CN102130205A - 一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法 - Google Patents

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张传军
窦亚楠
李钊明
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Abstract

本发明公开了一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，该方法包括：碱性溶液蚀刻除去多晶硅片表面的机械损伤层；采用表面喷涂的方法把具有催化作用的金属纳米颗粒喷涂在多晶硅片的一表面；酸性溶液蚀刻多晶硅表面形成蜂窝状形貌的绒面结构；碱性溶液蚀刻去除含金属粒子的污染层。该方法的优点是：多晶硅片表面形成的蜂窝状绒面结构完整、均匀，对太阳光的反射率明显降低，制成电池的相对效率提高5％，而且工艺简单，易于工业生产。催化金属颗粒采用水基溶液，成本低，工艺过程简单，表面喷涂的涂层易控制。采用低压喷涂有效防止硅片破损。

Description

一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法
技术领域
本发明涉及多晶硅太阳能电池的制备方法，具体是指一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池表面的绒面结构，对于减少入射太阳光的反射，增加光吸收有重要的意义，是提高晶体硅太阳能电池效率的重要因素之一。目前绒面结构的制备方法主要有：机械开槽，反应离子蚀刻和化学蚀刻。然而，机械开槽和反应离子蚀刻不适合大面积生产。对于单晶硅<100>晶面，化学蚀刻中的碱性溶液各向异性蚀刻是非常有效的，可以形成随机分布的金字塔结构，并已广泛应用于单晶硅太阳能电池的制造。对于多晶硅而言，由于碱性溶液对于不同晶面的蚀刻程度不同，会在表面产生阶梯分布，对其后的丝网应刷工艺不利。因此，多晶硅太阳能电池绒面制作主要采用酸性溶液各向同性蚀刻，但酸性溶液优先蚀刻晶界和缺陷，而且容易蚀刻掉绒面锥形尖端，另外在蚀刻过程中形成的气泡附着在硅表面，使酸性腐蚀液无法完全与晶片表面接触，造成绒面结构的不完整和不均匀。这是多晶硅太阳能电池转换效率低于单晶硅太阳能电池的一个重要原因。
中国发明专利申请号200410064831.1，公开了一种制备多晶硅绒面方法，酸性腐蚀液采用氧化剂CrO3或K2Cr2O7和HF酸混合液。中国发明专利申请号201010129489.4，公开了一种降低多晶硅制绒反射率的方法，先用酸性腐蚀形成单面腐蚀坑，再用碱性腐蚀形成金字塔绒面结构，但是上述专利对于金字塔绒面结构的形貌和绒面均匀性的问题都没有很好解决。
发明内容
基于已有的多晶硅太阳能电池制绒方法存在的缺点和不足，本发明的目的是提出一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法。
本发明的一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其步骤如下：
§1碱性溶液蚀刻除去多晶硅片表面的机械损伤层；
§2采用表面喷涂的方法把具有催化作用的金属纳米颗粒喷涂在多晶硅片的一表面；
§3酸性溶液蚀刻多晶硅表面，使其形成蜂窝状形貌的绒面结构；
§4碱性溶液蚀刻去除含金属粒子的污染层。
所述的步骤§1，去除多晶硅片表面的机械损伤层的碱性溶液为NaOH溶液，其浓度为10％-20％。
所述的步骤§2，具有催化作用的金属纳米颗粒为99.9％-99.99％的高纯Ag、Pt或Pd金属，金属颗粒的大小为10-40nm。表面喷涂的步骤为：
(1)将Ag、Pt或Pd的纳米金属颗粒和去离子水以质量比为1∶5～10的比例混合，搅拌均匀；
(2)用低压喷枪将上述混合液均匀喷涂在多晶硅片表面，涂层厚度以刚好喷湿表面为准；
(3)室温或100℃-25℃低温烘干，使表面均匀附着Ag、Pt或Pd的纳米金属颗粒。
金属颗粒催化作用在于增大酸性溶液与硅的反应速度，在金属颗粒分布的地方快速形成腐蚀坑，没有金属颗粒的地方蚀刻速度慢，因而加快绒面形成，降低了绒面锥顶的蚀刻。金属颗粒的分布决定了腐蚀坑的分布，从而决定了绒面的均匀性。
所述的步骤§3，酸性溶液为：10％HF溶液或10％HF∶30％H2O2的混合溶液，混合溶液配比为10∶1。蚀刻时间5-10分钟。
所述的步骤§4，碱性溶液的浓度为1％-5％的NaOH溶液，蚀刻时间为10-20分钟。NaOH溶液起到去除酸性蚀刻表面含残余金属颗粒污染层的作用。
本发明的优点在于：
1.多晶硅片表面以催化反应为主，所形成的蜂窝状绒面结构完整、均匀，对于太阳光的反射率明显降低，制成电池相对效率提高5％，而且工艺简单，易于工业生产。
2.催化金属颗粒采用水基溶液，成本低，工艺过程简单，表面喷涂的涂层易控制，涂层薄而且均匀，水基溶剂去除后，催化金属颗粒是弥散分布而不是形成致密的一层。
3.采用低压喷涂有效防止硅片破损。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为金属纳米在多晶硅片表面的分布示意图；
图3为催化金属颗粒在蚀刻坑底的腐蚀坑示意图；
图4为多晶硅表面的蜂窝状绒面结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图，以一个具体的实施例详细说明本发明的技术方案，但是本发明不局限于此，可以根据实际情况进行调整。
硅片表面预处理：采用丙酮、酒精等有机溶剂清洗多晶硅片表面的有机污染物，再将硅片浸泡在15％的NaOH溶液腐蚀，浸泡时间根据硅片表面切割损伤决定，然后去离子水冲洗除去多晶硅片表面的机械损伤层，见图1。
表面喷涂Ag纳米颗粒：步骤为(1)将直径为20-40nm的金属Ag纳米颗粒与去离子水以质量比为1∶5～10的比例混合，搅拌均匀；(2)用低压喷枪将混合液体均匀喷涂在多晶硅片表面，涂层厚度以刚好喷湿表面为宜；(3)室温下烘干，使硅片表面均匀附着金属Ag纳米颗粒，如图2所示。
酸性溶液处理：将表面附着Ag钠米颗粒的多晶硅片浸泡在10％HF溶液或10％HF∶30％H2O2(10∶1)的混合溶液中，时间5-10分钟，然后去离子水冲洗，形成表面具有蜂窝状腐蚀坑的绒面结构，如图3所示。
碱性溶液处理：将具有蜂窝状腐蚀坑绒面结构的硅片浸入1％-5％NaOH溶液中，时间10-20分钟，去离子水冲洗，目的是去除附着Ag钠米颗粒的污染层，蜂窝腐蚀坑的结构完整，绒面分布均匀，如图4所示。
上述工艺过程是在室温下进行的，如果高于室温或低于室温将要调整化学反应时间，如NaOH溶液加热到60℃左右，反应时间将缩短至10分钟以下。

Claims (6)

1.一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其特征在于步骤如下：
§A采用碱性溶液蚀刻除去多晶硅片表面的机械损伤层；
§B采用表面喷涂方法把具有催化作用的金属纳米颗粒喷涂在多晶硅片的一表面；
§C采用酸性溶液蚀刻多晶硅片表面，使其表面形成蜂窝状形貌的绒面结构，蚀刻时间为5-10分钟；
§D碱性溶液蚀刻去除含金属粒子的污染层，蚀刻时间为10-20分钟。
2.根据权利要求1的一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其特征在于：所述的步骤§A中的碱性溶液为NaOH溶液，其浓度为10％-20％。
3.根据权利要求1的一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其特征在于：所述的步骤§B中的金属纳米颗粒为99.9％-99.99％的高纯Ag、Pt或Pd金属，颗粒的大小为10-40nm。
4.根据权利要求1的一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其特征在于：所述的步骤§B中的表面喷涂方法的步骤为：
(a)将Ag、Pt或Pd的金属纳米颗粒和去离子水以质量比为1∶5～10的比例混合，搅拌均匀；
(b)用低压喷枪将上述混合均匀的金属纳米颗粒溶液喷涂在多晶硅片表面，涂层厚度以刚好喷湿硅片表面为准；
(c)室温或100℃-25℃低温烘干，使硅片表面均匀附着Ag、Pt或Pd的纳米金属颗粒。
5.根据权利要求1的一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其特征在于：所述的步骤§C中的酸性溶液为：10％HF溶液或10％HF∶30％H2O2的混合溶液，混合溶液配比为10∶1。
6.根据权利要求1的一种多晶硅太阳能电池的表面催化制绒方法，其特征在于：所述的步骤§D中碱性溶液为NaOH溶液，其浓度为1％-5％。
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