CN102400227B - 一种绒面黑硅材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绒面黑硅材料的制备方法，包括粗糙工艺步骤和之后的黑硅层制备步骤，所述粗糙工艺步骤包括以下步骤：将聚苯乙烯颗粒小球分散在水中，在水面上形成单层小球膜；通过捞膜的方法将所述单层小球膜附着于硅片上；对附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片表面进行反应离子刻蚀，使在硅片上形成周期性的微结构。根据本发明的制备方法，可以在硅衬底上得到绒面结构的黑硅材料，可以广泛应用于太阳能电池及光电效应器件的制备。
Description
【技术领域】
本发明涉及太阳能电池领域，具体地涉及一种用于太阳能电池的黑硅材料的制备技术。
【背景技术】
作为主要能源的煤、石油、天然气等能资源不断消耗，能源形势不容乐观。太阳能电池作为一种可再生清洁能源，在很多国家得到很大的关注。硅基太阳能电池占有市场90%的份额，但晶体硅的成本太高，非晶硅的效率太低。黑硅太阳能电池具有广谱吸收的特性，因此具有很大的太阳能电池应用前景。
黑硅材料是在反应离子刻蚀的过程中发现的，但是当时没有引起足够的认识。黑硅材料是哈佛大学Eric Mazur实验室通过飞秒激光束照射硅片而获得一种表面形成准有序晶微结构硅材料。黑硅对太阳光具有极低的反射率以及广谱吸收。Eric Mazur等在研究黑硅的光电性质时惊奇地发现这种表面微构造过的硅材料具有奇特的光电性质,它对近紫外近红外波段的光（0.25-2.5μm）几乎全部吸收。利用黑硅优异的光电特性，可以生产的具有超高灵敏度的光传感器元件，红外线传感元件。利用黑硅制备的太阳能电池，可以实现广谱吸收，将大大提高太阳光的吸收率和利用率。在国内，已经有好几个研究机构开始黑硅材料的制备研究，但是这些方法都需要激光辐照。
现有技术虽然在广谱吸收方面有了进展，但不能充分解决太阳光的反射问题，严重影响光电转换效率。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种具有更高光电转换效率的黑硅材料的制备方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种绒面黑硅材料的制备方法,包括以下步骤：
将聚苯乙烯小球颗粒分散在水中，在水面形成单层聚苯乙烯小球膜；
通过捞膜的方法将所述单层聚苯乙烯小球膜附着于硅片上；
对附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片表面进行反应离子刻蚀，直至单层聚苯乙烯小球膜被完全刻蚀时停止所述反应离子刻蚀，使硅片上形成周期性的微结构；
对步骤S3制得的硅片进行黑硅层制备步骤。
所述微结构为尖锥状的结构。
更好地，所述通过捞膜的方法将所述聚苯乙烯小球膜附着于硅片上后还包括将附着有聚苯乙烯膜的硅片进行烘干的步骤。
更好地，所述烘干步骤的烘干温度为50-100℃。
更好地，所述反应离子刻蚀采用的气体为SF6。
具体实施时，所述黑硅层制备步骤为通过等离子体浸没的方法在所述硅片上制备黑硅层。
更好地，所述等离子体浸没的方法包括：将硅片置于等离子体刻蚀的设备腔室内，通过等离子体反应浸没到硅片表面，形成黑硅层。所述等离子体刻蚀采用的气体为SF6。
根据本发明的制备方法，可以在硅衬底上得到一种绒面结构的黑硅材料，可以广泛应用于太阳能电池及光电效应器件。
【附图说明】
图1,实施例1制备方法步骤流程图。
图2,实施例1步骤S1的工艺示意图。
图3,实施例1步骤S2的工艺示意图。
图4，实施例1附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片结构图。
图5，实施例1步骤S3的工艺示意图。
图6，实施例1等离子体刻蚀一段时间后的工艺示意图。
图7，实施例1最终形成的硅片结构图。
图8，实施例2制备方法步骤流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明的制备方法步骤流程图参看附图1，一种绒面黑硅材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚苯乙烯小球颗粒分散在水中，在水面形成单层聚苯乙烯小球膜；
S2.通过捞膜的方法将所述单层聚苯乙烯小球膜附着于硅片上；
S3.对附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片表面进行反应离子刻蚀，反应离子刻蚀采用的气体为SF6，直至聚苯乙烯小球被完全刻蚀，在硅片上形成周期性的尖锥状微结构；
S4.对步骤S3制得的硅片进行黑硅层制备步骤。
本发明具体实施时的工艺流程示意图参看附图2至附图5。
附图2为步骤S1的工艺示意图，在水槽1中装有一定量的水，将聚苯乙烯小球颗粒2分散在水中，由于聚苯乙烯小球颗粒2在水中具有良好的分散性，使聚苯乙烯颗粒在水面形成单层聚苯乙烯小球膜。
附图3为步骤S2的工艺示意图，通过捞膜的方法将步骤S1中形成的单层聚苯乙烯小球膜附着于硅片3上，附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片结构图参看附图4。
附图5为步骤S3的工艺示意图，对附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片表面进行反应离子刻蚀，在等离子体的刻蚀下，聚苯乙烯小球颗粒2被不断地刻蚀变小，同时，硅片3上裸露出来的部分也受到刻蚀，并且最先裸露出来的部分被刻蚀的深度大于后裸露出来的部分，从而形成一种凹凸的绒面结构，附图6为反应离子刻蚀一段时间后的工艺示意图，附图7为最终形成的硅片结构图。
最后，对上述制得的硅片3进行黑硅层的制备步骤，黑硅层制备步骤采用通过等离子体浸没的方法，等离子体浸没的方法包括：将硅片置于等离子体刻蚀的设备腔室内，等离子体刻蚀采用的气体为SF6，通过等离子体反应浸没到硅片表面，形成黑硅层。
根据本发明的制备方法，可以在硅衬底上得到一种绒面结构的黑硅材料，可以广泛应用于太阳能电池及光电效应器件。
实施例2
本发明的制备方法步骤流程图参看附图8，一种绒面黑硅材料的制备方法，包括以下步骤：
A1.将聚苯乙烯小球颗粒分散在水中，在水面形成单层聚苯乙烯小球膜；
A2.通过捞膜的方法将所述单层聚苯乙烯小球膜附着于硅片上；
A3.为去除硅片上的少量水分，可将附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片置于烘箱内进行烘干，烘箱温度控制为50-100℃，本实施例优选60℃；
A4.对附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片表面进行反应离子刻蚀，反应离子刻蚀的刻蚀气体采用SF6，在单层聚苯乙烯小球膜未被完全刻蚀时停止反应离子刻蚀，然后去除硅片表面的聚苯乙烯小球，在硅片上形成周期性的尖锥状微结构；
A5.对步骤A4制得的硅片进行黑硅层制备步骤。
本实施例具体实施时的工艺方法原理与实施例1相同，在此不再累述。
本实施例黑硅层制备步骤与实施例相同，在此不再累述。
根据本实施例的制备方法，可以在硅衬底上得到一种绒面结构的黑硅材料，可以广泛应用于太阳能电池及光电效应器件。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (8)
1.一种绒面黑硅材料的制备方法,包括粗糙工艺步骤和之后的黑硅层制备步骤，其特征在于，所述粗糙工艺步骤包括以下步骤：
将聚苯乙烯小球颗粒分散在水中，在水面形成单层聚苯乙烯小球膜；
通过捞膜的方法将所述单层聚苯乙烯小球膜附着于硅片上；
对附着有单层聚苯乙烯小球膜的硅片表面进行反应离子刻蚀，直至单层聚苯乙烯小球膜被完全刻蚀时停止所述反应离子刻蚀，使硅片上形成周期性的微结构。
2.根据权利要求1所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述微结构为尖锥状的结构。
3.根据权利要求1所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述通过捞膜的方法将所述聚苯乙烯小球膜附着于硅片上后还包括将附着有聚苯乙烯膜的硅片进行烘干的步骤。
4.根据权利要求3所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述烘干步骤的烘干温度为50-100℃。
5.根据权利要求1所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述反应离子刻蚀采用的气体为SF6。
6.根据权利要求1所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述黑硅层制备步骤为通过等离子体浸没的方法在所述硅片上制备黑硅层。
7.根据权利要求6所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述等离子体浸没的方法包括：将硅片置于等离子体刻蚀的设备腔室内，通过等离子体反应浸没到硅片表面，形成黑硅层。
8.根据权利要求7所述的绒面黑硅材料的制备方法，其特征在于：所述等离子体刻蚀采用的气体为SF6。
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