超低浓度NA2CO3NAHCO3溶液对晶体硅太阳电池的织构化研究.pptx

超低浓度 na 2 co 3 / 3 溶液 对晶体硅太阳电池的织构化研究,仲玉泉 2011.10.20,摘要,本文应用了一种新奇的稀释碳酸盐/重碳酸盐对太阳电池的单晶硅进行织构化处理。在溶液中反应物的含量与之前我们小组发现的最佳值相比减少了20倍，与相关文献中的优化的最低值相比减少了12倍。使用这种低成本无危险的溶液无需以异丙醇作为添加剂，因而可以减少太阳电池工序的成本。,一、介绍,1.单晶硅太阳电池的绒面处理广泛用于提高转换效率。绒面会减少反射，增加收集的光子，因而也增加了太阳电池短路电流。对于单晶硅而言，碱腐蚀由于各向异性的特点在硅表面产生的金字塔型结构而广受关注。许多溶液都能达到这个目的，但其中碳酸盐/重碳酸盐溶液被认为是危害性、危险性和成本最低。,一、介绍,2.另一个优点是：通常用于控制基于koh和naoh溶液腐蚀的反应速率的添加剂，如异丙醇等，是不需要的。因而降低了生产成本。在基于异丙醇的工序中，在反应过程中必须要不断将其加入溶液中来补偿蒸发，这样就增加了成本。最近，有被其它醇类如叔丁醇（甲基丙醇）替代的趋势。 另一个例子是使用乙醇与次氯酸钠（naocl）的组合来产生金字塔型结构。之前已经显示在这种碱液的腐蚀下可以避免锯状损伤（saw-damage）,一、介绍,金字塔的形状与尺寸可以通过反应的参数来控制，如温度、反应时间、试剂的浓度等。重碳酸盐的添加可以减慢刻蚀速率。 在之前已经确定了一组最优值是溶液中含na2co3 20% wt /nahco3 4% wt 。在参考文献中出现了最佳浓度值的范围是2% 到 25%.还有人以5%的浓度做过实验，但均匀性差且需要很长时间。在本文中使用了很低的化学浓度得到了合适的结果，增加了效率，降低了潜在的腐蚀成本。,二、实验,型和型单晶硅晶向硅片和硅片经过hf浸洗之后放到两种不同的na2co3/ nahco3溶液中刻蚀，时间为20到30分钟。 浓度如下：溶液a，na2co3 20% wt/nahco3 4% wt; 溶液b, na2co3 1% wt/nahco3 0.2% wt.,二、实验,在反应过程中，溶液ph值用试剂测试。硅片为100100-mm2 ，腐蚀后经过化学清洗，再放入含磷溶液中形成电池发射极（？）。通过pecvd法沉积一层sinx层作为减反射层和钝化层。最后，通过丝网印刷在背面镀上铝层，在前面镀上银以形成欧姆接触。 绒面硅片的反射系数的测量用分光光度计测量。 内量子效率与外量子效率的关系由下式给出： iqe = eqe（） 1（） (1) 其中（）是反射系数。,三、结果与讨论,1表面织构 经过20分钟后溶液的平均刻蚀速率分别是： 溶液为1.13/min, 溶液为./min。 赛德尔已经描述过通过碱液对硅进行各向异性腐蚀的氧化还原过程， 其中氧化反应是： si + 4 oh si（oh)4 + 4e- (2) 还原反应是 4h2o + 4e- 4oh- + 2h2 (3),三、结果与讨论,1表面织构 他们也把溶液中水的含量当作是激活物质和必需品，认为在反应中水的浓度起着重要作用，这可以从上式中看出来。水提供了氢氧根离子（ oh ），从而促使反应向右进行。由于激活能是由氢氧根（ oh ）提供，并且反应过程自动催化，使得碳酸钠/碳酸氢钠浓度的减少不会显著降低碱液腐蚀的效果. 随着溶液b中腐蚀的持续，值相应有一个微小的变化（见表），这进一步肯定了上述设想。结果显示在低浓度下进行这种反应是有可能的。,三、结果与讨论,1表面织构,三、结果与讨论,1表面织构 图1显示经过20分钟后a和的扫描电子显微镜绒面图。从图中可以看出中金字塔的结构比a中的小。a中平均尺寸为10m宽3m高，b中为4m宽不到2m高。另外，中金字塔形状更加尖利，这与马雷罗的结果一致，即腐蚀速率越高，金字塔越高越平滑。,三、结果与讨论,1表面织构 图显示了a和b的反射谱。经过20分钟后，比a得反射低3%。经过硅表面氮化物减反射层的沉积，swr分别为3.57%，3.72%。,三、结果与讨论,1表面织构 溶液的过程也可以用于对不同的衬底进行刻蚀，反应时间为分钟。刻蚀速率及刻蚀后的swr值见表2.,三、结果与讨论,1表面织构 从图2中可以看出对于p型直拉硅，经过30分钟刻蚀后值降低到11.69。这是由于金字塔更加尖利。,三、结果与讨论,1表面织构 类似的结果也可以在区熔硅材料（型或型）上得到，不过与型直拉硅相比出现了一些稍大的金字塔结构（图3（c）（d）。刻蚀的速率也比较低，可能是由于表面缺陷比较少，而正是这些缺陷起着诱导腐蚀进行的作用。在先前的工作中，溶液a用于n型直拉硅以研究a-si/c-si异质结太阳电池的绒面性能。发现这种工艺得不到好的绒面，因而需要优化。不过溶液可被用于硅，在形貌和反射性上与型直拉硅的结果类似，从而使得这种工艺成为异质结太阳电池制作绒面的备用方案。 另一方面，型直拉硅的形貌更加不规则，见图（）。因而反射高。对于这种衬底还需要进一步调整参数。造成不同结果的原因是由于衬底的表面特性不一（如表面态、纳米量级的粗糙度）影响了腐蚀速率。,三、结果与讨论,2.织构化的太阳电池结果 电学参数见表.溶液b的效果更好。由于b的反射低，因而 sc 高。金字塔尺寸小，所以便于太阳电池的扩散工艺和电极的构造。这些效果使开路电压和填充因子增加,三、结果与讨论,2.织构化的太阳电池结果,内量子效率如图4.可以看出b的更高，尤其是在短波部分。显示出前表面钝化的改善，可能是由于金字塔尺寸小导致在表面复合速率低。,三、结果与讨论,3. 工业应用的初步设想 在这里报道的实验和结果都是在实验室里完成的。为了使这种工艺应用于工业并评估出这种溶液的使用寿命，在的加热浴中填满超低浓度碳酸盐碳酸氢盐溶液。经过次反应，每次能刻蚀出至少 尺寸的硅片，溶液在每一次反应后冷却至室温。不过还需要做进一步的实验来确定精确的参数、改进工艺和优化结果，从而决定溶液是否还能再用。,三、结果与讨论,4.总结,本文研究了一种碳酸盐重碳酸盐溶液并应用于单晶硅太阳电池织构工艺。实验结果显示，这种比相关文献中的最低浓度还要低倍的溶液也能提高太阳电池的转换效率。总的来说，研究的参数（反射系数、短路电流、开路电压、串联电阻、转换效率和内量子效率）在使用稀释的溶液后都