[發明專利]一種單晶硅倒金字塔陣列結構絨面及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201410196601.4
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103952768A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 葉繼春;高平奇;李思眾;楊熹;韓燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;C30B29/06;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 馬莉華;崔佳佳

技術領域

本發明涉微納米加工領域，特別涉及一種單晶硅倒金字塔陣列結構絨面及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球經濟的快速發展，人類對能源的需求日益增大，積極開發新能源成了當今全球的主要課題之一。太陽能作為一種非常重要的可再生清潔能源，已經飛速地走上了世界舞臺，伴隨著光伏產業的崛起，太陽電池帶來的綠色電力正逐漸地改變著人們的生活方式。未來為了加大太陽電池發電在整個電力系統中的比例，必須要進一步降低其生產成本，并提高電池效率。超薄晶硅太陽電池(10μm)可以大大減少原材料成本，并保持較高的光電轉換效率，代表著未來高效太陽電池的發展方向之一?；谠撾姵匚锢砗穸鹊南拗疲瑐鹘y晶硅的制絨方法(3-10μm深度的金字塔結構)顯然無法滿足超薄晶硅太陽電池的需要。納米線、納米柱等硅基微納結構因其具有優異的陷光特性，成為高效陷光領域研究的熱點。然而上述微納米絨面結構會伴隨著非常大的比表面積增加，尤其達到特定抗反射效果的結構其表面積一般是平板硅面積的10倍以上，大大增加了光生載流子在材料表面的復合幾率，導致電池效率的降低。

目前，美國麻省理工學院的研究小組找到了一種新方法，可以在保持高效光電轉換效率的同時，將硅片的厚度減少90％以上，其主要方法就是采用干涉光刻(interference?lithography)以及濕法刻蝕技術在薄硅片上形成“倒金字塔”的陷光結構，且每個倒金字塔形壓槽的底面直徑不超過1微米，深度僅僅為300nm。這種倒金字塔結構使超薄硅晶硅的表面積僅增加70％，光子吸收能力卻堪比30倍厚的傳統硅晶體，可以使c-Si電池的厚度在5-30μm，理論計算和測試數據表明，該電池的光電性能參數可與300μm傳統技術的電池性能相比擬。然而上述基于雙光束干涉的加工工藝流程復雜、成本昂貴，依舊無法適應工業化大規模生產，因此尋找一種廉價、快速、高效的納米倒金字塔刻蝕工藝尤其重要。

目前尚缺乏令人滿意的、廉價快速高效的、能夠適應工業化大規模生產的納米倒金字塔絨面刻蝕工藝，因此，本領域迫切需要開發廉價快速高效的、能夠適應工業化大規模生產的倒金字塔陣列結構絨面的刻蝕工藝。

發明內容

本發明提供了一種廉價快速高效的、能適應工業化大規模生產的單晶硅絨面的制備方法。

在本發明的第一方面，提供了一種單晶硅絨面的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(a)在基片的至少一個主表面上生成聚合物微球單層薄膜，得到基片-聚合物微球單層薄膜；

(b)在所述基片-聚合物微球單層薄膜上生成掩膜層，得到基片-聚合物微球單層薄膜-掩膜層；

(c)除去所述基片-聚合物微球單層薄膜-掩膜層中的聚合物微球，使所述主表面裸露出未覆蓋掩膜的多個單元；

(d)腐蝕未覆蓋所述掩膜的單元，使其形成倒金字塔形壓槽，從而在所述基片的所述主表面上得到倒金字塔陣列結構絨面。

在另一優選例中，所述掩膜層的生成方式包括：濺射、等離子體化學氣相沉積、電子束蒸發、熱蒸鍍、原子束沉積，或其組合。

在另一優選例中，所述掩膜層的厚度為10～80nm，較佳地，所述掩膜層的厚度為20～60nm。

在另一優選例中，利用等離子化學氣相沉積技術生成所述掩膜層的生成溫度為0～120℃，較佳地，為80～100℃。

在另一優選例中，可通過調控腐蝕液濃度和腐蝕時間控制所述倒金字塔壓槽的大小。

在另一優選例中，所述步驟(a)包括：

通過自組裝技術生成單層有序周期排布的聚合物微球薄膜；

將所述聚合物微球薄膜鋪到所述基片的至少一個主表面上。

在另一優選例中，所述自組裝技術包括：表面張力自組裝、靜電自組裝、漂移法、電場誘導自組裝。

在另一優選例中，所述聚合物微球為聚合物納米球，所述聚合物納米球的直徑為50～1000nm。

在另一優選例中，所述聚合物納米球包括：聚苯乙烯納米球、聚甲基丙烯酸甲醋納米球，或其組合。

在另一優選例中，所述聚合物納米球的直徑為200～700nm。

在另一優選例中，所述步驟(a)包括：

提供一表面具有親水性的基片；

通過漂移法生成單層有序周期排布的聚合物微球薄膜；

將所述表面具有親水性的基片放入液面浮有聚合物微球薄膜的溶液，撈取所述聚合物微球薄膜到所述基片的主表面。

在另一優選例中，所述表面具有親水性的基片的制備包括以下步驟：對基片進行活化處理，使所述基片表面具有親水性。