[發明專利]單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201710952184.5
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107881561A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 于天寶;王茜茜
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面制備方法及其應用。

背景技術

近年來，硅基太陽能電池一直占據光伏市場的主導地位，為了提高硅基太陽電池的轉換效率，提高太陽光的利用率，在硅片表面制備各種減反射微結構以增加光吸收一直是人們研究的熱點。隨著技術的發展，電池的效率也在不斷提升，進一步提高效率并趨近其理論的極限值，應該做到以下兩個方面：一是減少光學損失，充分吸收太陽光譜；二是減少電學損失，即減小體內與界面載流子復合。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。基于該電池物理厚度的限制，傳統單晶硅的制絨方法（3-10μm深度的隨機金字塔結構）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。

大量的理論模擬計算和已有文獻報道金字塔周期陣列結構比表面積增加僅為平板硅的0.7倍，具有低復合表面積，且制絨深度僅幾百個納米就能達到很好的陷光效果，具有較低的制作成本。

目前，早稻田大學的研究小組找到了一種新方法制備周期正金字塔，其采用聚焦離子束光刻以及濕法刻蝕技術在硅片上形成“正金字塔”的陷光結構。這種基于正金字塔結構的超薄c-Si電池厚度在5~30μm之間，表面積僅增加70%，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。然而上述基于聚焦離子束光刻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、高效的納米正金字塔刻蝕工藝尤其重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面制備方法及其應用，有效解決了現有技術中正金字塔周期陣列結構絨面制備復雜、成本昂貴等技術問題。

本發明提供的技術方案如下：

一種單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面制備方法，包括：

提供具備親水性的單晶硅片；

在所述單晶硅片表面形成規則排布的聚合物微球薄膜；

對所述聚合物微球薄膜進行蝕刻，使單晶硅片表面密排的聚合物微球彼此分離；

對所述具有微球掩膜的襯底進一步進行濕法蝕刻，得到正金字塔周期陣列結構絨面。

進一步優選地，在步驟在所述單晶硅片表面形成規則排布的聚合物微球薄膜中，具體為：

通過微推注射的自組裝技術在所述單晶硅片表面形成規則排布的聚合物微球薄膜。

進一步優選地，在對所述聚合物微球進一步進行濕法蝕刻中，具體為：

將帶有聚合物微球薄膜的單晶硅片垂直插入含有氫氧化鉀/異丙醇體系溶液或氫氧化鈉/異丙醇體系溶液或四甲基氫氧化銨溶液中進行濕法蝕刻。

進一步優選地，在濕法蝕刻的過程中，腐蝕溫度為50~70 ℃，腐蝕時間為10~20 min。

進一步優選地，在步驟對所述聚合物微球薄膜進行蝕刻中，具體為：

采用等離子體蝕刻方法對所述聚合物微球薄膜進行蝕刻。

進一步優選地，在等離子蝕刻中，刻蝕功率90~120 W，蝕刻時間8~15 min。

本發明還提供了一種單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面的應用，應用于太陽能電池的制備。

在本發明中，通過以聚合物微球為掩膜的方法制備正金字塔陣列結構絨面，制備出的正金字塔陣列結構絨面的比表面積小、光子吸收優異，且其制備工藝簡單，成本低廉，且正金字塔形的大小可通過調節腐蝕時間進行控制，克服了現有技術無法大規模生成、制備條件要求苛刻等缺點。

附圖說明

下面將以明確易懂的方式，結合附圖說明優選實施方式，對上述特性、技術特征、優點及其實現方式予以進一步說明。

圖1為本發明中單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面制備方法流程示意圖；

圖2為本發明中單晶硅正金字塔周期陣列結構絨面制備方法流程結構示意圖；

圖3為本發明實例1中正金字塔周期陣列結構絨面的SEM表面圖；

圖4為本發明實例2中正金字塔周期陣列結構絨面的SEM表面圖；