光伏器件的轉(zhuǎn)換效率。此外，表面具有納米線結(jié)構(gòu)的黑硅材料也不利于制備光伏器件。例如，納米線結(jié)構(gòu)不利于光生載流子的收集，不易利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其上制備接觸良好的金屬電極等。

因此，要將金屬輔助刻蝕制備黑硅的方法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中還需克服很多問題，如何降低制備成本，避免金屬雜質(zhì)殘留，黑硅材料的表面微結(jié)構(gòu)可以有效的收集光生載流子，并且能夠與現(xiàn)行的硅基光伏電池生產(chǎn)工藝對接等。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種利用金屬銅離子輔助刻蝕制備黑硅的方法。能夠極大的降低金屬輔助刻蝕制備黑硅的成本，并且有效避免金屬雜質(zhì)的殘留。硅片表面的納米結(jié)構(gòu)為均勻的納米孔洞，易與后續(xù)的擴(kuò)散與絲網(wǎng)印刷技術(shù)對接。產(chǎn)品能有效控制其吸收波段和反射率，從而能提高硅基太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：采用金屬銅離子輔助刻蝕制備黑硅的方法，包括如下步驟

（1）配置腐蝕溶液，所述的腐蝕溶液為氫氟酸、過氧化氫以及硝酸銅所組成的混合溶液；?

（2）將單晶或多晶硅片置于含有金屬銅離子的腐蝕溶液中，控制腐蝕溶液溫度以及反應(yīng)時間；

（3）將反應(yīng)完成的硅片取出用氧化性酸液清洗，以去除金屬殘留，再用去離子水清洗烘干，得到黑硅材料。

所述步驟（1）中所述的腐蝕溶液為氫氟酸、過氧化氫和硝酸銅所組成的混合溶液，其中氫氟酸的濃度為2?~?6?mol/L，過氧化氫濃度為2?~?7?mol/L,?硝酸銅濃度為0.01~0.2?mol/L。

所述步驟（2）中所述的金屬銅離子輔助刻蝕反應(yīng)的溫度為5-70?℃，離子刻蝕反應(yīng)時間為15-240分鐘。

所述步驟（3）中所述清洗步驟可以反復(fù)進(jìn)行，酸清洗采用硝酸、濃硫酸或鹽酸與過氧化氫的混合溶液清洗，以完全去除金屬殘留。