CN102148292B - 太阳能电池绒面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池绒面的制备方法，所述太阳能电池绒面形成于太阳能电池硅片的受光面一侧的表面，所述制备方法采用纳米压印的方式，在制绒工艺开始前，将预先制备好的图案模板上的掩模材料以压印的方式转移到太阳能电池硅片表面，形成制绒工艺的掩模层，随后可使用湿法刻蚀或等离子刻蚀的方法进行制绒。本发明的太阳能电池绒面的制备方法这样可以更好的控制绒面的大小和形状，达到优化反射率的效果，最佳的反射率可以达到1％以下。
Description
技术领域
本发明是有关于一种太阳能电池绒面的制备方法，属于太阳能电池制造领域。
背景技术
太阳能电池为一半导体组件，它能够将太阳光转为电能，因此太阳能电池的效率将与太阳能表面的吸光情形息息相关。在晶体硅太阳能电池的制作工艺中，通常采用在太阳能电池接受光能的一面(受光面)制备绒面的方式来降低受光面对阳光的反射，以此增加照射光在晶体硅表面的反射次数，提高对光的吸收效率，从而达到更高转换效率的目的。
目前的太阳能电池绒面主要采用湿式化学蚀刻的方式制备，即，对于晶向分布均匀的单晶硅采用碱液对硅片表面进行腐蚀，对于晶向杂乱的多晶硅采用酸液对硅片表面进行腐蚀。然而，采用湿式化学蚀刻的方式所形成的绒面的大小和形状为随机分布，不能达到最佳的减反射效果，反射率在10％-25％左右。若要更进一步降低吸光面的反射则必须采用非直接蚀刻，其方法有采用半导体黄光显影工艺及激光蚀刻等方法。虽然这些方法可更进一步将吸光面的反射率降低，但是成本偏高，效率低，故目前仍未于太阳能电池制造中采用。
CN 10359701 A公开了一种基于纳米压印技术制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，其侧重点在于在太阳能电池的背面(受光面相对的那一面)通过纳米压印技术形成接触电极，以构成所需的电路。该现有技术同样还对纳米压印技术进行了详细描述。另外，罗康等人在《电子工艺技术》第30卷第5期(2009年9月)的文章“纳米压印技术进展及应用”中对纳米压印技术进行了介绍，详细说明了该技术在集成电路领域的发展情况。
通过上述现有技术的介绍，可以发现，纳米压印技术业已相当成熟，但是，该技术主要应用于集成电路或者太阳能技术中电路的制造中。而对于太 阳能电池受光面一侧的绒面的制备，尚无任何技术提及采用纳米压印技术进行处理，尤其是纳米压印技术对于太阳能电池绒面的反射率的降低没有任何预见，基于此，本发明创造性地提出了一种利用纳米压印技术制备太阳能电池绒面的方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池绒面的制备方法，以减少或避免前面所提到的问题。
具体来说，本发明提出了一种太阳能电池绒面的制备方法，其创造性的采用纳米压印技术在太阳能电池的受光面形成规则大小和形状的沟槽，以此获得最佳的反射率。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种太阳能电池绒面的制备方法，其中，所述太阳能电池绒面形成于太阳能电池硅片的受光面一侧的表面，所述制备方法包括如下步骤：
A、制备用于纳米压印的图案模板，所述图案模板上具有由多个间隔分布的沟槽和突出面所形成的图案；
B、对所述太阳能电池硅片进行预清洗和去除损伤层；
C、在所述图案模板的所述图案的突出面上形成一层掩膜，然后通过纳米压印技术将所述掩膜压印到所述太阳能电池硅片的受光面一侧的表面上；
D、对所述太阳能电池硅片的受光面一侧未覆盖所述掩膜的表面进行蚀刻；
E、去除所述掩膜，在所述太阳能电池硅片的受光面一侧的表面形成规则的绒面结构。
优选地，所述多个沟槽相互平行。
优选地，所述沟槽包括多个相互平行的第一沟槽和多个相互平行的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的夹角为5-90度。
优选地，所述相互平行的多个沟槽之间的中点间距为50-500纳米。
优选地，所述沟槽的宽度为50-500纳米。
优选地，所述步骤C中的纳米压印技术为热塑纳米压印技术、紫外固化纳米压印技术或微接触纳米压印技术。
优选地，所述步骤A中的所述图案模板采用普通光刻，紫外光刻或电子束直写的方式制备。
优选地，所述步骤D中，采用湿式化学蚀刻或等离子体蚀刻的方法进行蚀刻。
优选地，所述湿式化学蚀刻中，碱溶液体系采用氢氧化钾与异丙醇的混合物，氢氧化钾的质量百分比2%-30%之间，反应温度15-100℃,反应时间1-15分钟；酸溶液体系采用氢氟酸硝酸的混合物，HF:HNO3:H2O的体积百分比例10:1:2.75到1:10:3之间，反应温度5-10℃,反应时间10秒到3分钟；所述等离子体蚀刻中，采用流量为10-150sccm的HBr加100-300sccm的Cl2刻蚀气体，压力100-1000毫托，射频功率150-450瓦，反应时间3-8分钟。
优选地，所述步骤E中，采用氢氟酸去除所述掩膜。
本发明采用纳米压印的方式，在制绒工艺开始前，将预先制备好的图案模板上的掩模材料以压印的方式转移到太阳能电池硅片表面，形成制绒工艺的掩模层，随后可使用湿法刻蚀或等离子刻蚀的方法进行制绒，这样可以更好的控制绒面的大小和形状，达到优化反射率的效果，最佳的反射率可以达到1％以下。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1A显示的是根据本发明的一个具体实施例的图案模板的横截面示意图；
图1B显示的是在图案模板上形成一层掩膜的步骤流程；
图1C显示的是通过纳米压印技术将掩膜压印到太阳能电池硅片的受光面一侧的表面上的步骤流程；
图1D显示的是掩膜压印到太阳能电池硅片上的情形；
图1E显示的是对太阳能电池硅片的受光面一侧未覆盖掩膜的表面进行蚀刻的步骤流程；
图1F显示的是去除掩膜之后的太阳能电池硅片上的绒面示意图；
图2A-2D分别显示的是根据本发明的几个不同实施例的图案模板的正面示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
基于背景技术中的相关现有技术的描述，在本发明的下述实施例中，对于纳米压印技术不再详细说明其原理，以节约篇幅。
根据本发明的一个具体实施例的一种太阳能电池绒面的制备方法可以参照图1A-1F的流程进行详细描述，如图所示。
应当特别强调的是，现有技术中纳米压印技术都是在太阳能电池硅片的受光面相反的一侧实施的，其主要目的乃是为了在太阳能电池硅片的背面形成各种电路。而本发明乃是在太阳能电池硅片的受光面一侧形成绒面，其目的在于在太阳能电池的受光面形成规则大小和形状的沟槽，以此获得最佳的反射率。由此可见，现有技术中所描述的纳米压印技术形成电路与本发明的纳米压印技术制备绒面是两个截然不同的技术领域，而本发明通过纳米压印技术降低太阳能电池受光面的反射率也是任何现有技术没有描述，且对于本领域技术人员来说是难以预料的。
具体参见图1A-1F，本发明的太阳能电池绒面的制备方法中，所述太阳能电池绒面100形成于太阳能电池硅片2的受光面一侧的表面21上，所述制备方法包括如下步骤：
A、第一步，制备用于纳米压印的图案模板1，所述图案模板1上具有由多个间隔分布的沟槽11和突出面12所形成的图案。在一个具体实施例中，所述图案模板1可以采用普通光刻，紫外光刻或电子束直写的方式制备，相关技术原理及细节参见背景技术部分所述的现有技术，在此不一一赘述。
其中，图1A显示的是根据本发明的一个具体实施例的图案模板1的横截面示意图，从图中可见，沟槽11和突出面12均匀地间隔分布于图案模板1的表面。
图2A-2D分别显示了几个不同实施例的图案模板1的正面，从图2A-2B所示的两个实施例中可见，在图案模板1的表面可以具有多个相互平行的沟槽11，相应的，间隔设置在沟槽11之间的突出面12也是相互平行的。而图2C-2D所示的两个实施例中，在图案模板1的表面可以具有多个相互平行的第一沟槽11a以及多个相互平行的第二沟槽11b，在图2C所示的实施例中，第一沟槽11a和第二沟槽11b的夹角β为90度，因而突出面12为夹持在第一沟槽11a和第二沟槽11b之间的方块；在图2D所示的实施例中，第一沟槽11a和第二沟槽11b的夹角β为30度，因而突出面12为夹持在第一沟槽11a和第二沟槽11b之间的菱形块。在本发明中，根据实验对比，相互平行的第一沟槽11a和相互平行的第二沟槽11b的夹角β可以在5-90度之间，当然，本领域技术人员应当理解，所述的夹角β指的是两条沟槽相交所形成的锐角，例如，当两条沟槽相交时的夹角β为60度时，另一个夹角为120度，为避免误解、累赘故而说明一下，并作为权利要求书中对于角度范围限定的具体解释。
另外，上述实施例中，所述相互平行的多个沟槽11(或者11a、11b)之间的中点间距为50-500纳米，所述沟槽11(或者11a、11b)的宽度为50-500纳米。
B、第二步，对所述太阳能电池硅片2进行预清洗和去除损伤层。具体来说，可以采用硫酸双氧水混合物加氨水双氧水混合物加盐酸双氧水混合物按顺序进行清洗。
C、第三步，在所述图案模板1的所述图案的突出面12上形成一层掩膜3(图1B)，然后通过纳米压印技术将所述掩膜3压印到所述太阳能电池硅片2的受光面一侧的表面21上(图1C)。其中，图1B显示的是在图案模板1上形成一层掩膜3的步骤流程；图1C显示的是通过纳米压印技术将掩膜3压印到太阳能电池硅片的受光面一侧的表面21上的步骤流程；图1D显示的 掩膜3压印到太阳能电池硅片上的情形。
在本步骤中所采用的纳米压印技术可以是热塑纳米压印技术、紫外固化纳米压印技术或微接触纳米压印技术等。以使用微接触纳米压印的方式举例如下，将图案模板1沉浸于具有自组装分子之溶液，比如乙醇-水-氨水体系中，以TEOS(正硅酸乙酯)作为硅源，待图案模板1表面的图案以物理吸附的方式吸附自组装分子后，随后将之接触压印至太阳能电池硅片2上，与太阳能电池硅片2接触的部分即可形成二氧化硅的掩膜3。
相应的，根据所采用的纳米压印技术的不同，可以采用不同类型的掩膜3，相关技术原理及细节参见背景技术部分所述的现有技术，在此不一一赘述。
D、第四步，对所述太阳能电池硅片2的受光面一侧未覆盖所述掩膜3的表面21a进行蚀刻。如图1E所示，其中显示的对太阳能电池硅片的受光面一侧未覆盖掩膜的表面21a进行蚀刻的步骤流程。
在本步骤中可以采用湿式化学蚀刻或等离子体蚀刻的方法进行蚀刻。在一个具体实施例中，在所述湿式化学蚀刻中，碱溶液体系采用氢氧化钾与异丙醇的混合物，氢氧化钾的质量百分比2％-30％之间，反应温度15-100℃，反应时间1-15分钟；酸溶液体系采用氢氟酸硝酸的混合物，HF∶HNO3∶H2O的体积百分比例10∶1∶2.75到1∶10∶3之间，反应温度5-10℃，反应时间10秒到3分钟；所述等离子体蚀刻中，采用流量为10-150sccm的HBr(sccm，流量单位，标准毫升/分钟)加100-300sccm的Cl2的刻蚀气体，压力100-1000毫托(1托就是1毫米汞柱，一个大气压是760托)，射频功率150-450瓦，反应时间3-8分钟。
E、第五步，去除所述掩膜3，在所述太阳能电池硅片2的受光面一侧的表面21形成规则的绒面100，如图1F所示，其中显示的是去除掩膜之后的太阳能电池硅片上的绒面示意图。在一个具体实施例中，可以采用氢氟酸去除所述掩膜3。
本发明采用纳米压印的方式，在制绒工艺开始前，将预先制备好的图案模板上的掩模以压印的方式转移到太阳能电池硅片表面，形成制绒工艺的微 掩模层，随后可使用湿法刻蚀或等离子刻蚀的方法进行制绒。
也就是说，本发明创造性的采用纳米压印技术在太阳能电池的受光面形成规则大小和形状的沟槽，以此获得最佳的反射率。这样可以更好的控制绒面的大小和形状，达到优化反射率的效果。
特别的，为了获得最佳的反射率，采用纳米压印技术是基本的；另外，为了获得更好的效果，本发明还提出，可以采用具备多个间隔分布的沟槽和突出面的图案模板进行压印，而且，这些沟槽最好是相互平行设置；优选的，可以设置多个相互平行的第一沟槽和多个相互平行的第二沟槽，以使这两种沟槽交叉，分割出均匀细密的突出面，而且优选50-500纳米的沟槽宽度和\或50-500纳米的沟槽间隔，从而可以获得最佳的反射率至1％以下。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池绒面形成于太阳能电池硅片的受光面一侧的表面，所述制备方法包括如下步骤：
A、制备用于纳米压印的图案模板，所述图案模板上具有由多个间隔分布的沟槽和突出面所形成的图案；
B、对所述太阳能电池硅片进行预清洗和去除损伤层；
C、在所述图案模板的所述图案的突出面上形成一层掩膜，然后通过纳米压印技术将所述掩膜压印到所述太阳能电池硅片的受光面一侧的表面上；
D、对所述太阳能电池硅片的受光面一侧未覆盖所述掩膜的表面进行蚀刻；
E、去除所述掩膜，在所述太阳能电池硅片的受光面一侧的表面形成规则的绒面结构。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述多个沟槽相互平行。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述沟槽包括多个相互平行的第一沟槽和多个相互平行的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的夹角为5-90度。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述相互平行的多个沟槽之间的中点间距为50-500纳米。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述沟槽的宽度为50-500纳米。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述步骤C中的纳米压印技术为热塑纳米压印技术、紫外固化纳米压印技术或微接触纳米压印技术。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述步骤A中的所述图案模板采用普通光刻，紫外光刻或电子束直写的方式制备。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所 述步骤D中，采用湿式化学蚀刻或等离子体蚀刻的方法进行蚀刻。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述湿式化学蚀刻中，碱溶液体系采用氢氧化钾与异丙醇的混合物，氢氧化钾的质量百分比2%-30%之间，反应温度15-100℃,反应时间1-15分钟；酸溶液体系采用氢氟酸硝酸的混合物，HF:HNO3:H2O的体积百分比例10:1:2.75到1:10:3之间，反应温度5-10℃,反应时间10秒到3分钟；所述等离子体蚀刻中，采用流量为10-150sccm的HBr加100-300sccm的Cl2刻蚀气体，压力100-1000毫托，射频功率150-450瓦，反应时间3-8分钟。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池绒面的制备方法，其特征在于，所述步骤E中，采用氢氟酸去除所述掩膜。
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