金刚石线锯切割多晶硅片的表面性质与刻蚀制绒方法研究

发布时间：2019-10-16 10:00

【摘要】：太阳能电池光伏发电是解决全球能源危机和环境污染问题的重要途径，其中近90%采用的是硅片太阳能电池。金刚石线锯切割技术近年来开始应用于晶体硅片的切割生产，与现行主流的碳化硅磨料砂浆线切割技术相比，它具有切割速率高、环境负荷小、硅片表面机械损伤小、硅锯屑少且易回收、硅片的弯曲度和总厚度偏差小等优点，已在单晶硅片的切割生产上得到应用，但是对于占中国光伏主导地位的多晶硅片，金刚石线锯切割技术的产业化尚存在突出障碍：金刚石切割多晶硅片难于沿用现行酸性湿法制绒技术制备减反射绒面，硅片表面反射率偏高，切割纹难以去除。本文针对金刚石切割多晶硅片难于沿用现行酸性湿法制绒技术制备减反射绒面、以及切割纹难以去除的问题，研究了金刚石切割多晶硅片的表面性质，并在此基础上开展了金刚石切割多晶硅片制绒方法研究，取得如下主要研究结果与结论： 1.金刚石切割硅片表面反射率，在可见光范围内，比砂浆切割硅片高3~5%；其粗糙度比砂浆切割硅片低~20%。金刚石切割硅片表面存在两种尺度的切割纹：由锯丝往复运动形成的周期~0.5mm的亚毫米尺度的往复纹，及由金刚石颗粒刻划造成的宽度在0.2~5μm的微米尺度的划痕。金刚石线锯切割硅片的表面由塑性光滑划痕区、划痕间粗糙交界区、脆性崩裂坑三种区域组成，其中光滑区占整个硅片表面积的~33%，其表面形成非晶硅薄层。 2.金刚石切割多晶硅片在从富HNO3到富HF配比范围的HF-HNO3-H2O酸混合溶液中刻蚀制绒，其反射率均不能使降低到现行行业标准，不能满足太阳电池生产要求，并且也不能去除硅片表面切割纹。 3.采用碱性湿法刻蚀预处理金刚石切割多晶硅片，对接近（001）取向的晶粒表面有良好制绒效果，而且微观划痕和宏观往复纹均能够被彻底去除。但对其它取向晶粒则无此效果。 4.采用涂覆一层表面保护性有机薄膜再进行酸性湿法刻蚀以增强其局部选择性的方法，对减轻金刚石切割多晶硅片切割纹有一定效果，光反射率也有所降低。 5.采用基于HF-HNO3-H2O酸混合溶液与硅料反应产生腐蚀性气体喷射刻蚀硅片的反应法气相刻蚀，可在金刚石切割多晶硅片表面制备微米级蚀坑绒面，使其光反射率降低到约19%，同时完全去除切割纹。 6.采用基于加热蒸发HF-HNO3-H2O酸混合溶液产生腐蚀性气体喷射刻蚀硅片的热蒸法气相刻蚀，可在金刚石切割多晶硅片表面制备亚微米级二次蚀坑绒面，使其光反射率降低到约12%，同时完全去除切割纹。 7.反应法气相刻蚀过程呈抛物线性动力学特征；而热蒸法气相刻蚀过程呈线性动力学特性。
【图文】：

主要能源,可再生能源

第一章绪论1.1 光伏产业发展现状及晶硅光伏技术的主导地位从图 1.1 可以看到，全世界能源消耗，主要以石油、煤、水力发电、核能、天然气组成，其中极少部分为可再生能源。随着世界人口激增、经济迅猛发展，能源消耗呈逐年增长的态势[1]，能源需求与传统化石能源存量越来越少及开采运输越来越难、成本越来越高之间存在矛盾，导致除了非洲世界上所有其他地区的主要能源消耗的平均增长在 2012 年均低于 1.8 %。石油仍是全世界最主要的能源，2012 年消耗的石油占全部消耗能源的 33.1 %，但这个数据是 13 年来，市场的最低占有率；可再生能源所占比重很低，仅 1.9 %，尽管如此，已经实现了可再生能源从无到有的质的突破。分析这些数据，可以看出，世界各国皆对可再生能源倾注了更多的心血。

世界各国,光伏,生产量,光伏产业

相比光化学与光热技术，光电技术具有清洁、无污染，，可与传统电力并网传输，可储存，使用形式多样等优势，促使光伏产业飞速发展。如图 1.2 所示为世界各国及地区自 2005 年到 2012 年每年的光伏生产量，可以看到，在过去的近十年，全世界各国及地区光伏产业发展及其迅猛，其中中国的光伏组件年产量增长最为突出。图 1.2 世界各国及地区自 2005 年到 2012 年每年的光伏生产量(GW)[3]Fig. 1.2 PV annual productions of countries and regions on the world from 2005 to 2012(GW)[3]图1.3为世界各国及地区自2005年到2013年每年的光伏组件安装量(GWP)，可以看到，世界各国各地区光伏组件每年的安装量均呈上升趋势。尽管如此，
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TQ127.2

【参考文献】