一种多晶硅表面倒金字塔结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种多晶硅表面倒金字塔结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]常规多晶硅绒面结构均为微米级蠕虫状结构，多晶硅的绒面制作是利用硅的各向异性特性，使用酸腐蚀在表面形成蜂窝状结构，具有一定的陷光作用，可以降低硅片表面的反射率。
[0003]现还有一种新的纳米陷光结构一般称之为“黑硅”，其通过适当的刻蚀或腐蚀的方法纳米尺度的各种圆锥、圆柱的森林结构或密集分布的孔洞结构，具有良好的陷光作用，能够显著降低硅片表面的反射率，被认为是可以有效提高太阳能电池转化效率的结构。目前有许多实验室能够通过不同的方法制备出黑硅。如飞秒激光脉冲法、等离子体刻蚀法及金属离子辅助刻蚀法等。不同方法可以制备不同的黑硅结构并且反射率可以做的很低。但这种原始的黑硅纳米陷光结构通常具有结构较小、密、深且缺陷多，甚至有杂质沾污在表面，虽然光学上优势明显，与目前的晶硅太阳电池制造工艺并不匹配。黑硅结构如果没有进行优化的话，将导致严重的表面复合反而使太阳电池的效率下降。
[0004]多晶硅表面倒金字塔陷光结构为使用一种不同于酸碱腐蚀的湿化学方法制成，最大限度的减小各向异性的影响，可以将不同纳米结构的黑硅通过氧化腐蚀成具有规则的倒金字塔结构的纳米绒面结构。与现有技术相比，其有益效果是多晶黑硅表面重构的结构为倒金字塔结构且结构较大、孔较深，更好的保证了黑硅低反射率的特性又使硅片易于钝化，从而改善了多晶太阳电池的电性能，有效提升了电池的转化效率。而且对设备的要求不高，在产业化生产过程中能够得到广泛应用。
[0005]因此，如何增加硅片表面光的吸收，同时不增加其表面复合，能够提高太阳电池转化效率，且方法便捷可行可产业化，具有重要意义。
【发明内容】
[0006]发明目的:本发明提供了一种多晶硅表面倒金字塔结构及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
[0007]技术方案:为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]—种多晶硅表面倒金字塔结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009]步骤一、多晶硅硅片表面损伤层去除:将经过清洗后的多晶硅硅片置于氢氟酸和1^03的混合溶液中，进行表面机械损伤层去除；
[0010]步骤二、多晶硅硅片表面黑硅结构制作:采用金属离子辅助刻蚀法或使用飞秒激光脉冲法或反应离子刻蚀法进行黑硅制作；
[0011]步骤三、多晶硅硅片表面倒金字塔织构的制作:先将上述方法制的黑硅置于含有双氧水和乙醇胺的混合液中浸洗，然后将洗好的黑硅置于双氧水、氢氟酸、偏磷酸及氟化铵的混合液再次浸洗；或者仅将黑硅置于双氧水、氢氟酸、偏磷酸及氟化铵的混合液浸洗；即可在多晶娃娃片表面制得倒金字塔结构；
[0012]步骤四、多晶硅硅片的清洗:将表面具有倒金字塔结构的多晶硅硅片在HF溶液中清洗，再放入纯水清洗，最后用1干。
[0013]进一步的，所述步骤一中氢氟酸和ΗΝ03的混合溶液中，氢氟酸的体积分数为12 %?15 %，ΗΝ03的体积分数60 %?65 %，纯水体积分数20 %?28 %，反应温度为7?9°C，反应时间为l-2min。
[0014]进一步的，所述步骤二中金属离子辅助刻蚀法:将去除损伤层后的多晶硅硅片置于氢氟酸和硝酸银的混合溶液中进行银颗粒沉积，再将沉积完成的多晶硅硅片置于氢氟酸和双氧水的混合溶液中进行化学腐蚀，得到纳米黑硅；
[0015]进一步的，所述步骤二金属离子辅助刻蚀法中，氢氟酸和硝酸银的混合溶液中百分比浓度配比为，纯水92% -99 %、氢氟酸0.1 %?3%和硝酸银0.1 %?5%，反应温度为8°C _30°C，反应时间为10?100s ;氢氟酸和双氧水的混合液中百分比浓度配比为，纯水85% -98 %、双氧水1% -5%和氢氟酸1% -10%，反应温度为8 °C -60°C，反应时间为120s_500so
[0016]进一步的，所述步骤二中飞秒激光脉冲法:用激光脉冲法进行黑硅制作，将多晶硅硅片形成掩膜层，在掩膜层上形成预定图形通孔阵列，对图形掩膜多晶硅硅片进行刻蚀，在多晶硅硅片上形成预定图形凹槽阵列，去除掩膜层，将多晶硅硅片置于六氟化硫或硫化氢气体中，使用400-1000波长的激光，其脉冲为500-2100个辐照硅片，得到纳米黑硅；
[0017]进一步的，所述步骤二中反应离子刻蚀法:将多晶硅硅片置于真空室中，用低能离子束均匀照射多晶硅硅片，然后将照射后的多晶硅硅片置于反应离子刻蚀真空室中，制得黑娃样品；
[0018]进一步的，所述步骤三中，含有双氧水和乙醇胺的混合液，其百分比浓度配比为纯水68% -97%、乙醇胺0% _2%、氨水1%?10%和双氧水2% -20 %，反应温度为8°C -30°C，反应时间为60s-500s ;双氧水、氢氟酸、偏磷酸及氟化铵的混合液，其百分比浓度配比为纯水73% -94.9%、双氧水4% _7%、氢氟酸0.1% _3%、偏磷酸0% _2%及氟化铵1% -15%，反应温度为50°C -80°C，反应时间为50s-600s。
[0019]进一步的，将步骤三得到的表面具有倒金字塔结构的多晶硅硅片再置入氨水和双氧水的混合液中清洗，再进行步骤四；所述氨水和双氧水的混合液，其百分比浓度配比为纯水70%?97%、双氧水2%?20%和氨水1%?10%，反应温度为8V -30V，反应时间为30 ?180so
[0020]进一步的，所述步骤四中HF的体积分数为1%?5%，纯水的体积分数为95%?99%，清洗时间范围为40?120s，纯水清洗时间范围为40?120s。
[0021]—种多晶硅表面倒金字塔结构，多晶硅硅片表面有若干个倒金字塔结构，每个倒金字塔结构在多晶硅硅片的表面显示为方形开口，沿方形开口的四个边分别向多晶硅片内部倾斜延伸，四个锥形平面连接形成倒金字塔结构的锥形；倒金字塔结构的方形开口的边长为100-1000纳米、垂直深度为50-800纳米，其倾斜的锥形平面法线与多晶硅硅片上表面法线间的夹角为20-65度；在多晶硅硅片表面上，倒金字塔结构是随机分布的，并相互之间有叠加。
[0022]有益效果:本发明采用了一种不同于酸碱腐蚀的湿化学方法，该方法可以最大限度的减小各向异性的影响，可以将不同纳米结构的黑硅通过氧化腐蚀，使其具有规则的多晶硅倒金字塔结构；本发明可对不同纳米结构和任何方法制作的黑硅进行再处理，形成多晶硅倒金字塔结构，多晶硅倒金字塔结构相对于传统多晶硅绒面，具有更加优异的陷光效果，对光的利用率更高，反射率更低，相对于传统黑硅小而密结构的高表面复合，其表面复合明显降低，原有多晶结构基础上形成的次结构较大，即倒金字塔结构的大小更大，倒金字塔结构的垂直深度较深，本发明更好的保证了黑硅低反射率的特性又使得硅片易于钝化，从而改善了多晶太阳能电池的电性能，有效地提升了太阳能电池的转化效率，使得太阳能电池的效率更高；同时纳米结构接近光波长，陷光效果显著，在真实环境中比功率发电量提升显著；本发明方法简单，操作方便，成本低廉，对设备的要求不高，在产业化生产过程中能够得到广泛应用。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1中多晶表面倒金字塔结构SEM图像；
[0024]图2是本发明对比1中黑硅未再处理SEM图像；
[0025]图3是本发明对比2中常规绒面SEM图像。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0027]本发明一种多晶硅表面倒金字塔结构及其制备方法，涉及在多晶硅上制作倒金字塔太阳能电池制作，以采用一种不同于酸碱腐蚀的湿化学方法制成，最大限度的减小各向异性的影响，可以将不同纳米结构的黑硅通过氧化腐蚀