微液滴刻蚀制绒机理与DWS硅片退火预处理研究

发布时间：2020-05-22 06:31

【摘要】：晶体硅太阳电池是极具发展前景的太阳能获取途径,在低成本及高效率两大发展主题下,金刚石线锯切割技术已淘汰砂浆线锯切割技术,逐渐完全占据晶体硅电池的硅片切割市场。而由于切割方式导致的硅片表面特性差异,金刚石线锯切割多晶硅片在常规湿法酸制绒中难以制备得到低反射率的均匀绒面,并且无法有效去除切割纹。针对此制绒障碍,本课题组前期研发出基于氢氟酸-硝酸混酸蒸气冷凝酸液滴进行刻蚀作用的微液滴刻蚀制绒方法(简称MDE制绒),对金刚线切割硅片具有良好的制绒效果,可有效解决上述问题,而本文针对MDE制绒机理进行了更深入的实验研究,有以下发现:1.湿法制绒中HNO_3-HF-H_2O混酸系统无法在抛光硅片表面刻蚀得到织构绒面,而MDE制绒可在抛光硅片表面刻蚀得到粗糙绒面。常规湿法酸刻蚀所得的硅片绒面应来源于由硅片表面机械损伤导致的酸液差异化腐蚀攻击。2.液滴刻蚀硅片时在液滴内部硅片处于固-液两相环境,而在边缘处硅片处于固-液-气三相交界环境。硅片在液滴内部的腐蚀情况与湿法腐蚀中类似,但其在边缘三相线界面区处的反应速度快于中心区域,在一定条件下可被刻蚀得到比中心腐蚀平面更深的腐蚀沟壑,并伴随酸液浓度及硅片温度的升高同步加深。在微液滴刻蚀制绒中,边缘位置的优先攻击可在硅片表面刻蚀得到密集分布的“W”形腐蚀坑。微液滴制绒方法的生产应用尚有待专用产线设备的开发。故在不改变常规工业化湿法酸制绒制绒设备与工序的前提下,本文研究了金刚线切割硅片的退火预处理方法,有效改善其常规湿法制绒效果,有以下结论:1.硅片在400℃以上温度退火1h后,在湿法酸制绒10s时,表面腐蚀得到“小孔”特征形貌,随退火温度的升高,“小孔”数量增多,分布也更加密集。2.至制绒后期“小孔”特征形貌演变为大量密集分布的圆形或近圆形蚀坑,可有效改善硅片制绒后表面腐蚀坑的密度及均匀性,降低光反射率,并显著提升电池效率。
【图文】：

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身处 21 世纪这个有着空前繁荣的经济与社会的时代，能源与环境成为了人类社会发展进步的必要条件与重要基础。然而，大量化石能源的消耗利用虽然创造出了辉煌的物质文明，但其过度利用也导致了人类赖以生存的地球环境持续恶化。同时由于化石能源的不可再生性，其在地球上储量有限并且逐渐消耗殆尽，人类的可持续发展受到了严重的影响与制约。面对环境恶化以及资源枯竭难题，能源的可持续利用则成为了当下世界发展的重要主题。太阳能就是一种真正绿色环保的能源，并且体量巨大、分布广泛，是人类最理想的清洁能源之一。能够到达地球表面的太阳辐射约有 85×1012kw，相当于全世界平均发电功率的几十万倍，太阳照射在地球表面仅一个小时的能量就可以满足全球一整年的用电需求[1]。对太阳能的利用可依据原理与技术的不同大致分为两类，，一类为光热技术，其主要原理是将太阳辐射能转化为热能并加以利用，例如常见的太阳能热水器。另一类为光伏技术，通过光生伏特效应直接将太阳辐射能转化为电能，而电力是全球能源主体利用形式，故太阳能光伏技术可以说是最简单、最清洁、最具发展前景的绿色能源利用方式。

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这是太阳能光伏电池领域发展历程中的一个里程碑。经过六十多年的发展，如今太阳能电池种类繁多，不断地出现各类新型光伏电池技术，且光电转换效率均有了极大的提升，至 2018 年，单晶硅太阳能电池最高效率已达 26.1%，图 1.2 展示了直至 2018 年各类太阳能光伏电池所能达到的最高效率。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.41

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