[發明專利]一種室溫快速減薄與制絨晶硅的方法

有效

• 申請號: 201810434714.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN110444630B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 沈鴻烈;唐群濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0236;C30B33/10
• 代理公司: 南昌朗科知識產權代理事務所(普通合伙) 36134
• 代理人: 郭毅力

本發明涉及一種室溫下快速減薄與制絨晶硅的方法。減薄與制絨時均采用金屬銅作為腐蝕催化劑，通過調節腐蝕溶液中ρ值(ρ＝[HF]/([HF]+[H₂O₂])，在室溫下實現快速減薄制作超薄晶硅材料后再在其表面快速制作減反射絨面，可用于高效超薄單晶硅太陽電池的制作。本發明的優點在于：在室溫下晶硅減薄與制絨速率非常快，通過ρ值的調節能夠改變減反射絨面的形貌，從減反射復合倒金字塔結構、小倒金字塔結構到大倒金字塔結構，是一種具有應用價值的快速減薄與制絨晶硅材料的技術。

技術領域

本發明涉及一種室溫下快速減薄與制絨晶硅的方法，屬于光電技術領域。減薄與制絨均采用銅金屬輔助對體單晶硅表面進行化學腐蝕，通過對ρ值(ρ＝[HF]/([HF]+[H₂O₂])的調節，在室溫下可實現大面積超薄制絨晶硅片的批量制作，本發明在高轉換效率的超薄晶硅太陽電池量化制備中有巨大的應用潛力。

背景技術

傳統硬質晶體硅太陽能電池以高效、穩定、廉價的優勢占據光伏市場的主導，并以大型電站的形式成為一種常規電力來源。然而，出于載荷和功能最大化的考慮，用作空天飛行器等平臺動力電源的太陽能電池必須滿足單位面積重量指標和單位重量功率輸出指標方面的苛刻要求。此外，曲面化的飛行器設計對電池片的卷繞性、空間極端環境對電池片的散熱及封裝穩定性也有嚴格的界定。適用性的太陽能電池必須兼具高效、輕質、柔性、散熱性良好等特性。當前的太陽能電池技術中能較好地滿足上述要求的只有以GaAs為代表的III-V族高效電池，然而其動輒每瓦幾百美元的價格使其應用領域始終局限于衛星和飛船等方面，而且GaAs柔性電池在世界范圍內都還沒有形成量產。因此，基于當前以及未來一段時期我國乃至全世界大力開發臨近空間資源的強烈需求，針對性地研發滿足要求的低成本的新型太陽能電池已經成為當務之急。

超薄晶硅太陽能電池是綜合傳統晶硅電池以及薄膜電池的優點發展起來一種新型太陽能電池。相比于當前160～180μm左右厚度的主流單晶硅硬質電池，發展厚度為50μm以下的超薄晶硅太陽能電池能帶來出色的輕質與柔性的特點，更適宜于在臨近空間飛行器方面的應用。而且，實驗數據已經證明20μm以上厚度的單晶硅薄膜在通過高效陷光和表面鈍化后，可以獲得與傳統體硅電池可比擬的高轉換效率(＞20％)，而其理論上的單結電池效率可以超過28％。最近的一些實驗工作還表明，在該超薄單晶硅表面制備一些微納結構，還能突破硅基太陽能電池廣角性能差的缺點，在實際環境下的輸出功率更高。同時，硅材料的穩定性高，并且已經用作某些特種任務的衛星電源，能夠適用于苛刻的空天環境。目前，空間衛星極高的發射成本(80000$/kg)及其苛刻的工作環境(受到各種高能離子以及高強度紫外線的輻照)要求空間太陽電池在保證重量輕效率高的同時還應具有一定的抗輻照性能。空間的高能帶電粒子在進入太陽能電池后會在電池內部形成大量的空位、間隙原子和復合體等晶格缺陷，這些缺陷作為復合中心大大降低了少數載流子的壽命(降低少數載流子擴散長度)，從而使得太陽電池的性能發生衰減。相對于體硅材料而言，超薄單晶硅受輻射產生損傷的概率減小，因而其工作壽命相對較長。另外，在沒有散熱介質的空間條件下，硅太陽電池表面織構與長波光的耦合作用會導致電池溫度的升高，室溫附近的電池溫度每升高15度，其轉換效率約降低5％，而超薄單晶硅和砷化鎵電池一樣，具有優異的導熱性，溫度系數比現有體硅材料大大降低(正常的實際應用中，其組件溫度較體硅組件低7度)，和GaAs和CIGS等電池接近。