制绒参数对单晶硅太阳电池制绒效果的影响_池缘缘

收稿日期：2013－03－16．

基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目（No ：NCET －11－1005）；辽宁省自然科学基金项目（No ：201102005）；辽宁省教育厅一般项目

（No ：L2012401）；辽宁省百千万人才资助项目（No ：2012921061）；辽宁省高等学校优秀人才支持计划（No ：LＲ201002）．

作者简介：池缘缘（1990－），女，渤海大学硕士研究生，

主要从事新能源领域、太阳电池方面研究．通讯作者：lxd2211@sina．com．

制绒参数对单晶硅太阳电池制绒效果的影响

池缘缘，陆晓东*，周涛，董永超

（渤海大学新能源学院，辽宁锦州121013）

摘要：本文以金相显微镜(放大倍数分别为800ˑ，

400ˑ)为观测手段，研究了NaOH 溶液浓度、反应时间、温度和IPA 浓度等参数对单晶硅制绒效果的影响，通过金相显微镜显微图像的对比分析发现:当NaOH 溶液浓度大于2%条件时，温度小于75ħ时，单晶硅表面的绒面效果较差．当制绒液中NaOH 和IPA 的浓度分别为1．57%和5%，且制绒时间和制绒温度分别为25min 和80ħ时，制备的绒面结构均匀，金字塔的覆盖率约为100%，即可实现最优的制绒效果．

关键词：制绒;单晶硅太阳电池;表面织构

中图分类号：TM 914．4文献标志码：A 文章编号：1673－0569（2013）03－0362－05

0引言

在实用化的太阳电池中，晶硅电池一直占据太阳电池市场垄断地位．截至2010年〔1〕，

在全球光伏组件市场中，晶硅电池组件所占比例高达85－90%．据欧洲光伏工业协会EPIA 预测，至少到2020年，晶硅电池仍将是未来光伏市场的主流产品（其市场份额仍将占约50%左右），因此对光伏产业的发展而言，优化

现有的晶硅电池生产工艺仍具有十分重要的意义

〔2－3〕．由于绒面结构具有减小入射光的反射率和提高体内光场吸收效率的作用，所以其已成为晶硅太阳电池芯片生产过程中的最重要工序．目前，晶硅电池制绒多采用酸性或碱性溶液腐蚀的方法实现，酸性溶液主要用于多晶硅太阳电池的制绒过程中，而碱性溶液多用于单晶硅太阳电池的制绒过程中．仅就制绒过程而言，碱性溶液制绒过程具有反应过程控制方便、制绒效果良好（形成硅片表面均匀分布的金字塔结构）、反应过程不产生危害环境的有害气体（如NO x ）等特点，所以更易于实现清洁高效电池的批量生产

．

图1理想的绒面结构

良好的单晶硅绒面应具有的特征为〔4〕：入射光在金字塔斜面的一次入射角约为54．74ʎ，

在相邻金字塔斜面的二次入射角约为15．78ʎ（如图1所示）．相应的金字塔结构要求为：尺寸在1 3μm 之间、大小均

第34卷第4期

2013年12月渤海大学学报（自然科学版）Journal of Bohai University （Natural Science Edition ）Vol．34，No．4Dec．2013DOI:10.13831/ki.issn.1673-0569.2013.04.005

匀、覆盖率达到100%．由于制绒过程中涉及多个参量，

如溶液浓度，反应时间，温度，IPA 浓度等，所以探讨各个参量对制绒效果的影响及最优制绒参数范围大小，对晶硅太阳电池制绒工序而言至关重要．本文主要

通过对NaOH 溶液浓度，反应时间，温度，IPA 浓度等参数的调整，利用金相显微镜（放大倍数分别为800ˑ，

400ˑ）呈现的单晶硅表面的显微图像，探讨各参量变化对制绒效果的影响，并通过不同制绒条件显微图像的对比，给出最优的NaOH 溶液制绒参数范围．

1

实验1．1实验材料与主要仪器

实验原料：9片大小相同的P 型单晶硅片，晶向正偏ʃ3ʎ，厚度为220ʃ10μm ，直径为150ʃ0．5mm 、电阻率为0．5 6Ω．cm．

化学药品及纯度：NaOH 颗粒（分析纯）、异丙醇（IPA ）（分析纯）、30%过氧化氢（优级纯）、硫酸（优级

纯）、氢氟酸（HF 含量不少于40%）、去离子水．

实验主要仪器及设备：数显恒温水浴锅、金相显微镜、硅片腐蚀清洗机（型号：CSE －SC －N186（QK －LAB ）．

1．2

实验原理：1．2．1

硅片的预处理

图2预处理前后晶片表面形貌的对比，其中(a )为预处理前硅片表面的形貌情况，

(b )为预处理后硅片表面的形貌情况

由于新购单晶硅片的表面残留大量的有机沾污，所以实验过程中先用浓硫酸：双氧水=1：1的溶液去除此种沾污，然后再利用HF 溶液去掉硅片表面天然的和有机沾污去除过程中新形成的SiO 2膜（反应过

程如公式（1）所示），最后为避免机械损伤层对制绒效果产生不利影响，

再将清洗后的单晶硅片浸泡到浓NaOH 溶液中（此时NaOH 溶液为各向同性腐蚀液，NaOH 溶液的浓度为12%，温度为85ħ，时间3min．反应过程如公式（2）所示），将硅片表面腐蚀掉4 6μm．

SiO 2+6HF =H 2（SiF 6）+2H 2O

（1）Si +2NaOH +H 2O =Na 2SiO 3+2H 2↑（2）

图2为预处理前后，

单晶硅片表面的形貌对比情况．如图2（a ）所示，未经过处理过的单晶硅片表面存在严重的机械损伤，即：形成数量庞大的小突起和小凹陷．由于在这些突起和凹陷处，硅片表面的晶向十分混乱，且不同晶向与NaOH 溶液反应速度不同，所以直接利用这种晶片表面制绒，很难形成良好的绒面结

构．单晶硅片表面为〔100〕晶面，是形成良好绒面的前提．由图2（b ）可见，经过预处理后，单晶硅片表面略

有起伏，但上表面基本平行，即硅片表面已基本为（100）晶面．

1．2．2制绒过程

一般单晶硅碱性制绒液为加了异丙醇（IPA ）的低浓度NaOH 溶液〔5，6〕，制绒温度为75 85ħ，

制绒时间为20 30min．为了研究制绒液中NaOH 的浓度、IPA 浓度、反应时间和反应温度等，对单晶硅表面形成

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63第4期池缘缘，陆晓东，周涛，董永超：绒参数对单晶硅太阳电池制绒效果的影响