CN102157628B - 一种制造硅片绒面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造硅片绒面的方法，其具体步骤如下：（1）利用水膜方式或者印刷方式在硅片上形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层：（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构；（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质。本方法为非化学方法，它杜绝了酸碱类化学物质的大量使用，保护了生态环境。本方法不受单晶、多晶限制，单晶硅和多晶硅都可利用本方法制造绒面，从而降低反射率，使硅片尽可能多地吸收太阳光，从而增加太阳能电池的转换效率。

Description

一种制造硅片绒面的方法
技术领域
本发明涉及一种制造硅片绒面的方法。
技术背景
降低反射率使硅片尽可能多地吸收太阳光，是增加太阳能电池转换效率的有效途径。在当今太阳能电池的制造过程中，单晶硅和多晶硅分别采用不同的制绒方式获得绒面，在不同程度上降低反射率。其中，单晶普遍使用碱制绒来制造金字塔形成绒面，以获得较好的反射率；由于单晶碱制绒大量使用高浓度碱液，异丙醇等化学物质，所以对生态环境造成影响。而多晶在切片损伤层的基础上，利用酸制绒进行进一步腐蚀，形成类似“虫洞”的深坑来降低反射率。由于多晶酸制绒大量使用硝酸、氢氟酸等化学物质，所以也对生态环境造成一定影响。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种制造硅片绒面的非化学方法，它杜绝了酸碱类化学物质的大量使用，保护了生态环境。本方法不受单晶、多晶限制，单晶硅和多晶硅都可利用本方法制造绒面，从而降低反射率，使硅片尽可能多地吸收太阳光，从而增加太阳能电池的转换效率。
本发明一种制造硅片绒面的方法，其具体步骤如下：
（1）利用水膜方式在硅片上形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层： a）先将Si衬底片在NH4OH、H2O2、H2O 混合溶液（体积比1：2：6）中煮沸5-10分钟，再用去离子水彻底冲洗；b）将洗净的Si 衬底片烘干后在浓度为10%的十二烷基硫酸钠溶液中浸泡1-20小时，得到亲水的衬底表面；将一定量的聚苯乙烯小球配置成胶体溶液，用等体积的乙醇进行稀释；然后将稀释后的溶液滴在浸泡过的Si衬底片表面，溶剂连同聚苯乙烯小球在Si衬底片表面铺展开来；c）先将Si衬底片缓慢地浸入到去离子水里，由于水表面张力作用，在水表面形成一层PS胶体小球的单层膜；再向去离子水中滴入一定量的浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液；d）在室温条件下静置约5-15分钟后，用浸泡过的Si衬底片将PS小球膜捞起来，在空气中自然挥发干燥，再滴入少量的浓度为10%的十二烷基硫酸钠溶液到装有小球的容器中，溶剂挥发后在Si衬底片表面形成有序的二维胶体晶体阵列；
（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构；
（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质。
其中，步骤（2）具体为：以CF4为气源，在1-60瓦的功率下对铺有单层二维聚苯乙烯小球阵列的硅片进行刻蚀，刻蚀时间为1~30分钟；CF4的流量为5-60SCCM。步骤（3）具体为：以O2为气源，对刻蚀后的硅片在600oC以上的温度下氧化1小时，去除表面的聚苯乙烯材料；O2的流量为0.1-20L/min。
本方法是先在硅片上利用掩膜体进行掩膜、再利用等离子对硅片表面刻蚀制造规则绒面，从而降低反射率，使硅片尽可能多地吸收太阳光，从而增加太阳能电池的转换效率。由于本方法为非化学方法，杜绝了酸碱类化学物质的大量使用，所以保护了生态环境。由于本方法使用掩膜层保护硅片表面，避免了硅片的损伤过大。本方法不受单晶、多晶限制，单晶硅和多晶硅都可利用本方法制造绒面，从而降低反射率，使硅片尽可能多地吸收太阳光，从而增加太阳能电池的转换效率。
附图说明
    图1为本发明制造方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式作本发明作进一步详细的说明：
实施例1：利用水膜方式在硅片上覆盖聚苯乙烯小球作为掩膜层
（1）利用水膜方式在硅片上形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层：
 a）先将Si衬底片（图1-1＇）在NH4OH、H2O2、H2O 混合溶液（体积比1：2：6）中煮沸5分钟，再用去离子水彻底冲洗；
b）将洗净的Si 衬底片烘干后在浓度为10%的十二烷基硫酸钠溶液中浸泡15小时，得到亲水的衬底表面；将一定量的聚苯乙烯小球配置成胶体溶液，用等体积的乙醇进行稀释，其中的聚苯乙烯小球的粒子尺寸为200 nm，标准偏差小于10%；然后将稀释后的溶液滴在浸泡过的Si衬底表面，溶剂连同聚苯乙烯小球在Si衬底表面铺展开来；
c）先将Si衬底片缓慢地浸入到去离子水里，去离子水PH 值为7.0，电阻率20MΩ；由于水表面张力作用，在水表面形成一层PS胶体小球的单层膜；再向去离子水中滴入一定量的浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液；
d）在室温条件下静置10分钟后，用浸泡过的Si衬底片将PS小球膜捞起来，在空气中自然挥发干燥，此时PS 胶体小球在水面的排列是无序的，小球间距疏松且无规则；再滴入少量的浓度为10%的十二烷基硫酸钠溶液到装有小球的容器中，这些小球就会形成排列紧密有序的结构；溶剂挥发后在Si衬底片表面形成有序的二维胶体晶体阵列（图1-2＇）；
（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构：以CF4为气源（图1-3＇），其流量为40SCCM，在40瓦的功率下对铺有单层二维聚苯乙烯小球阵列的硅片进行刻蚀（图1-4＇），刻蚀时间为20分钟，得到具有减反结构的硅片（图1-5＇）；
（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质：以O2为气源，其流量为1L/min，对刻蚀后的硅片在700oC的温度下氧化1小时，去除表面的聚苯乙烯材料。
实施例2：利用印刷方式在硅片上覆盖聚苯乙烯小球作为掩膜层
（1）将致密的聚苯乙烯小球用印刷方式在硅片表面均匀平铺，形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层：其中的聚苯乙烯小球的粒子尺寸为200 nm，标准偏差小于10%；
（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构；
（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质。
实施例3：利用印刷方式在硅片上覆盖其他规则形状的聚苯乙烯微粒作为掩膜层
（1）将其他规则形状的聚苯乙烯微粒用印刷方式在硅片表面均匀平铺，形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层：其中的聚苯乙烯微粒的粒度为10nm~5μm。
（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构；
（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质。
实施例4：利用印刷方式在硅片上覆盖不规则形状的聚苯乙烯微粒作为掩膜层
（1）将不规则形状的聚苯乙烯微粒用印刷方式在硅片表面均匀平铺，形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层：其中的聚苯乙烯微粒的粒度为10nm~5μm。
（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构；
（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质。
为了达到指定区域有减反效果，在形成掩膜层时可以在一定区域覆盖聚苯乙烯小球、其他规则或不规则形状的聚苯乙烯微粒，其他区域不覆盖小球或微粒。其中，减反结构的宽度可以通过聚苯乙烯小球、其他规则形或不规则形状聚苯乙烯微粒的大小进行控制；减反结构的深度可以通过等离子刻蚀强度如刻蚀的时间、流量的大小等进行控制。

Claims (7)

1.一种制造硅片绒面的方法，其具体步骤如下：
（1）利用水膜方式在硅片上形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层： a）先将Si衬底片在体积比为1：2：6的NH4OH、H2O2、H2O 混合溶液中煮沸5-10分钟，再用去离子水彻底冲洗；b）将洗净的Si 衬底片烘干后在浓度为10%的十二烷基硫酸钠溶液中浸泡1-20小时，得到亲水的衬底表面；将一定量的聚苯乙烯小球配置成胶体溶液，用等体积的乙醇进行稀释；然后将稀释后的溶液滴在浸泡过的Si衬底片表面，溶剂连同聚苯乙烯小球在Si衬底片表面铺展开来；c）先将Si衬底片缓慢地浸入到去离子水里，由于水表面张力作用，在水表面形成一层聚苯乙烯小球的单层膜；再向去离子水中滴入一定量的浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液；d）在室温条件下静置约5-15分钟后，用浸泡过的Si衬底片将聚苯乙烯小球膜捞起来，在空气中自然挥发干燥，再滴入少量的浓度为10%的十二烷基硫酸钠溶液到装有小球的容器中，溶剂挥发后在Si衬底片表面形成有序的二维胶体晶体阵列；
（2）利用等离子刻蚀方法对已有掩膜层的硅片进行刻蚀，形成特定的减反结构：以CF4为气源，在1-60瓦的功率下对铺有单层二维聚苯乙烯小球阵列的硅片进行刻蚀，刻蚀时间为1~30分钟；CF4的流量为5-60SCCM；
（3）去除硅片表面剩余的掩膜层物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（1）-b中的聚苯乙烯小球的粒子尺寸为200 nm，标准偏差小于10%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（1）-c中的去离子水PH值为7.0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（1）可以是利用印刷方式在硅片上形成含有聚苯乙烯微粒的掩膜层，其掩膜层的物质是聚苯乙烯小球，掩膜层的物质需在硅片表面均匀平铺。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：聚苯乙烯小球的粒子尺寸为200 nm，标准偏差小于10%。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是：聚苯乙烯微粒的粒度为10nm~5μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（3）具体为：以O2为气源，对刻蚀后的硅片在600oC以上的温度下氧化1小时，去除表面的聚苯乙烯材料；O2的流量为0.1-20L/min。
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