多晶硅表面的酸刻蚀制绒及金刚石切割多晶硅片的表面预处理改性研究

发布时间：2020-05-25 07:12

【摘要】：太阳能电池普遍采用表面化学刻蚀制绒以减少光反射。在现有的可规模化应用的多晶硅太阳电池制绒技术中,常规HF/HNO_3/H_2O酸刻蚀方法因其具有制绒成本低、绒面制备效果稳定的优势,是当前应用最广泛的制绒技术。但当该方法应用在金刚石线锯切割的多晶硅片制绒时却遭遇障碍,制绒后硅片表面反射率偏高且其显眼的切割纹也无法消除。金刚石线锯切割技术与传统的砂浆线锯切割相比,具有切割效率高、切割损耗少、节能环保及加工成本低等优势。为了推进金刚石切割多晶硅片的产业化进程,需考虑利用现有湿法酸制绒设备及工艺条件的基础上开发出新的低成本的配套制绒工艺,以期解决金刚石切割多晶硅片的制绒问题,从而使多晶硅片保持其应有的低成本、高效率的市场优势。本文系统地研究了多晶硅片在HF/HNO_3/H_2O溶液中的刻蚀反应过程,并在此基础上研究采用物理或机械等方法开发出针对金刚石切割多晶硅片的预处理技术,以改善金刚石切割多晶硅片的表面状态,使之达到酸制绒工艺的反应条件并制备出较佳的绒面结构。主要完成了以下几个方面的研究内容。1)研究了多晶硅片的刻蚀反应过程,分析探讨了HF/HNO_3/H_2O体系中溶液配比、刻蚀反应时间、传质速率及硅片表面状态对绒面结构形成的影响。实验结果显示,不同刻蚀液溶液配比会影响酸腐蚀反应过程的可控性及硅片表面的择优腐蚀作用;刻蚀反应过程中硅片表面绒面结构尺寸随时间呈现先增大后减少的趋势,需精确控制刻蚀反应时间使之形成深浅合适的绒面坑;刻蚀过程中溶液粘度等因素会影响反应物及生成物的传质过程,并进而影响硅片的腐蚀速率和蚀坑形貌;多晶硅片的表面损伤缺陷结构越多的区域具有更高的反应活性,更易发生刻蚀反应形成凹坑结构。2)金刚石切割多晶硅片表面呈现密集的划痕及不均匀的损伤结构分布,其表面光滑区为致密的非晶硅结构,具有耐酸腐蚀的特性。这些表面特征决定了其难以在HF/HNO_3/H_2O酸腐蚀体系中刻蚀出理想的绒面结构。3)研究采用超声砂磨方法预处理金刚石切割多晶硅片,可在硅片表面产生类似砂浆切割多晶硅片的表面损伤结构分布。预处理后的硅片经常规酸腐蚀液刻蚀的绒面形貌也与砂浆切割多晶硅片相似,其光反射率(600nm处)绝对值较未处理的金刚石切割多晶硅片降低了约3%。4)研究采用相变方法预处理金刚石切割多晶硅片,可实现金刚石切割多晶硅片表层光滑区的非晶相完全转变成晶体相。经相变预处理后,金刚石切割多晶硅片与HF/HNO_3/H_2O酸刻蚀溶液反应更为容易,且随后在刻蚀深度、绒面形态及光反射率等性能方面与原始未经处理的金刚石切割多晶硅片有显著差异。基于相变预处理的金刚石切割多晶硅片的太阳能电池平均效率可达到18.62%,接近砂浆切割多晶硅片的18.70%,比原始金刚石切割多晶硅片的18.47%高出约0.15%。该方法将有望为金刚石切割多晶硅片的酸刻蚀制绒提供一条具有应用前景的技术路线。
【图文】：

图 1.2 常规晶体硅光伏电池的基本结构示意图及工作原理.2 Basic structure and working principle of normal crystal silicon photovolt构图采用 P 型晶体硅作为衬底，正面制作成绒面结构，通过区，发射区上面再镀上一层 SiNx（氮化硅）减反射膜，电池刷后，其正面金属银浆料经共烧结穿透反射膜材料形成正面面铝浆经烧结形成铝硅合金背电场以及金属接触层。其工作半导体的光生伏打效应，即当太阳光照射 P/N 结时，便会并在内建电场的作用下，电子驱向 N 型区，空穴驱向 P 型区剩的电子，，P 区有过剩的空穴，于是在 P/N 结的附近就形成相反的光生电场，并在 N 区与 P 区间产生了电动势。当接通流输出。作上述结构的晶硅电池，传统的工业化生产晶硅太阳电池工个主要步骤：(1)绒面制备；（2）磷扩散；（3）生长减反射膜后电极及烧结。

硅片多线切割示意图
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4;TB306

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本文编号：2679776