CN102117841B - 一种表面织构的太阳电池用半导体基片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明首先提供一种表面织构的太阳电池用半导体基片的制备方法：将未经过表面织构的硅半导体基片放在电解液中，以10～30mA/cm2的电流密度，在15～30℃下阳极氧化腐蚀50～90分钟；所述电解液包括氢氟酸、有机添加剂，物质的量比氢氟酸∶有机添加剂＝1∶10～1∶1，所述有机添加剂为C1～C10的醇和/或酮。本发明进而提供一种用上述方法得到表面织构的太阳电池用半导体基片，其织构结构是不规则凹凸结构，其特征在于，所述不规则凹凸结构的凹部的最大深度与其最大直径之比的平均值为0.2～0.5。本发明提供的表面织构的太阳电池用半导体基片可以使受光面300～1000nm波长范围的入射光的反射率降低到26％以下。

Description

一种表面织构的太阳电池用半导体基片及其制备方法
技术领域
本发明属于硅太阳电池领域，尤其涉及一种表面织构的太阳电池硅用半导体基片及其制备方法。
背景技术
表面织构(也称光陷阱或制绒)是太阳电池生产过程中的一项关键技术之一，其作用是降低半导体基体受光面上的光反射率，提高光入射率。目前，对太阳电池的硅半导体基体进行表面织构的方法有化学腐蚀、电化学腐蚀、机械刻蚀、光刻蚀、等离子刻蚀。
硅的电化学腐蚀(或称阳极氧化)是在高浓度的HF中或其它缺乏OH-的溶液中进行，在硅上施加阳极电化学偏置，则硅在腐蚀过程中不能完全氧化，而在表面产生一层无光泽的黑色、棕色或红色的多孔硅层。这种方法既保持了各向异性腐蚀的优点，又避免了被腐蚀材料掺杂浓度高和内应力大等缺点而受到广泛的重视。
电化学腐蚀法存在的问题之一是，尚需对其工艺进一步优化，以使腐蚀后的半导体基体表面的光反射率更低。
发明内容
为解决电化学腐蚀法得到的硅半导体基体表面的光反射率仍较高的技术问题，本发明首先提供一种表面织构的太阳电池用硅半导体基片，其受光面上有不规则凹凸结构，所述不规则凹凸结构的凹部的最大深度与其最大直径之比的平均值为0.2～0.5。
为解决电化学腐蚀法得到的硅半导体基体表面的光反射率仍较高的技术问题，本发明还提供一种表面织构的太阳电池用硅半导体基片的制备方法，具体步骤如下：将未经过表面织构的硅半导体基片放在电解液中，以10～30mA/cm2的电流密度，在15～30℃下阳极氧化腐蚀50～90分钟；所述电解液包括氢氟酸、有机添加剂，物质的量比氢氟酸∶有机添加剂＝1∶10～1∶1，所述有机添加剂为C1～C10的醇和/或酮。
使用本发明的方法得到的表面织构的太阳电池用硅半导体基片，其光反射率不大于26％。
附图说明
图1是实施例1的硅半导体基片受光面光反射率与入射光波长关系图
图2是实施例2的硅半导体基片受光面光反射率与入射光波长关系图
图3是对比例1的硅半导体基片受光面光反射率与入射光波长关系图
图4是实施例2的硅半导体基片受光面原子力显微镜图
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明具体实施方式首先提供一种表面织构的太阳电池用硅半导体基片，其受光面上有不规则凹凸结构，所述不规则凹凸结构的凹部的最大深度与其最大直径之比的平均值为0.2～0.5。这样的结构使硅半导体基体受光面的光反射率不大于26％。如果凹部的最大深度与其最大直径之比的平均值过小，则半导体基体受光面的粗糙度不够，其光反射率仍会较高；若凹部的最大深度与其最大直径之比的平均值过大，则也会不利于太阳电池的整体性能。所以，不规则凹凸结构的最大深度与其最大直径之比的平均值应处于一个合适的范围。发明人发现，不规则凹凸结构的最大深度与其最大直径之比的平均值为0.2～0.5时，硅半导体基体受光面的光反射率降低到26％以下。
根据本发明具体实施方式的表面织构的太阳电池用硅半导体基片，其材质没有特殊限制，可以是晶体硅或非晶硅。由于多晶硅晶粒的结晶取向不同，用酸性腐蚀液对其进行各向异性电化学腐蚀更容易得到不规则凹凸结构，所以，根据本发明具体实施方式的表面织构的太阳电池用硅半导体基片优选多晶硅。
根据本发明具体实施方式的一种表面织构的太阳电池用硅半导体基片的制备方法，具体步骤如下：将未经过表面织构的硅半导体基片放在电解液中，以10～30mA/cm2的电流密度，在15～30℃下阳极氧化腐蚀50～90分钟；所述电解液包括氢氟酸、有机添加剂，物质的量比氢氟酸∶有机添加剂＝1∶10～1∶1，所述有机添加剂为C1～C10的醇和/或酮。
发明人发现，用上述配方的电解液和电解腐蚀方法，得到的表面织构的太阳电池用硅半导体基片上的不规则凹凸结构的凹部深度与其直径之比的平均值为0.2～0.5，可以使光反射率降低到26％以下。
根据本发明具体实施方式的一种表面织构的太阳电池用硅半导体基片的制备方法，所述有机添加剂优选乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊二醇、丙三醇、丙酮、丁酮中的至少一种。在阳极氧化过程中，上述低分子醇和/或酮的存在更有利于减小表面张力，加速H2的逸出，使织构结构(即不规则凹凸结构)更均匀。
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
首先清洗多晶硅片表面：室温下先用10％氢氟酸清洗5min，然后无水乙醇清洗5min。
将浓度为30％的氢氟酸、90％的乙醇和30％的丙酮混合溶液，溶液按体积比氢氟酸∶乙醇∶丙酮＝1∶1∶1(物质的量比氢氟酸∶乙醇∶丙酮＝1∶2∶0.8)混合配成电解液，然后将两块石墨板分别接电源的正负极，将洗好的多晶硅片放入电解槽中，控制电解液温度为30℃，电流密度为10mA/cm2电化学腐蚀(即阳极氧化)60分钟。
腐蚀完成后用10％氢氟酸超声清洗3小时，取出，室温下风干。用HitachiU-4100分光光度计测试腐蚀后的多晶硅片表面的光反射率-入射光波长曲线，如图1所示。用分光光度计自带的程序计算多晶硅片表面对300nm～1000nm波长的入射光的平均反射率为26％。
实施例2
按照实施例1的方法，不同之处在于：电解液成分是：浓度为20％的氢氟酸、丙醇(分析纯)和去离子水按体积比氢氟酸∶丙醇∶水＝1∶2∶1(物质的量之比氢氟酸∶丙醇＝1∶1.5)混合；阳极氧化过程的工艺参数：电解液温度为15℃，电流密度为30mA/cm2，电化学腐蚀90分钟。
用Hitachi U-4100分光光度计测试腐蚀后的多晶硅片表面的光反射率-入射光波长曲线，如图2所示。用分光光度计自带的程序计算多晶硅片表面对300nm～1000nm波长的入射光的平均反射率为23％。
对比例1
按照实施例1的方法，不同之处在于：电解液成分是：浓度为40％的氢氟酸、无水乙醇(分析纯)按体积比氢氟酸∶无水乙醇＝1∶0.5(物质的量之比氢氟酸∶无水乙醇＝1∶2.5)混合；阳极氧化过程的工艺参数：电解液温度为25℃，电流密度15mA/cm2电化学腐蚀10分钟。
用Hitachi U-4100分光光度计测试腐蚀后的多晶硅片表面的光反射率-入射光波长曲线，如图3所示。用分光光度计自带的程序计算多晶硅片表面对300nm～1000nm波长的入射光的平均反射率29％。
下表1是实施例和对比例的平均光反射率测试结果。
表1多晶硅片受光面平均光反射率测试结果
  实施例1   实施例2   对比例1
  光反射率   26％   23％   29％
用原子力显微镜(NanoScope IIIa型)对实施例和对比例的半导体硅基体的表面进行扫描，其中实施例2的原子力显微镜照片(AFM照片)如图4所示。
通过对AFM照片的分析计算得出多晶硅片表面的不规则凹凸结构的凹部的最大深度与其最大直径之比的平均值，如下表2所示。
表2凹部的最大深度与最大直径之比测试计算结果
  实施例1   实施例2   对比例1
  凹部的最大深度与凹部的最大直径之比 0.21 0.26 0.11
结合表1和表2可以看出，按照实施例的方法得到的多晶硅半导体基片表面不规则凹凸结构的凹部的最大深度与最大直径之比较对比例大，从而实施例比对比例的光反射率小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种表面织构的太阳电池用硅半导体基片的制备方法，具体步骤如下：将未经过表面织构的硅半导体基片放在电解液中，以10～30mA/cm2的电流密度，在15～30℃下阳极氧化腐蚀50～90分钟；所述电解液包括氢氟酸、有机添加剂，物质的量比氢氟酸∶有机添加剂＝1∶10～1∶1，所述有机添加剂为C1～C10的醇和C1～C10的酮的组合或C1～C10的醇。
2.根据权利要求1所述的表面织构的太阳电池用硅半导体基片的制备方法，其特征在于，所述有机添加剂为所述有机添加剂为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊二醇和丙三醇的至少一种，或乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊二醇和丙三醇的至少一种与丙酮或丁酮的组合。
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