CN101866982A - 一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法 - Google Patents

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吴志明
蒋亚东
姜晶
赵国栋
张安元
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法，该方法采用光刻、掩膜技术以及碱湿法腐蚀技术相结合，在对硅表面进行碱湿法腐蚀前，在硅表面沉积一层掩膜层，并使用掩膜版对硅表面的掩膜层图形化，使硅表面的腐蚀具有选择，可控性。本发明在对硅表面进行碱湿法腐蚀，增大硅表面的吸光面积的同时，保证了硅表面的均匀与规则性，具有操作可控，简单易行，可重复性好以及宜于大规模生产应用的优点。

Description

一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法。
背景技术
太阳能电池是把光能转变为电能的光电半导体器件，随着太阳能电池应用于“先锋一号”取得成功后，越来越多的卫星采用太阳能电池作为主电源，与此同时，太阳能电池在地面上的应用也越来越广，如照明，无线电中继，电视转播以及建筑物的供电等等。按制作材料的不同，太阳能电池可以分为硅太阳能电池以及化合物太阳能电池，其中又以硅太阳能电池应用的最为广泛。为了减少反射光在硅电池表面上的反射损失，利用腐蚀的原理，使硅太阳能电池光照表面“绒面化”，可以增大受光表面积，减少太阳光的反射率，十分显著地提高电池将太阳能转化为电能的效率。但是该方法对电池光照表面的处理是自发形成，不受人为控制的，形成的“绒面”不均匀且极不规则，并且由于该方法的不可控，致使其重复性较差，不宜于在大规模生产中应用。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提供一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法，该方法能克服现有技术中所存在的缺陷，增大硅表面的吸光面积的同时，保证硅表面的均匀与规则性，具有操作可控、简单易行、可重复性好和适宜大规模生产应用的特点。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、清洗基片后，吹干；
步骤2、在基片表面沉积一层厚度为50nm-500nm的特定薄膜，该特定薄膜为氧化硅薄膜，氮化硅薄膜或镍镉薄膜；
步骤3、在特定薄膜表面涂上一层光刻胶，并采用特定掩膜图形对光刻胶图形化，所述特定掩膜图形设置为若干个规则排列的实心圆孔阵列，圆孔直径为0.1μm-10μm，相邻圆心距为0.1μm-10μm；
步骤4、刻蚀基片表面的特定薄膜，使之图形化，随后去除特定薄膜上的光刻胶；
步骤5、将2g-12g的氢氧化钾或氢氧化钠，6ml-100ml的去离子水，以及6ml-25ml的异丙醇混合在一起，配制成碱湿法腐蚀液，并加温至60℃-90℃；
步骤6、将经过步骤4图形化的基片浸入步骤5得到碱湿法腐蚀液中进行6min-40min的腐蚀；
步骤7、使用去离子水对碱腐蚀后的基片进行漂洗，再使用氮气吹干得到表面规则分布着尖锥的硅材料，所述尖锥底直径为0.1μm-10μm，尖锥高为0.5μm-30μm。
按照本发明所提供的一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法，其特征在于，步骤1中清洗过程是依次在丙酮、酒精、去离子水中用超声波清洗基片。
本发明的有益效果：该方法采用光刻、掩膜技术以及碱湿法腐蚀技术相结合，在对硅表面进行碱湿法腐蚀前，在硅表面沉积一层掩膜层，并使用掩膜版对硅表面的掩膜层图形化，增大硅表面的吸光面积的同时，保证了硅表面的均匀与规则性，具有操作可控，简单易行，可重复性好以及宜于大规模生产应用的优点。
附图说明
图1是本发明所述的掩膜图形；
图2是使用本发明所述的一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法后制备的硅材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
本发明的目的是提供一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法。该方法的特征在于，采用光刻、掩膜技术以及碱湿法腐蚀技术相结合，在对硅表面进行碱湿法腐蚀前，在硅表面沉积一层掩膜层，并使用掩膜版对硅表面的掩膜层图形化，使硅表面的腐蚀具有选择，可控性。
本发明中一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法的技术方案为：
利用腐蚀的原理，在硅表面形成金字塔结构，可以增大受光表面积，减少太阳光的反射率，但该腐蚀方法极不可控，可重复性较差。为了使腐蚀人为可控，腐蚀出的硅表面具有规则性与均匀性，可在对硅表面进行碱湿法腐蚀前，在硅表面沉积一层掩膜层，并使用掩膜版对硅表面的掩膜层图形化。在图形下方的硅受掩膜层保护，在刚开始时并不被碱液腐蚀，腐蚀仅从没有图形，不被掩膜层保护的地方开始，并由于碱腐蚀速率的晶面各异性，最终在硅表面形成与掩膜图形分布相同，规则，均匀排列的尖锥形结构阵列。
为了进一步说明本发明的内容，对本发明的一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法作描述，包括以下步骤：
步骤1、依次在丙酮、酒精、去离子水中用超声波清洗基片后，再使用氮气吹干基片。
步骤2、在基片表面沉积一层特定厚度的特定薄膜。
步骤3、在特定薄膜表面涂上一层光刻胶，并采用特定掩膜图形对光刻胶图形化。
步骤4、刻蚀基片表面的特定薄膜，使之图形化，随后去除特定薄膜上的光刻胶。
步骤5、将特定重量的特定碱物质，特定容积的去离子水，以及特定容积的异丙醇混合在一起，配制成碱湿法腐蚀液，并加温至特定温度。
步骤6、将已经图形化的基片浸入碱腐蚀液中进行特定时间的腐蚀。
步骤7、使用去离子水对碱腐蚀后的基片进行漂洗，再使用氮气吹干。
至此，完成一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法的所有工艺流程。
步骤2中所述特定厚度为50nm-500nm。
步骤2、3、4中所述特定薄膜为氧化硅薄膜，氮化硅薄膜，镍镉薄膜。
步骤3中所述特定掩膜图形如图1所示，其中圆直径a为0.1μm-10μm，相邻圆心距b为0.1μm-10μm。
步骤5中所述特定重量为2g-12g，特定碱物质为氢氧化钾，氢氧化钠，去离子水的特定容积为6ml-100ml，异丙醇的特定容积为6ml-25ml，特定温度为60℃-90℃。
步骤6中所述特定时间为6min-40min。
以下为实施例：
将Si(100)基片依次放入丙酮、酒精、去离子水溶液中超声波清洗，氮气吹干后，在基片表面沉积一层100nm的Si3N4薄膜。在薄膜表面涂覆一层光刻胶，并使用圆直径a与相邻圆心距b分别为2μm和4μm的掩膜图形对光刻胶图形化，使用三氟甲烷和氧气的混合气体刻蚀Si3N4薄膜，使之图形化，随后去除Si3N4薄膜上的光刻胶。将基片浸入由2.891g氢氧化钾，50ml去离子水和12ml异丙醇混合而成的碱腐蚀液中，在85℃恒温下腐蚀16min。使用去离子水将基片漂洗干净后，再使用氮气吹干。得到表面由尖锥底直径为3.5μm左右，尖锥高为4μm左右的硅尖锥阵列组成的硅材料，该材料表面的规则性和均匀性很好，对波长为250nm-1000nm的光的吸收率达90％以上。

Claims (2)

1.一种太阳能电池用硅材料表面规则化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、清洗基片后，吹干；
步骤2、在基片表面沉积一层厚度为50nm-500nm的特定薄膜，该特定薄膜为氧化硅薄膜，氮化硅薄膜或镍镉薄膜；
步骤3、在特定薄膜表面涂上一层光刻胶，并采用特定掩膜图形对光刻胶图形化，所述特定掩膜图形设置为若干个规则排列的实心圆孔阵列，圆孔直径为0.1μm-10μm，相邻圆心距为0.1μm-10μm；
步骤4、刻蚀基片表面的特定薄膜，使之图形化，随后去除特定薄膜上的光刻胶；
步骤5、将2g-12g的氢氧化钾或氢氧化钠，6ml-100ml的去离子水，以及6ml-25ml的异丙醇混合在一起，配制成碱湿法腐蚀液，并加温至60℃-90℃；
步骤6、将经过步骤4图形化的基片浸入步骤5得到碱湿法腐蚀液中进行6min-40min的腐蚀；
步骤7、使用去离子水对碱腐蚀后的基片进行漂洗，再使用氮气吹干得到表面规则分布着尖锥的硅材料，所述尖锥底直径为0.1μm-10μm，尖锥高为0.5μm-30μm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用硅材料表面规则化的方法，其特征在于，步骤1中清洗过程是依次在丙酮、酒精、去离子水中用超声波清洗基片。
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