[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: 201910086667.0
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN109881250A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 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: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B33/10;H01L31/0236
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 王正君;徐迅

本發明提供了單晶硅表面倒金字塔陣列結構絨面及其制備方法和應用。具體地，本發明提供了一種單晶硅表面倒金字塔陣列結構絨面的制備方法，包括：在所述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；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；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；腐蝕未覆蓋所述掩膜的單元為倒金字塔形壓槽，在所述基片的所述主表面上得到倒金字塔陣列結構絨面。本發明制備倒金字塔陣列結構絨面方法工藝簡單，成本低廉，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。

本案為2014年5月9日申請的、申請號為CN201410196601.4中國發明專利申請的分案申請。

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。基于該電池物理厚度的限制，傳統晶硅的制絨方法(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(interferencelithography)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。