太阳能电池单晶硅表面织构化的作用
单晶硅的功能原理
单晶硅的功能原理
单晶硅是一种具有高纯度和完整晶体结构的硅材料，其功能原理主要涉及其特殊的光学和电学性质。
1. 光电转换功能：单晶硅具有良好的光电转换性能，其能将入射的光能转化为电能。
当光线照射在单晶硅材料上时，光子与硅原子相互作用，激发出电子和空穴对。
通过p-n结的存在，可以将电子和空穴分离，进而形成电流。
这一过程是光伏效应的基础，也是太阳能电池的工作原理。
2. 半导体器件功能：单晶硅是一种半导体材料，具有可以通过外加电压来调节电流的特性。
通过在单晶硅中引入掺杂物，可以形成p-n结、二极管、晶体管等多种器件。
例如，通过不同掺杂浓度的p区和n区，可以形成可控硅器件，具有优良的电流控制功能。
3. 光学功能：由于单晶硅具有高纯度和完整的晶体结构，其具有较低的光学吸收和高的折射率。
因此，单晶硅常被用作光学元件的基底，如光学窗口、透镜和反射器。
同时，由于其半导体特性，也可用作光电器件的基底材料，如光电二极管、光电传感器等。
4. 力学功能：单晶硅的晶体结构十分紧密，具有优异的力学性能。
它具有较高的硬度、良好的刚性和抗腐蚀性，广泛应用于微机电系统（MEMS）等领域。
MEMS设备通常由微小的机械结构组成，使用单晶硅作为基底材料可以确保其
稳定性和可靠性。
总之，单晶硅具有光电转换、半导体器件、光学和力学等多种功能，这使得它在光电子、新能源、信息技术和微纳制造等领域中得到广泛应用。
单晶硅太阳能电池结构
单晶硅太阳能电池结构
单晶硅太阳能电池是一种常见的太阳能电池类型，其结构主要包括以下部分：
1. 衬底：通常采用硅片作为衬底材料。
硅片的前后面分别经过不同的处理，形成P型和N型的半导体结构。
2. 正接触层：在硅片的前表面覆盖一层具有良好导电性能的材料，如金刚石膜层或金属导电膜层，常用的是铝。
3. P-N结：通过在硅片上形成P型和N型的半导体材料，形成一个P-N结。
P 型半导体中的杂质通常为硼，而N型半导体中的杂质通常为磷或砷。
4. 导电网格：在硅片的前表面绘制一定间距的导电网格，通常使用铝或银材料进行制作，以提供电流收集和导电路径。
5. 反射层：在硅片的背表面覆盖一层反射材料，以提高光的吸收利用率。
6. 封装层：将硅片进行封装，保护电池元件免受外界环境的影响。
一般采用玻璃或透明聚合物作为封装材料。
以上是单晶硅太阳能电池的基本结构，通过光的照射，太阳能电池可以将光能转化为电能。
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。
其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。
上表面为N+型区，构成一个PN+结。
顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。
上下电极分别与N+区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN+结空间电荷区和P区中激发出光生电子一一空穴对。
各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。
光生电子留于N+区，光生空穴留于P区，在PN+结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。
当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N+区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。
靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5—10%（随N+区厚度而变），PN+结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5%左右。
电池基体域产生的光电流对红外光敏感，占80—90%，是光生电流的主要组成部分。
iS电E1•太阳能电池的基本结构及工作原理2.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%。
为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。
硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。
加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。
扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。
这样就在硅片上形成PN 结。
然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。
功能材料及应用论文-单晶硅太阳能应用
生活中的功能材料——单晶硅太阳能电池研究及发展一、引言随着人类社会的不断发展，人与自然的矛盾也愈来愈突出。
目前全世界范围面临的最为突出的问题是环境与能源．即环境恶化和能源短缺。
人类的主要传统能源( 石油、煤炭、天然气) 的储存量是有限的，且对环境有污染，所以节能环保型能源的开发和利用迫在眉睫。
这个问题当然要通过各国政府采取正确的对策来处理。
发展新能源材料及相应的技术，将是解决这一些问题最为有效的方法之一。
太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。
事实上近年来人们对太阳能材料的研制和利用，已显示了积极有效的作用。
这一新型能源材料的发展．既可解块人类面临的能源短缺问题，又不造成环境的污染。
从50年代的硅电池，60年代的G a A s 电池，70年代的非晶硅电池，80年代的铸造多晶硅电池，到90年代的I I一Ⅵ化合物电池的开发和应用，到现今有机聚合物太阳电池和纳米结构太阳电池的研究开发，构成了太阳能光电材料和器发展的历史脚印。
目前太阳能电池材料主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。
硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
二、单晶硅太阳电池的生产制备工艺（一）、基本结构（二）、太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。
②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。
③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。
④提高切割速度，实现自动化切割。
具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。
2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。
3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。
硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
单晶硅太阳能光伏组件的功能特点
单晶硅太阳能光伏组件的功能特点单晶硅太阳能光伏组件是一种利用单晶硅制成的太阳能电池片组装而成的光伏产品。
它具有以下功能特点：1. 高效转换太阳能：单晶硅太阳能光伏组件采用单晶硅电池片制造，具有较高的光电转换效率。
单晶硅电池片的能带结构更加均匀，电子迁移能力更强，因此具有更高的光电转换效率。
在相同面积下，单晶硅太阳能光伏组件可以产生更多的电能，提高了光伏系统的发电效率。
2. 稳定耐用：单晶硅太阳能光伏组件由高纯度单晶硅材料制成，具有较高的稳定性和耐久性。
单晶硅材料具有较低的晶界能量，晶格结构紧密，因此具有较高的抗氧化、抗腐蚀能力。
这使得单晶硅太阳能光伏组件在长期使用中能够保持较高的电能输出，并且具有较长的使用寿命。
3. 良好的光吸收性能：单晶硅太阳能光伏组件的单晶硅电池片具有较高的光吸收能力。
单晶硅材料的能带宽度适中，能够吸收太阳光谱范围内的大部分光线。
同时，单晶硅材料的折射率较低，减少了光线的反射损失，提高了光伏组件的光电转换效率。
4. 良好的低光性能：单晶硅太阳能光伏组件具有良好的低光性能。
在光线较弱的情况下，单晶硅太阳能光伏组件仍能保持较高的电能输出。
这使得单晶硅太阳能光伏组件在阴天或清晨、傍晚等光照较弱的时候仍能正常发电，提高了光伏系统的稳定性和可靠性。
5. 良好的温度特性：单晶硅太阳能光伏组件具有良好的温度特性。
在高温环境下，单晶硅太阳能光伏组件的电能输出衰减较小，能够保持较高的工作效率。
这是由于单晶硅材料的热电特性良好，能够有效降低温度对电池片性能的影响。
因此，单晶硅太阳能光伏组件适用于高温地区的光伏发电系统。
6. 美观大方：单晶硅太阳能光伏组件外观美观大方，具有较高的透光性。
其外框材料多采用铝合金或不锈钢材料，具有较高的强度和耐腐蚀性，能够保护电池片免受外界环境的侵蚀。
同时，单晶硅太阳能光伏组件的表面光洁度较高，能够有效减少灰尘和污染物的附着，保持光伏组件的发电效率。
7. 易于安装维护：单晶硅太阳能光伏组件具有较轻的重量和较小的体积，便于安装和搬运。
多晶硅太阳电池表面织构化工艺的研究的开题报告
多晶硅太阳电池表面织构化工艺的研究的开题报告一、选题背景太阳能光伏技术是目前应用最广泛的可再生能源技术之一。
太阳能电池已经逐步成为了替代传统能源的重要技术手段之一。
多晶硅太阳电池具有性能稳定、寿命长、成本低等优势，因此在工业生产和实际应用中得到广泛应用。
然而，多晶硅太阳电池的转换效率仍然存在一定的提高空间，如何进一步提高太阳能光伏发电的转换效率和光电性能是当前研究的热点。
多晶硅太阳电池的光电转换效率取决于材料质量和光吸收程度，光伏材料的光量子效率将随着光透过率的增加而降低。
通过表面的纳米织构，可以提高光的吸收率，从而提高光伏转换效率。
因此，表面织构化技术是提高多晶硅太阳电池光电转换效率的重要措施之一。
二、选题意义随着能源需求的日益增长，太阳能发电逐渐成为了一种重要的选择。
多晶硅太阳电池因其成本较低、寿命长、稳定性强等优势，成为了大规模应用的主要光伏电池之一。
然而，多晶硅太阳电池的光电转换效率仍然较低，如何提高太阳能光伏发电的转换效率和光电性能是当前研究的热点。
表面织构化技术可以提高光的吸收率，从而提高光伏转换效率，因此具有广泛的应用前景和研究价值。
三、研究内容和方法1.研究内容本研究将以多晶硅太阳电池为研究对象，探究表面织构化工艺对于太阳能电池光电转换效率的影响，分析不同表面织构形态下的光伏特性和性能差异，并对其机理进行探讨和分析。
2.研究方法本研究将采用多种表面织构化方法，比如刻蚀法、湿化学法、硅纳米线生长等方法，制备具有不同形态表面织构的多晶硅太阳电池器件，并利用电学特性测试仪器对其进行性能测试和比较分析，研究其光伏特性和光电性能差异以及机理。
同时，采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）等表征手段进行表面形态和材料特性的分析。
四、预期成果1.研究并建立一种针对多晶硅太阳电池的表面织构化工艺，提高其光伏转换效率和光电性能。
2.探究表面织构化工艺对多晶硅太阳电池光电转换性能的影响机理。
晶体硅太阳能电池结构及原理
晶体硅太阳能电池结构及原理1.衬底层：通常采用硅衬底，它是一个薄而坚固的基底，用于支撑整个电池。
2.P-N结：位于衬底层上方的是一个P-N结，它由P型硅层和N型硅层组成。
P型硅层向上注入杂质，使之成为P型半导体，N型硅层向下注入杂质，使之成为N型半导体。
P-N结的形成是通过在硅层中引入不同杂质原子，使得两侧形成不同的杂质浓度，从而形成P-N结。
3.金属网格：位于P型硅层和N型硅层之间的金属网格，通常采用铝作为材料。
金属网格的作用是收集通过P-N结产生的电子和空穴。
4.导电层：覆盖在金属网格上方的是导电层，它通常由透明的氧化锡或氧化铟锡薄膜组成，用于将电流导出。
5.防反射层：位于导电层上方的是防反射层，它通常由二氧化硅薄膜或其他适当的材料制成，用于提高光的吸收效率。
1.吸收光能：当光线照射到晶体硅太阳能电池上时，大部分光线将被引导进入P-N结内部，与P型硅层和N型硅层的杂质原子相互作用。
光能会使杂质原子中的电子被激发，跃迁到更高的能级上，形成自由电子和自由空穴。
2.分离电荷：自由电子和自由空穴会在P-N结内部被分离出来。
由于P型硅层中的杂质原子的排列方式，自由电子将被吸引到N型硅层，并向金属网格中流动，而自由空穴则被吸引到P型硅层，并向另一面流动。
3.电流输出：自由电子和自由空穴的运动形成了电流，这个电流可以通过金属网格和导电层导出。
通过在金属网格和导电层上连接线路，可以将电流输出到外部设备或储存电池中。
总之，晶体硅太阳能电池利用光的能量将其转化为电能。
通过P-N结的形成和光的吸收、电子和空穴的分离，最终形成电流输出。
这种电池结构简单、稳定，且具有较高的转化效率，因此被广泛应用于太阳能发电系统中。
太阳电池用单晶Si表面的织构化研究
在腐蚀温度为 ８ ０℃， 腐蚀 时间为４ ｉ Ｉ ０ｍｎ Ｐ 及 Ａ 添加剂体积分数为 ５ ％的条件下 ． 不同 Ｎ Ｏ ａ Ｈ质量分
数所形成的绒面扫描形貌图如图 １ 所示 ， ３０ｎ 在 ０ ｍ一 １ ０ ｍ波长范围内的反射率曲线如图２ ０ｎ ２ 所示。
温度 ， 精度控制在± ． ０ ５℃。用配带积分球 的分光光 度计（ ａ ０ 型 ） Ｃｒ ５ ０ 测定硅片 的反射率 ， ｙ０ 用扫描电镜 （日立 Ｓ ３０ Ｎ） 一 ４０ 观察样 品表面形 貌 。
第３ ４卷 第 ５期
２１ ０ １年 １ ０月
电 子 器 件
Ｃ ｉｅ ｅＪ ｕｎ ｌ ｆ ｌｃｒｎ Ｄｅｉｅ ｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ｅ ｔ ｖｃ ｓ Ｅ ｏ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ５ １３ ． ０ｃ ．２ １ ｔ ０１
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｕ ｆｃ ｘ ｕ ｉａｉｎ ｏ ｏ ｏ ｒ ｓａｌ ｅ Ｓｌ ｏ ｏ ｏａ ｌ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｒａ ｅＴｅ ｔｒｚ ｔ ｆＭ ｎ ｃ ｙ ｔｌ ｎ ｉ ｃ ｎ ｆ ｒ Ｓ 为腐蚀液， Ｐ １ ： ２ 并得到了好
的减反 射 绒 面 ［ 。还 有 些 科 研 工 作 者 研 究 了 用 ３ ］
Ｎ ２Ｏ 溶液 ，ａ ｉ３ ａＣ ３ ＪＮ ２ Ｏ 溶液 ，Ｍ Ｈ 四甲基氢氧 Ｓ ｊＴ Ａ （ 化氨） 溶液［制备单 晶 Ｓ 绒面的效果和规律。关于 ７ ］ ｉ Ｎ ０ ， ａ ０ ， ａ ｉ ａＰ Ｎ Ｎ ２ Ｏ 溶液 ， ｃ Ｓ 虽然它们具有成本低 且不污染环境 的优点 ， 但实验结果 和可 重复性差 。工 业生产中使用的 Ｎ Ｏ ． Ａ溶液重复性好 ， ａＨＩ Ｐ 可以制备 出金字塔大小 均匀 ， 覆盖率 １０ ， ０％ 反射率低 的金字塔 绒面 ， 在太阳电池工艺生产线上采用该溶液体系， 表
异丙醇溶液对单晶硅太阳能电池表面织构化的影响
异丙醇溶液对单晶硅太阳能电池表面织构化的影响王立娟;周炳卿;那日苏;韩兵;郝丽媛;金志欣【摘要】The surface of p-type (100) oriented crystalline silicon wafer is texturized to reduce the surface reflectance. The mixed solution with a concentration of 3 wt％ sodium hydroxide (NaOH) and adding different concentration of isopropyl alcohol (IPA) were used to etch the surface of crystalline silicon wafer at 80 ℃ for 40 min in the experiments. The results showed that we obtain the best surface morphology with a sufficient low reflectivity of 10. 42 ％ when adding 8 wt％ IPA to 3 wt％ NaOH solutions between 700 and 900 nm. Under the above conditions, an average reflectivity of 11. 22％ and 14. 27 ％ was obtained by adding 0. 5wt％ and 0. 3 wt ％ Na2CO3 solutions, respectively. By adding 0. 5 wt％ Na2CO3 solution , the change of the reflectivity was very small. But, when adding 0.3 wt％ Na2C03 solution, the average reflectivity of textured surface has a large increase, and it was not good to form a pyramid surface morphology.%对晶向为(100)的p型单晶硅片进行表面刻蚀,制作减反射绒面.在质量分数为3%的氢氧化钠溶液中分别加入不同质量分数的异丙醇溶液,在温度为80℃、时间为40 min的条件下对单晶硅片进行刻蚀.实验结果显示,加入质量分数为8%的异丙醇溶液刻蚀的硅片表面形貌最好,在波长为700～900nm范围内能够获得较低的反射率,最佳反射率为10.42%.保持实验条件不变,在氢氧化钠-异丙醇混合液中分别加入不同质量分数的碳酸钠溶液,对单晶硅片进行刻蚀.实验结果显示,加入质量分数为0.5%的碳酸钠溶液对制作绒面的反射率影响不大,加入质量分数为0.3%的碳酸钠溶液使制作绒面的反射率大大提高,不利于制作绒面的形成.【期刊名称】《内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）》【年(卷),期】2011(040)001【总页数】4页(P42-45)【关键词】太阳能电池;单晶硅片;表面形貌;反射率;异丙醇;碳酸钠【作者】王立娟;周炳卿;那日苏;韩兵;郝丽媛;金志欣【作者单位】内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古,呼和浩特,010022【正文语种】中文【中图分类】TK514太阳能电池的表面反射率是影响太阳能电池光转化效率的重要因素.为了制作高效率的单晶硅太阳能电池,必须使硅片表面的光反射率降至最低.在单晶硅太阳能电池的制作过程中,通常利用晶体硅(100)和(111)不同晶向在碱溶液中的各向异性腐蚀特性,在其表面形成类似“金字塔”的绒面结构,使得入射光在硅片表面多次反射,尽可能提高入射光的吸收率,进而提高单晶硅太阳能电池的转换效率.目前,已有人研究了不同浓度的碱溶液,如磷酸钠溶液[1]、硅酸钠溶液[2]、碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液[3]、TMAH(四甲基氢氧化氨)溶液[4],对单晶硅表面形貌的影响,但实验结果重复性差,同时存在有机物成本高、污染大的缺点.本文研究在氢氧化钠刻蚀溶液中添加不同浓度的异丙醇(IPA)溶液,以及在氢氧化钠-异丙醇混合液中添加不同浓度的碳酸钠溶液,对单晶硅片表面形貌的影响.实验使用的硅片为(100)晶面的p型单晶硅,电阻率为1～3Ω·cm,硅片尺寸为25 mm×25 mm.先将硅片放入丙酮溶液中,用超声波清洗10 min,去掉表面油污,然后分别放入无水乙醇溶液和大量去离子水中再用超声波清洗10 min.在85℃条件下,用质量分数为20%的氢氧化钠水溶液腐蚀约10 min,去除硅片上下表面约10μm 厚的表面损伤层,保证表面损伤层基本去除干净.实验中温度控制采用恒温水浴锅(HH-2型,北京科伟永兴仪器有限公司),精度控制在±0.5℃.实验结果用反射率来评价,反射率用带积分球的分光光度计(cary5000)进行测试.用S3400N扫描电镜(SEM)观察样品的表面形貌.在高温条件下,氢氧化钠溶液中硅与碱发生的反应为由于硅晶体中晶向不同的硅原子排列间距有异,所以碱溶液的腐蚀速度也不相同.因此,通过改变碱溶液的浓度和温度,可以有效地改变各向异性因子,从而在硅片表面形成密集分布的“金字塔”结构的减反射绒面.李海玲等[6]发现,腐蚀时间和异丙醇含量对硅片反射率的影响很大.我们的实验是不改变反应时间及其他条件,只改变添加剂的含量,通过比较硅片的表面形貌,对表面形貌较好的硅片进行反射谱测试,从而获得最佳减反射绒面.在0.3%的氢氧化钠溶液中分别添加4%、6%、8%、10%、12%、14%的异丙醇,温度为80℃时,对单晶硅腐蚀40 min后的扫描电镜图如图1所示.从图1可以看出,随着异丙醇含量的增加,硅片表面的“金字塔”四方锥越来越大.图1(a)、(b)显示“金字塔”还没有完全形成,图1(c)显示“金字塔”完全覆盖整个绒面,且大小适中.图1(d)、(e)、(f)则显示“金字塔”太大,不能完全覆盖整个绒面,且初期形成的绒面被腐蚀,出现金字塔结构不完整的现象.如果“金字塔”太大,入射光束不能进行二次入射而损失,不仅使反射率提高,而且不利于后续的扩散和丝网印刷,对后期制备电池表面电极带来了不利影响.因此,在其他实验条件不变的前提下,应控制添加剂异丙醇的含量以获得适当大小的“金字塔”.“金字塔”的大小以及分布密度决定了陷光效果,而反射率可以综合各方面对陷光效果的影响,宏观地表征绒面质量的好坏.用带积分球的分光光度计(Cary 5000)测试图1(c)的表面反射率,在波长为700～900 nm之间获得最佳反射率为10.42%的减反射绒面,如图2所示.文献[5]中把晶体硅(100)面与(111)面被腐蚀的速率之比定义为“各向异性因子”(Anisotropic Factor,AF).异丙醇作为添加剂不仅影响各向异性因子,也影响溶液的表面张力,同时也可以加速反应产生的氢气泡从硅片表面逃逸,减弱氢氧化钠溶液的腐蚀强度,从而获得较为理想的各向异性因子.当添加剂用量较小时,溶液表面张力较大,反应形成的气泡就比较大,而且会在硅片表面逗留,阻碍腐蚀反应的进行.当添加剂用量太大时,各向异性因子趋于1,不能形成理想的“金字塔”覆盖的绒面.因此,异丙醇溶液作为氢氧化钠刻蚀溶液的添加剂,对晶体硅太阳能电池表面腐蚀制绒有非常重要的作用.在氢氧化钠-异丙醇腐蚀液中加入质量分数分别为0.5%和0.3%的碳酸钠溶液,在80℃、40 min的腐蚀条件下制作单晶硅表面的减反射绒面.通过测试反射率,研究加入碳酸钠溶液对制作单晶硅表面减反射绒面的影响.腐蚀后的单晶硅扫描电镜图如图3所示.从化学角度看,碳酸钠属于强碱弱酸盐,在水中会发生水解反应,其离子反应方程式为碳酸钠水溶液具有较强的碱性,水解产物中存在大量极性和非极性功能团,可以有效降低溶液的表面张力并改善单晶硅片表面的润湿效果,有利于在单晶硅片表面形成满足实验要求的绒面结构,因此,可以单独采用碳酸钠溶液腐蚀单晶硅片.2000年,Y.Nishimoto等[3]报道了碳酸钠溶液对单晶硅表面腐蚀的影响,指出在碳酸钠溶液中加入不同质量的氢氧化钠使制作绒面的反射率有不同程度的提高,不利于制作绒面的形成.我们的实验是在氢氧化钠溶液中加入异丙醇后再加入碳酸钠溶液,使用了双重表面活性剂.实验结果表明,加入质量分数为0.5%的碳酸钠溶液,在波长为700～900 nm之间获得反射率为11.22%的减反射绒面,这对制作绒面的反射率影响不大;而加入质量分数为0.3%的碳酸钠溶液,获得反射率为14.27%的减反射绒面,大大提高了制作绒面的反射率,反而不利于制作绒面的形成.因此,从实验结果和成本因素考虑,使用氢氧化钠-异丙醇溶液对单晶硅片刻蚀时,不添加碳酸钠溶液也可以制备出反射率较低的减反射绒面.【相关文献】[1] Xi Z Q,Yang D R,Que D L.Texturization of monocrystalline silicon with tribasic sodium phosphate[J].Sol Energy Mater Sol Cells,2003,77:255-263.[2] 杨志平.硅酸钠在太阳能电池单晶硅表面织构化的作用 [J].硅酸盐学报,2005,33(12):1472-1476.[3] Nishimoto Y,Namba K.Investigation of texturization for crystalline silicon solar cells with sodium carbonate solutions[J].Sol Energy Mater Sol Cells,2000,61:393-402.[4] You J S,Kim D,Huh J Y.Experiments on anisotropic etching of Si in TMA H[J].Sol Energy Mater Sol Cells,2001,66:37-44.[5] 席珍强.单晶硅太阳电池的表面织构化 [J].太阳能学报,2002,23(3):285-289.[6] 李海玲,赵雷,周春兰,等.单晶硅太阳电池中不同绒面制备方法的比较 [C]//杨德仁,汪雷.第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代.杭州:浙江大学出版社,2008:104-108.。
单晶硅片的应用领域
单晶硅片的应用领域单晶硅片是一种具有广泛应用领域的材料，在现代科技发展过程中扮演着重要的角色。
本文将从不同的角度探讨单晶硅片的应用领域，帮助你更全面、深入地理解它的重要性。
一、太阳能电池领域在太阳能电池领域，单晶硅片是最常用的材料之一。
太阳能电池将阳光转化为电能，而单晶硅片作为太阳能电池的核心部件，承担着将光能转化为电能的关键作用。
由于单晶硅片具有较高的光电转换效率和优异的电子特性，使得单晶硅太阳能电池在市场上具有更高的竞争力。
单晶硅片还具有良好的稳定性和长寿命，使得太阳能电池具备更长久的使用寿命。
二、半导体领域单晶硅片也是半导体领域中广泛使用的材料之一。
作为半导体材料，单晶硅片具有优良的电子特性，能够承担电子在固体中的传输和控制功能。
由于单晶硅片具有较高的纯度和晶体结构的完整性，使得它在半导体器件制造中表现出色。
单晶硅片常被应用于集成电路（IC）和光电器件等领域，用于制造晶体管、二极管、传感器等关键元件，以实现电子器件的高性能和可靠性。
三、光学领域在光学领域，单晶硅片具有独特的光学性质，因此被广泛应用于激光技术、光学仪器和光学器件制造中。
由于单晶硅片的折射率和透明性良好，使其成为制造光学透镜、窗口和棱镜等部件的理想材料。
单晶硅片还具有较低的光学散射和吸收特性，有利于提高光学系统的传输效率和光学信号的质量。
四、医疗领域在医疗领域，单晶硅片也有着重要的应用。
在生物医学领域，单晶硅片可以用于制造生物传感器和医学探针等高精度的生物传感器设备，用于检测和分析生物样品中的生物分子和微量成分。
单晶硅片还可以用于制造人工晶体和医用透镜等医疗器械，用于矫正人眼的屈光不正和进行眼部手术。
单晶硅片在太阳能电池、半导体、光学和医疗等领域都有着广泛的应用。
它的优异性能和多功能特性使得单晶硅片成为现代科技发展中不可或缺的关键材料之一。
随着科技的不断进步和创新，相信单晶硅片在更多领域中将发挥出更大的潜力和作用。
单晶硅片的应用领域是非常广泛的。
晶体硅的作用
晶体硅的作用晶体硅是一种非常重要的材料，它在许多领域都发挥着重要的作用。
本文将详细介绍晶体硅的作用及其在不同领域的应用。
1. 电子领域在电子领域，晶体硅被广泛用于制造半导体器件，例如晶体管、集成电路、太阳能电池等。
晶体硅的这些应用都与它的半导体特性有关。
晶体硅在纯度方面要求非常高，因为杂质会影响它的电导率。
在制造过程中，晶体硅通常需要通过多次精细的加工才能达到所需的纯度，并且必须保持在一定温度范围内。
这些工艺成本高昂，但是由于晶体硅在电子领域的广泛应用，这些成本是完全可以接受的。
2. 太阳能领域晶体硅是制造太阳能电池的主要原材料。
太阳能电池将太阳光转换为电能，晶体硅是太阳能电池中的关键材料。
制造太阳能电池需要高纯度的晶体硅，因为杂质会影响它的光电转换效率。
晶体硅制成的太阳能电池效率高、寿命长，所以是目前最常见的太阳能电池类型之一。
3. 化学领域晶体硅在化学领域也有广泛的应用。
它可以作为催化剂、吸附剂、分离材料等。
晶体硅的这些应用都与它的化学稳定性和高比表面积有关。
晶体硅可以通过不同的制备方法得到不同的孔结构和表面性质，因此可以根据需要进行调整以满足不同的应用需求。
4. 生物医学领域晶体硅在生物医学领域也有广泛的应用。
它可以被制成微米级别的纳米材料，用于药物输送、生物传感、组织工程等。
晶体硅的这些应用都与它的生物相容性、生物可降解性和高比表面积有关。
晶体硅纳米材料可以通过不同的制备方法得到不同的孔结构和表面性质，因此可以根据需要进行调整以满足不同的应用需求。
晶体硅在现代科技中扮演着非常重要的角色。
它的应用范围广泛，可以用于制造电子器件、太阳能电池、化学材料和生物医学材料等。
随着科技的不断发展，晶体硅的应用也在不断拓展，未来将有更多的应用领域涉及到晶体硅的应用。
单晶硅太阳能电池工作原理
单晶硅太阳能电池工作原理
太阳能电池是将太阳能转化成电能的一种装置，它的工作原理是光电效应。
单晶硅太
阳能电池是太阳能电池中普遍使用的一种类型，其主要材料为硅元素。
单晶硅太阳能电池的结构由多个硅片组成，硅片内部由多个PN结叠加而成。
当阳光照射到硅片表面时，光子在硅片内部被吸收并激发出电子，电子离开原子成为自由电子，同
时在原子内部也产生空穴，形成空穴电子对。
由于PN结的存在，空穴和自由电子会被分离，并在不同的电极上聚集起来，形成电势差，这就是太阳能电池产生电能的原理。
通常情况下，单片硅太阳能电池可以产生0.5-0.6伏特电压，这并不足够满足需要，
因此多个单片硅太阳能电池需要串联或并联连接成为太阳能电池阵列，以增加输出电压和
电流。
其中，串联电池的电压可以得到有效提升，但当前会受影响的最小电压（如某些条
件下的阴天、晚上等）不能低于一定值，否则电池不能正常工作；并联电池的电流可以得
到有效提升，但也将增大功耗。
太阳能电池是一种形成直流电的装置，不适合直接供电交流用电设备，所以需要通过
逆变器将其转换为交流电。
经过逆变器转换后的电能可以直接供应到家庭用电设备中，或
者输出到电网上，以供其他用户使用。
由于太阳能电池具有环保、可再生、安全可靠等优点，近年来受到越来越多的关注和
广泛应用。
尽管单晶硅太阳能电池的制造成本较高，而且在阴天或晚上的时候无法产生电能，但其稳定性和高效性依旧受到认可，并且被广泛用于太阳能发电系统、太阳能电灯及
其他太阳能设备中。
单晶硅和多晶硅的用途
单晶硅和多晶硅的用途硅是一种广泛应用于电子器件和太阳能电池等领域的重要材料，而单晶硅和多晶硅则是硅材料的两种常见形态。
本文将介绍单晶硅和多晶硅的特点及其在不同领域的应用。
一、单晶硅单晶硅是指硅晶体生长过程中形成的单一晶体，具有高度的纯度和晶体结构的完整性。
单晶硅的晶体结构均匀，具有优异的电学性能和机械强度，因此广泛应用于半导体器件制造、太阳能电池和光电器件等领域。
1.半导体器件单晶硅是半导体器件制造的重要材料之一，如集成电路、光电器件、传感器等。
在集成电路中，单晶硅被用作芯片的基底材料，通过在芯片表面刻蚀形成电路元件。
单晶硅的高纯度和晶体结构的完整性确保了芯片的稳定性和可靠性，因此是制造高性能芯片的理想材料。
2.太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，单晶硅是其最主要的材料之一。
太阳能电池是由多个单晶硅晶片组成的，单晶硅晶片经过切割、抛光和腐蚀等工艺制成太阳能电池片。
单晶硅太阳能电池片具有高转换效率、长寿命和稳定性好等优点，因此是目前最常见的太阳能电池材料。
3.光电器件单晶硅还被应用于光电器件制造中，如光纤通信器件、光电开关等。
光电器件中的单晶硅被用作光电探测器的基底材料，通过在表面沉积光敏材料制成光电探测器。
单晶硅的高纯度和晶体结构的完整性确保了光电器件的稳定性和可靠性。
二、多晶硅多晶硅是指硅晶体生长过程中形成的多个晶粒的聚合体，具有较低的纯度和晶体结构的不完整性。
多晶硅的晶粒大小不均匀，形状不规则，因此在电学性能和机械强度方面不如单晶硅。
然而，多晶硅的制造成本低，生产效率高，因此在太阳能电池和普通电子器件制造中得到广泛应用。
1.太阳能电池多晶硅太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，是目前最常见的太阳能电池材料之一。
多晶硅太阳能电池的制造成本低，生产效率高，因此在大规模生产太阳能电池时被广泛应用。
多晶硅太阳能电池的转换效率较单晶硅低，但随着技术的不断进步，多晶硅太阳能电池的转换效率也在逐步提高。
太阳能电池生产工艺
太阳能电池生产工艺太阳能电池的生产依次分为前清洗(制绒)、扩散、刻蚀、PEVCD(镀SiN x减反膜)、丝网印刷、烧结、测试分选七个步骤。
一、前清洗工艺前清洗的目的在于清除表面油污和金属杂质、去除硅片表面的机械损伤层、形成起伏不平的绒面，通过增加表面积和多次反射增加硅片对太阳光的吸收。
对单晶硅而言，制绒工艺是利用低浓度碱溶液对晶体硅各个晶面腐蚀速率的不同，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌，就称为表面织构化，俗称制绒。
通过制绒工艺，可以达到去除单晶硅片表面在切片过程中产生的损伤层的目的，同时制成金字塔形状的表面以减小反射损失。
对多晶硅而言，是利用HNO3和HF 分别和Si和SiO2进行各向同性反应。
反应中表面产生一些凹低不平的起陷光的作用凹坑。
二、扩散扩散工艺的目的是将P型(掺硼)硅衬底在高温下，表面形成一层N型(掺磷)反型层，在硅片上形成一个P-N结。
具体原理为当磷（产线采用的磷源为三氯氧磷）沉积在硅片表面后，表面与内部存在浓度梯度，磷原子在高温驱动下穿过晶格到达其平衡位置，在硅片片面形成N型层。
然后通过测试方阻来判断P-N 结质量。
三、后清洗工艺后清洗的目的在于去掉下表面和边缘的N型硅,使得硅片边缘相互绝缘；同时去除表面多孔硅、表面形成的磷硅玻璃和部分死层。
工艺流程包括上料、去边结（HNO3、HF、H2SO4）、水洗、碱洗、水洗、去PSG（HF）、水洗、吹干、下料。
四、PEVCDPECVD钝化的目的在于以下三点：○1在正表面镀一层减反增透膜，减少光的反射，增加电池对光线的吸收；○2钝化硅体内的悬挂键等缺陷，即氢钝化；○3对电池正表面进行保护，防止氧化。
PECVD是利用高频电源辉光放电产生等离子体对化学气相沉积过程施加影响的技术。
由于等离子体存在，促进气体分子的分解、化合、激发和电离，促进反应活性基团的生成，这些基团经一系列化学和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
反应过程中有大量的氢离子注入到硅片中，使硅片中悬挂键饱和、缺陷失去活性，达到表面钝化和体钝化的目的。
晶体硅太阳能电池结构及原理
射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域
内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接
近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁
波反射系数R为：
R=
2 −0 .
2
2 +0 . 2
18
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
比(111) 面快。
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为
（111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
可通过不同途径实现表面织
构化：晶体硅可通过腐蚀晶
面的刃面来实现织构化
如果晶体硅表面是沿内部原
子排列的，则织构化表面类
似金字塔。商业单晶硅电池
常用的手段。
21
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
电极图形设计：设计原则是使电池的输出最大。要兼顾两个方面：
使电池的串联电阻尽可能小，电池的光照作用面积尽可能大。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
1.
电极材料的选择
(1) 能与 硅形成牢固的接触;
(2) 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小；
(3) 有优良的导电性；
（n=2.3）、Al2O3（n=1.86）、SiO2（n=1.44）
19
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
单晶硅太阳能电池在不同入射角与不同防反射材质条件下的光反射率：
20
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
上电极
上电极的作用是将移动至表面的电子/空穴取出，以形成外部电流，
提供给外部负载。由于电极与硅材料接触，为了降低串联电阻，电极
晶硅太阳能电池技术及其应用详解
单晶硅太阳能电池的工艺-扩散
单晶硅太阳能的工艺-刻蚀
刻蚀的作用：去除扩散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用湿法刻蚀）
湿法刻蚀原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在张力的作用下吸附在硅
片表面：
4HNO3 +3Si
3SiO2 +4NO+2H2O
SiO2 +4HF SiF4+2HF
2013年，松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%，突破了光伏产业界最高理论效 率极限，人们再次评估各种技术的性能和成本区间 2013-2015年，采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。
晶硅太阳能电池工艺
制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片 表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成 P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧 结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜 ，单晶硅太阳电池的单 体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件 （太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框 架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模生产的单 晶硅太阳电池的光电转换效率为20％左右，实验室成果也有24％以上的。
小氮（N2）：将三氯氧磷吹进石英管， 控制P源浓度
三氯氧磷（POCl3）：扩散P源，温度 控制在20℃
单晶硅太阳能电池的工艺-扩散
插片
进舟
回温氧化
预沉积
升温
外观检查
卸片
降温出舟
推井
注意事项： 1.卸片时要注意是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻 2.一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场，由专业人员对现场进 行处理。
单晶硅的作用
单晶硅的作用单晶硅是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用。
它的作用主要体现在以下几个方面：1. 单晶硅在电子领域的应用单晶硅是制造集成电路芯片的主要材料之一。
集成电路芯片是现代电子产品的核心部件，如计算机、手机、平板电脑等。
单晶硅通过高纯度的制备工艺，使得它具有非常优良的电子特性，能够实现高速、低功耗的电子器件。
同时，单晶硅的热导率也很高，能够有效地散热，确保电子器件的稳定运行。
2. 单晶硅在光伏领域的应用光伏发电是一种利用太阳能转化为电能的技术，而单晶硅是制造光伏电池的主要材料。
光伏电池是将太阳光直接转化为电能的装置，具有清洁、可再生的特点。
单晶硅具有良好的光电特性，能够高效地吸收太阳光并转化为电能。
目前，光伏电池已经广泛应用于太阳能发电系统、户用光伏发电和光伏电站等领域。
3. 单晶硅在光学领域的应用单晶硅具有优良的光学性能，因此在光学领域也有广泛的应用。
例如，单晶硅可以用来制造高质量的光学元件，如镜片、透镜和棱镜等。
此外，单晶硅还可以用于制造光学仪器，如望远镜、显微镜和光谱仪等。
这些光学器件和仪器在科学研究、医学诊断、光学通信等方面发挥着重要作用。
4. 单晶硅在太阳能热利用领域的应用除了光伏发电，单晶硅还可以应用于太阳能热利用领域。
太阳能热利用是利用太阳能的热量进行供暖、热水和空调等用途的技术。
单晶硅可以制成高效的太阳能热吸收板，通过吸收太阳能的热量，并将其转移到热水或空气中，实现能源的利用。
这种技术在节能减排、可持续发展等方面具有重要意义。
单晶硅作为一种重要的半导体材料，具有广泛的应用。
它在电子、光伏、光学和太阳能热利用等领域发挥着重要作用，推动了现代科技的发展和能源的可持续利用。
随着科技的不断进步，相信单晶硅的应用将会越来越广泛，为人们的生活带来更多便利和发展机遇。
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第33卷第12期硅酸盐学报Vol.33,No.12 2005年12月J OURNAL OF T H E CHIN ESE CERAMIC SOCIET Y December,2005硅酸钠在太阳能电池单晶硅表面织构化的作用杨志平1,杨 勇1,2,励旭东2,许 颖2,王文静2(1.河北大学物理科学与技术学院,河北 保定 071002;2.北京市太阳能研究所,北京 100083)摘 要:在单晶硅太阳电池的制备过程中,通常利用晶体硅[100]和[111]不同晶向在碱溶液中各向异性腐蚀特性,在表面形成类似于“金字塔”的绒面结构,使得入射光在硅片表面多次反射,提高入射光吸收效率,可提高单晶硅太阳电池的转换效率。
实验探索了一种廉价的硅织构化腐蚀技术,即单独采用Na2SiO3代替传统的氢氧化钠和异丙醇溶液,以减少价格较高的异丙醇的用量,降低成本。
不采用异丙醇或其他机械消泡的条件下,用质量分数为5%的Na2SiO3溶液在80℃腐蚀120min,单晶硅片表面可获得最佳反射率为12.56%的减反射绒面。
虽然与传统的氢氧化钠和异丙醇溶液效果相比,单独使用Na2SiO3溶液腐蚀单晶硅片表面的反射率和均匀性略差,但在传统的氢氧化钠和异丙醇体系中加入质量分数为0.1%的Na2SiO3也会促进腐蚀反应的进行,获得更加均匀的减反射绒面。
关键词:单晶硅;绒面;硅酸钠;太阳能电池中图分类号:T K514 文献标识码:A 文章编号:04545648(2005)12147205EFFECT OF SODIUM SIL ICATE ON TEXTURE OF SING L E CR YSTALL INESI L ICON WAFER FOR SOLAR CE LLYA N G Zhi pi ng1,YA N G Yong1,2,L I X udong2,X U Ying2,W A N G Wenj ing2(1.Physics Science and Technology College,Hebei University,Baoding 071002,Hebei;2.Beijing Solar Energy Research Institute,Beijing 100083,China)Abstract:In the production process of single crystal silicon solar cells,a pyramid type suede structure on the single crystal sili2 con wafer is formed by anisotropic corrosion of the[100]and[111]dirctions of single crystal silicon in the alkaline solution. This structure can enhance the efficiency of the solar cell because its multi2reflection results in the increase of the absorptivity of incidence light.A cheaper solution of Na2SiO3is used instead of the conventional solution of NaO H+IPA(isopropyl alcohol)in the c2Si wafer etching process.A wafer with a suede structure and a mean reflectivity of about12.56%was obtained after cor2 rosion with5%(in mass)Na2SiO3solution at80℃for120min without mechanical de2bubbling.The reflectivity and uniformity on the surface of wafers corroded by using Na2SiO3solution only are not as good as those corroded by using the NaO H+IPA solution.Furthermore,the addition of a small quantity of Na2SiO3into a conventional sodium solution of NaO H+IPA can greatly promote the etching reaction in the process and obtain a more homogeneous anti2reflection texture.K ey w ords:single crystal silicon;texture;sodium silicate;solar cell 如何提高硅片转换效率是太阳电池研究的重点,而有效地减少太阳光在硅片表面的反射损失是提高太阳电池转换效率的一个重要方法[1]。
在晶体硅太阳能电池表面沉积减反射膜或制作绒面是常用的两种方法,其中在硅片表面制作绒面的方法以其收稿日期:20050328。
修改稿收到日期:20050822。
第一作者:杨志平(1957～),男,教授。
工艺简单、快捷有效而备受青睐。
化学腐蚀单晶硅片是根据碱溶液对硅片的[100]和[111]晶向的各向异性腐蚀特性,通过在单晶硅表面形成随机分布的金字塔结构绒面,增加光在硅片表面的反射吸收次数,从而有效地降低R eceived d ate:20050328.Approved d ate:20050822.First author:YAN G Zhiping(1957—),male,professor.E m ail:yangzhiping786@太阳电池的表面反射率[2]。
在工业生产领域,单晶硅表面腐蚀采用的是氢氧化钠和异丙醇溶液体系,表面反射率可以控制在12%以下。
当前国内外有许多研究小组在从事关于单晶硅表面碱溶液腐蚀的研究,所采用的多为NaO H, KO H或K2CO3等碱溶液[3～5],但需加入异丙醇或乙醇作为添加剂,以获得较理想的表面反射率和实验重复性。
由于异丙醇的成本较高,不利于工业生产,寻找无须加入异丙醇的碱腐蚀溶液成为该领域的研究热点。
已有的研究包括席珍强等[6]报道的Na3PO4, Nishimoto等[7]报道的Na2CO3,Na HCO3混合液, Y ou等[8]报道的TMA H(四甲基氢氧化氨)溶液等,但实验结果重复性差,同时有机物存在成本高、污染大的不足。
为此,采用Na2SiO3溶液作为腐蚀液,不加入异丙醇,在80℃,研究了不同腐蚀反应时间对单晶硅表面反射率的影响。
同时,研究了在传统的NaO H和异丙醇体系中,加入少量的Na2SiO3对腐蚀反应的影响。
1 实 验1.1 原理在较高的温度下,碱性水溶液(均为水溶液)中的单晶硅会发生如下的腐蚀反应:Si+6O H-SiO32-+3H2O+4e4H++4e2H2↑总的反应方程式为Si+2O H-+H2O SiO32-+2H2↑由于硅晶体不同晶向的硅原子排列间距有异,因此碱溶液的腐蚀速度也不相同。
一般说来,碱溶液浓度和温度较高时,在单晶Si的[100]和[111]方向的腐蚀速度相似,常用于去硅片表面的机械损伤层。
碱溶液浓度较低时,晶体硅的[100]和[111]方向的腐蚀速度差别较明显,速度比值被称为“各向异性因子”(anisot ropic factor,A F)。
因此,通过改变碱溶液的浓度和温度,可以有效地改变各向异性因子,使在[100]方向的腐蚀速度较快,而在[111]方向的腐蚀速度较慢,从而在硅片表面形成密集分布的“金字塔”结构的减反射绒面。
1.2 表面腐蚀和检测实验所用的样品是表面为[100]晶向单晶硅片,电阻率为3.2～4.0Ω・cm。
首先将单晶硅片在85℃,20%(质量分数,下同)NaO H溶液中反应约10min,所得样品的各向异性因子约等于1,单晶硅各晶向均匀腐蚀,单面腐蚀厚度约30μm,完全除去了硅片表面的机械损伤层。
在不使用机械鼓泡装置和异丙醇的条件下,配置适当浓度的Na2SiO3溶液,通过改变反应温度和时间,制备了单晶硅片的减反射绒面;在NaO H和异丙醇(isopropyl alcohol,IPA)腐蚀液中加入011%(质量分数,下同)Na2SiO3,研究了不同温度和时间条件下Na2SiO3对绒面制备的影响。
用Cary500Scan测量制作绒面前后单晶硅片的表面反射率。
用J EM6301F扫描电镜(scanning elect ron microscope,SEM)观察样品绒面的表面形貌。
2 结果和讨论2.1 反应时间和浓度对反射率的影响图1所示是不加入IPA,采用5%Na2SiO3溶液,分别在75,80℃和85℃反应15,30min和60 min后,制作的样品的绒面的平均反射率。
图1 含5%Na2SiO3的水溶液腐蚀的单晶硅的平均反射率与反应温度和时间的关系Fig.1 Relationship of the average reflectivity corroded by the water solution with5%(in mass,the same be2low)Na2SiO3and the reaction temperatures andtime1———85℃;2———75℃;3———80℃如图1所示:在不同的温度条件下,单晶硅片的平均反射率随时间增长而下降;在反应时间为15min时,平均反射率比较接近,大约为16.5%, 60min时85℃制作绒面的反射率降低较小,80℃制作的绒面有较好的减反射效果,延长反应时间,反射率变化趋于平缓,在120min时,平均反射率达到・3741・ 第33卷第12期 杨志平等:硅酸钠在太阳能电池单晶硅表面织构化的作用12.56%。
Na 2SiO 3在水中存在以下的水解反应:Na 2SiO 3+2H 2O =Na H 3SiO 4+NaO H 2Na H 3SiO 4=Na 2H 4Si 2O 7+H 2O也可将水解反应写为2Na 2SiO 3+H 2O =Na 2Si 2O 5+2NaO HNa 2SiO 3水溶液具有较强的碱性,多次水解产物中包含有硅酸、多种硅酸盐和硅酸氢盐,其中存在大量的极性和非极性功能团,可以有效降低溶液的表面张力并改善单晶硅片表面的润湿效果,有利于在单晶硅片表面形成满足实验要求的绒面结构。