CN101252155B - 多晶硅太阳能电池织构层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种利用激光全息法并结合湿法刻蚀方法的多晶硅太阳能电池织构减反层制造工艺。提供一种快速制作大面积周期性微结构、成本低廉、减反效果良好的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法。多晶硅硅片的预处理；在预处理后的多晶硅硅片表面的光刻胶材料上进行全息记录，制作二维周期性微结构；以光刻胶为结构模版，采用酸性腐蚀液将结构制作到硅材料中。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种利用激光全息法并结合湿法刻蚀方法的多晶硅太阳能电池织构减反层制造工艺。
背景技术
织构技术是一种降低表面反射率、提高光吸收的表面处理工艺，一般用于多晶硅太阳能电池的制作。由于多晶硅晶向杂乱，无法像单晶硅那样通过各向异性腐蚀得到类金字塔型的表面结构降低反射率，因此需要简单有效地对其表面进行减反处理，进而提高多晶硅太阳能电池的光电转换效率。
现有的织构技术，主要有以下几种方法：1)机械刻蚀(见文献：[1]systematic study towardshigh efficiency multicrystalline silicon solar cells with mechanical surface texturization，26thPVSC，1997)；2)激光刻蚀(见文献：[2]16.7％ efficient laser textured buried contact polycrystallinesilicon solar cell，Appl.Phys.Lett 55(22)，2363-2365，1989)；3)RIE刻蚀(见文献：[3]RIE-texturingof multicrystalline silicon solar cells，2000)；4)湿法刻蚀(见文献：[4]Investigation of AcidicTexturization for Multicrystalline Silicon Solar Cells，Journal of The Electrochemical Society，146(2)457-461，1999)；5)利用多孔硅进行刻蚀(见文献：[5]ANovel SiliconTexturization Method Basedon Etching Through a Silicon Nitride Mask，Res，Appl.2005；13：691-695)，等各种方法。但这些方法，有的加工工艺复杂，成本昂贵，如机械刻蚀、RIE刻蚀以及利用多孔硅进行刻蚀等方法；有的工艺简单，但减反效果不佳，如湿法刻蚀等。
综上所述，现有的织构技术由于工艺上的限制，具有成本昂贵工艺复杂，或者效果不佳等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速制作大面积周期性微结构、成本低廉、减反效果良好的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法。
本发明包括以下步骤：
1)多晶硅硅片的预处理；
2)在预处理后的多晶硅硅片表面的光刻胶材料上进行全息记录，制作二维周期性微结构；
3)以光刻胶为结构模版，采用酸性腐蚀液将结构制作到硅材料中。
多晶硅硅片的预处理可采用以下方法：将制作太阳能电池的多晶硅硅片抛光，清洗，吹干，第一次烘干，在多晶硅硅片表面甩一层正性光刻胶，第二次烘干。清洗可依次经甲苯、丙酮、乙醇、去离子水清洗，再用去离子水反复冲洗。吹干可用氮气吹干。第一次烘干可放入真空干燥箱内烘干，第二次烘干可放入真空干燥箱烘干，烘干的温度最好为110～130℃，烘干的时间最好为15～30min。
在多晶硅硅片表面的光刻胶材料上进行全息记录，制作二维周期性微结构可采用以下方法：将覆盖有光刻胶记录材料的多晶硅硅片置入光学系统中三组衍射光束重叠干涉的区域，进行曝光和显影，再放入干燥箱内进行烘干，烘干的温度最好为135℃，烘干的时间最好为30min。曝光的时间最好为20～250s；所述的显影可在室温条件下进行，最好用浓度为1.5％的NaOH显影液显影10～35s。
所述的光学系统可采用“在发光二极管中制备光子晶体的装置”(参见本申请人的发明专利CN200510078438.2)，该装置是利用多光束干涉原理通过曝光记录来实现周期性的微结构。
以光刻胶为结构模版，采用酸性腐蚀液将结构制作到硅材料中可采用以下方法：将利用全息法在多晶硅硅片记录下微结构图形的光刻胶材料作为掩膜版，对多晶硅硅片进行湿法刻蚀，刻蚀硅的腐蚀液用HF∶HNO3＝1∶4的溶液，腐蚀4～15s；然后用去离子水冲洗，再经丙酮超声清除残胶，即在多晶硅硅片上制作出具有六角周期性的微结构图样。
在具有六角周期性微结构图样的多晶硅硅片上，可进一步进行扩散、电极印刷、封装等工艺，最后完成整个多晶硅太阳能电池芯片的制作过程。与现有的其它制作方法比较，本发明具有制作速度快、成本低、效果好等优点，有利于产业化应用。
附图说明
图1为本发明实施例所采用的全息光学元件示意图。
图2为本发明实施例所采用的在发光二极管中制备光子晶体的装置示意图。
图3为本发明实施例1的刻蚀有周期为1.3μm微结构图形的多晶硅硅片显微镜照片。
图4为本发明实施例2的刻蚀有周期为2μm微结构图形的多晶硅硅片显微镜照片。
图5为本发明实施例3的刻蚀有周期为3.09μm微结构图形的多晶硅硅片显微镜照片。
图6为本发明实施例4的刻蚀有周期为4.1μm微结构图形的多晶硅硅片显微镜照片。
图7为本发明实施例5的刻蚀有周期为7μm微结构图形的多晶硅硅片显微镜照片。
图8为本发明实施例6的刻蚀有周期为11.2μm微结构图形的多晶硅硅片显微镜照片。
在图3～6中，标尺为10μm。在图7和8中，标尺为20μm。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
在多晶硅硅片表面制作微结构所用的设备和材料包括防震工作平台、激光器、空间滤波器、扩束镜、干版架、全息光学元件以及酸性腐蚀溶液等。
实施例1
参见图1和2，由激光器3输出的激光经空间滤波器4扩束之后，投射于全息光学元件1上。全息光学元件1如图1所示，采用全息术制作，由三组完全一样的呈120°对称的全息光栅2组成。当扩束后的激光垂直投射到全息光学元件1时，由于三组衍射光栅的作用，全息光学元件1衍射出三组衍射光，以相同的夹角在中心光轴上会聚，其干涉图样类似于六角晶体中的晶格结构。将记录材料放置在三束衍射光重叠干涉的区域，曝光后即可记录下六角周期性微结构图形。
激光器采用氩离子激光(波长458nm)，由记录材料的敏感波长而定。
利用全息法制作多晶硅太阳能电池微结构织构层的工艺流程说明如下：
第一步 按照规格尺寸准备好制作太阳能电池的多晶硅硅片。硅片抛光后，依次经甲苯->丙酮->乙醇->去离子水清洗，用去离子水反复冲洗后，用氮气吹干，放入真空干燥箱内进行第一次烘干。然后在硅片表面上甩一层正性光刻胶，再放入真空干燥箱进行第二次烘干。烘干的温度110～130℃，烘干的时间为15～30min。
第二步 将覆盖有光刻胶记录材料5的多晶硅硅片6，置入图2所示在发光二极管中制备光子晶体的装置中三组衍射光束重叠干涉的区域，调整三束光的夹角为13.58°，进行曝光和显影。曝光和显影的时间根据所记录的微结构周期、激光功率大小以及光束扩束大小等因素适当选取。记录微结构图形所用的激光功率40～60mW，曝光时间20～250s。在室温条件下，用浓度为1.5％的NaOH显影液显影10～35s，在放入干燥箱内进行后烘，后烘温度为135℃，时间约30min。
第三步 将利用全息法在硅片记录下微结构图形的光刻胶材料作为掩膜版，对多晶硅硅片进行湿法刻蚀。刻蚀硅的腐蚀液，用HF∶HNO3＝1∶4的溶液，在室温下腐蚀4～15s。然后用去离子水冲洗，再经丙酮超声清除残胶。由此即可在多晶硅硅片上制作出具有六角周期性的刻蚀有周期为1.3μm微结构图样，如图3所示。
制作了具有六角周期性微结构图样的多晶硅硅片，可进一步进行扩散、电极印刷、封装等工艺，即完成整个多晶硅太阳能电池芯片的制作过程。
实施例2
与实施例1类似，其区别在于调整三束光的夹角为8.78°，所得的刻蚀有周期为2μm微结构图形的多晶硅显微镜照片参见图4。
实施例3
与实施例1类似，其区别在于调整三束光的夹角为5.67°，所得的刻蚀有周期为3.09μm微结构图形的多晶硅显微镜照片参见图5。
实施例4
与实施例1类似，其区别在于调整三束光的夹角为4.27°，所得的刻蚀有周期为4.1μm微结构图形的多晶硅显微镜照片参见图6。
实施例5
与实施例1类似，其区别在于调整三束光的夹角为2.50°，所得的刻蚀有周期为7μm微结构图形的多晶硅显微镜照片参见图7。
实施例6
与实施例1类似，其区别在于调整三束光的夹角为1.56°，所得的刻蚀有周期为11.2μm微结构图形的多晶硅显微镜照片参见图8。
Claims (8)
1.多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)多晶硅硅片的预处理；
2)在预处理后的多晶硅硅片表面的光刻胶材料上进行全息记录，制作二维周期性微结构；
3)以光刻胶为微结构模版，采用酸性腐蚀液将微结构制作到硅材料中。
2.如权利要求1所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于多晶硅硅片的预处理采用以下方法：将制作太阳能电池的多晶硅硅片抛光，清洗，吹干，第一次烘干，在多晶硅硅片表面甩一层正性光刻胶，第二次烘干；清洗依次经甲苯、丙酮、乙醇、去离子水清洗，再用去离子水反复冲洗；吹干用氮气吹干；第一次烘干放入真空干燥箱内烘干，第二次烘干放入真空干燥箱烘干，烘干的温度为110～130℃，烘干的时间为15～30min。
3.如权利要求1所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于在预处理后的多晶硅硅片表面的光刻胶材料上进行全息记录，制作二维周期性微结构采用以下方法：将覆盖有光刻胶记录材料的多晶硅硅片置入光学系统中三组衍射光束重叠干涉的区域，进行曝光和显影，再放入干燥箱内进行烘干。
4.如权利要求3所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于烘干的温度为135℃，烘干的时间为30min。
5.如权利要求3所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于曝光的时间为20～250s。
6.如权利要求3所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于所述的显影在室温条件下进行，用浓度为1.5％的NaOH显影液显影10～35s。
7.如权利要求1所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于以光刻胶为结构模版，采用酸性腐蚀液将结构制作到硅材料中采用以下方法：将利用全息法在多晶硅硅片记录下微结构图形的光刻胶材料作为掩膜版，对多晶硅硅片进行湿法刻蚀，然后用去离子水冲洗，再经丙酮超声清除残胶，即在多晶硅硅片上制作出具有六角周期性的微结构图样。
8.如权利要求7所述的多晶硅太阳能电池织构层的制备方法，其特征在于对多晶硅硅片进行湿法刻蚀的腐蚀液用HF∶HNO3＝1∶4的溶液，腐蚀4～15s。
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