CN103107217B - 一种薄膜太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄膜太阳能电池及其制作方法,属于太阳能利用技术领域,解决现有薄膜太阳能电池的陷光效率低或成本高的问题。本发明薄膜太阳能电池片,由衬底层、光吸收层和覆盖层构成,覆盖层上表面或衬底层下表面、或者覆盖层上表面和衬底层下表面随机分布多个纳米孔或多个纳米柱。本发明第一种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、多孔氧化铝膜加载、一次刻蚀、二次刻蚀、去除掩膜步骤;本发明第二种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、防粘处理、纳米压印、刻蚀步骤;本发明第三种制作方法包括镀铝、硅基多孔氧化铝膜制作、硅刻蚀、去除掩膜、防粘处理、纳米压印、薄膜太阳能电池片刻蚀步骤。本发明结构简单、效果显著、制作成本低、制作效率高,适合工业化量产。
Description
技术领域:
本发明属于太阳能利用技术领域,具体涉及一种薄膜太阳能电及其制作方法。
技术背景:
开发利用太阳能已成为世界各国可持续发展能源的战略决策,太阳能的利用包括光热和光电两个方向。光热的利用在中国发展非常快,太阳能热水器随处可见;尽管发达国家和发展中国家均制定了光电产业中长期发展计划,把光伏发电作为人类未来能源的希望,但作为社会整体能源结构的组成部分,目前太阳能发电所占比例仍然很低,造成这种状况的主要原因是太阳能电池的成本过高。
当前光电池的主体是单晶硅电池,由于需要消耗大量的单晶硅,使得发电成本比当前主流发电技术的成本高数十倍,阻碍了其正常发展。为了降低成本,薄膜太阳能电池成为光伏领域中的一个重要研究方向,薄膜太阳能电池片自下而上由衬底层、光吸收层和覆盖层构成,以硅系薄膜电池为例,由于非晶硅基本是直接带隙,光吸收系数很大,吸收区厚度只要1微米就已经足够,所以非晶硅薄膜太阳能电池的成本仅为单晶硅体电池的三分之一,但其效率也基本为单晶硅电池的三分之一,且存在退化问题,因此和单晶硅体电池相比没有太多优势。多晶硅薄膜太阳能电池由于其效率可以达到15%以上,是薄膜太阳能电池发展的重要方向之一,但由于多晶硅薄膜为间接带隙,因此吸收系数小,需要10微米的厚度才能将入射光基本吸收,这样的厚度无疑将导致成本的提高,解决这一问题的手段是采用所谓的陷光结构,即让光在硅薄膜中来回多反射几次,这样就可以在较小的膜厚条件下达到全部吸收的效果。
薄膜太阳电池的陷光结构具有如下功用:一、在很大的光入射角度范围内尽可能减小太阳电池迎光面的光反射。二、尽可能提高太阳电池背光面的光反射。三、使光在背光面反射回来时具有尽可能高的衍射效率,如果迎光面的光透射率高反射率低,从背光面反射回来的光在迎光面上会具有很大的出射效率,反而有可能会使光吸收效率下降,这对于吸收区薄的太阳电池会更加明显。衍射可以改变光的传播角度,使背反射光在迎光面上的入射角度大于发生全反射的临界角,从而将光限制在太阳电池中传播,直到被吸收。四、较小的特征尺寸,以便与薄膜太阳电池尺寸相兼容;五、较为简单的制备工艺,生产成本低。
为此目的,国际专利WO 03/001609 A2公开了一种带分布布拉格反射器(DBR)陷光结构的薄膜太阳能电池片;国际专利WO 2006/078319 A1公开了一种DBR上自带波纹状衍射光栅陷光结构的薄膜太阳能电池片;美国专利申请2007/0235072 A1公开了一种DBR与空气孔或者介质孔光子晶体结合陷光结构的薄膜太阳能电池片;中国专利申请200510030152.7公开了一种带背散射器陷光结构的薄膜太阳能电池片;中国专利申请200910081459.8公布了一种衍射光栅、分布布拉格反射器和金属反射器结合的背光面陷光结构的薄膜太阳能电池片。上述专利在所述薄膜太阳能电池片的覆盖层上表面或衬底层下表面制作陷光结构,但这些陷光结构要么陷光效率不够理想,要么制作成本过高,违背了薄膜太阳能电池的初衷。
单晶硅常规太阳电池上常用的织构化陷光结构虽制作工艺简单成本低,但具有较大的特征尺寸,不能与薄膜电池兼容,在起伏面上光表现为反射而不是散射或漫射,陷光效率低。
由于多晶硅的折射率达到4,太阳光中能量密度最大的波长为500纳米左右,在多晶硅薄膜中的光波长为125纳米,如果陷光结构的横向尺寸大于4个波长大小,则对光的反射与平面反射相差不大,这就是当前已有的多晶硅陷光结构效果不佳的根本原因。而其它能够制作纳米尺寸结构图形的方法则往往由于成本高限制了其在薄膜太阳能电池陷光结构上的应用。
与薄膜太阳能电池兼容的纳米尺寸且制作成本低的陷光结构,是太阳能电池生产所迫切需要的。
发明内容
本发明提供薄膜太阳能电池的制作方法,解决现有薄膜太阳能电池的陷光效率低或成本高的问题。
采用本发明所制作的薄膜太阳能电池片,自下而上由衬底层、光吸收层和覆盖层构成,所述覆盖层上表面或衬底层下表面随机分布多个纳米孔或多个纳米柱,或者所述覆盖层上表面和衬底层下表面均随机分布多个纳米孔或多个纳米柱;
所述纳米孔孔径或纳米柱柱径为40nm~300nm,纳米孔之间的孔距或纳米柱之间的柱距为80nm~400nm;
所述多个纳米孔或多个纳米柱基于多孔氧化铝的原始图形,采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching,ICP-RIE)图形转移工艺而制得;或者结合纳米压印(Nanoimprint lithography,NIL)和电感耦合等离子体反应离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching,ICP-RIE)图形转移工艺而制得。
所述薄膜太阳能电池的具有多个纳米孔或多个纳米柱的覆盖层,能够增强太阳光的透射效果;具有多个纳米孔或多个纳米柱的衬底层,能够增加衍射效率,使反射回来的光在迎光面的入射角度更大概率的大于全反射临界角,从而使光尽可能的限制在太阳能电池中,达到陷光效果。
所述薄膜太阳能电池片的第一种制作方法,其特征在于,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时~4小时,温度为0℃~10℃,电压40V~60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L~0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2~4小时,温度为50℃~60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%~1.8%,磷酸溶液质量浓度为5%~6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min~30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min~2.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时~2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米~3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述扩孔溶液为质量浓度8%~12%的磷酸溶液;
二.多孔氧化铝膜加载步骤:
将多孔氧化铝膜背面朝上移至薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面后,立即在多孔氧化铝膜背面滴加溶剂,使溶剂覆盖多孔氧化铝膜整个背面,所述溶剂为酒精、异丙醇或丙酮;
三.一次刻蚀步骤:
将附有多孔氧化铝膜的薄膜太阳能电池片放在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用Ar气作为反应气体,去除所述多孔氧化铝膜背面的氧化铝阻挡层,得到通孔氧化铝膜,再将通孔氧化铝膜厚度减薄至300纳米~800纳米;Ar气流量为25sccm~35sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为170W~220W,压强为8mTorr~11mTorr,时间为10min~20min;
四.二次刻蚀步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,将所述通孔氧化铝膜作为掩膜,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,将所述通孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形转移到薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上;刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm~12sccm和6sccm~10sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为150W~250W,压强为5mTorr~10mTorr,刻蚀2min~4min得到100nm~300nm的孔深;
五.去除掩膜步骤:
将附有剩余掩膜的薄膜太阳能电池片在质量浓度8%~12%的磷酸溶液中浸泡5min~15min,去除剩余多孔氧化铝掩膜,得到具有随机分布多个纳米孔的覆盖层或衬底层的薄膜太阳能电池片。
所述薄膜太阳能电池片的第二种制作方法,其特征在于,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时~4小时,温度为0℃~10℃,电压40V~60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L~0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2~4小时,温度为50℃~60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%~1.8%,磷酸溶液质量浓度为5%~6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min~30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min~2.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时~2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米~3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述的扩孔溶液为质量浓度8%~12%的磷酸溶液;
二.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述多孔氧化铝膜正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min~90min,然后在90℃~110℃条件下烘烤15min~18min,得到带薄膜层多孔氧化铝膜,其正面形成一层致密的有机分子层薄膜,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
三.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(3.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面旋涂一层紫外压印胶或热压印胶;
(3.2)压印子步骤:
将所述带薄膜层多孔氧化铝膜和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带薄膜层多孔氧化铝膜正面与旋涂有紫外压印胶或热压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面接触,进行紫外压印或者热压印;
(3.3).脱膜子步骤:
将多孔氧化铝膜与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上的固化压印胶形成与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
四.刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(4.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm~25sccm,气压5mTorr~8mTorr,射频功率60W~100W,刻蚀时间50s~80s;
(4.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm~12sccm和6sccm~10sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为150W~250W,压强为5mTorr~10mTorr,刻蚀2min~4min得到100nm~300nm的孔深;
(4.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm~40sccm,气压5mTorr~15mTorr,RF功率50W~100W,刻蚀5min~10min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
所述的第二种制作方法,其特征在于:
所述涂胶子步骤中,旋涂紫外压印胶时,所述紫外压印胶为mr-UVCur21或STU2,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在2000rpm~3000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的紫外胶;
旋涂热压印胶时,所述热压印胶为mr-I7030E或7020E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在3000rpm~4000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的热压印胶;
所述压印子步骤中,所述紫外压印时,紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为80mw/cm2~100mw/cm2,曝光时间8min~10min,温度70℃~90℃,压强30bar~45bar;
所述热压印时,温度为150℃~200℃,压强为30bar~45bar。
所述薄膜太阳能电池片的第三种制作方法,其特征在于,顺序包括下述步骤:
一.镀铝步骤:
在硅衬底上镀一层0.5微米~3微米厚度均匀的铝膜,得到硅基铝膜;然后在氮气环境中将所述硅基铝膜退火,退火温度为450℃~550℃,退火时间120min~180min;镀膜方式为磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发,氩气流量为80sccm~120sccm,电流0.3A~0.5A;
二.硅基多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(2.1)、一次氧化子步骤:
将退火后的硅基铝膜作为阳极,在电解液中氧化10min~35min,温度为0℃~10℃,电压40V~60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L~0.5mol/L的草酸溶液;
(2.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间20min~50min,温度为50℃~60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%~1.8%,磷酸溶液质量浓度为5%~6%;
(2.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化2min~6min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,得到二次氧化试样;
(2.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡10min~50min,得到硅基多孔氧化铝膜;硅基多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面为硅衬底;所述扩孔溶液为质量浓度4%~6%的磷酸溶液;
三.硅刻蚀步骤:
将所述硅基多孔氧化铝膜放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,以硅基多孔氧化铝膜正面作为掩膜,对硅衬底进行刻蚀,在硅衬底上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形相同的纳米孔图形;刻蚀气SF6和C4F8的流量分别为10sccm~15sccm和20sccm~40sccm,压力3mTorr~5mTorr,射频功率15W~50W,电感耦合等离子功率500W~1000W,刻蚀1min~3min得到硅图形的深度为100nm~300nm;
四.去除掩膜步骤:
在附有多孔氧化铝膜的硅衬底放入质量浓度8%~12%的磷酸溶液,浸泡5min~15min,去除剩余多孔氧化铝膜,获得硅模板,其正面具有随机分布的纳米孔,其背面为无孔硅衬底;
五.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述硅模板正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min~90min,然后在90℃~110℃条件下烘烤15min~18min,得到带薄膜层的硅模板,其正面形成一层致密的有机分子层,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
六.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(6.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面旋涂一层紫外压印胶或热压印胶;
(6.2)压印子步骤:
将所述带纳米孔结构的硅模板和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带纳米孔结构的硅模板正面与旋涂有紫外压印胶或热压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面接触,进行紫外压印或者热压印;
(6.3)脱模子步骤:
将硅模板与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上的固化压印胶形成与硅模板随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
七.薄膜太阳能电池片刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(7.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm~25sccm,气压5mTorr~8mTorr,射频功率60W~100W,刻蚀时间50s~80s;
(7.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar的流量分别为8sccm~12sccm和6sccm~10sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为150W~250W,压强为5mTorr~10mTorr,刻蚀2min~4min得到100nm~300nm的孔深;
(7.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm~40sccm,气压5mTorr~15mTorr,RF功率50W~100W,刻蚀5min~10min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
所述的第三种制作方法,其特征在于:
所述涂胶子步骤中,旋涂紫外压印胶时,所述紫外压印胶为mr-UVCur21或STU2,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在2000rpm~3000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的紫外胶;
旋涂热压印胶时,所述热压印胶为mr-I7030E或7020E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在3000rpm~4000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的热压印胶;
所述压印子步骤中,所述紫外压印时,紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为80mw/cm2~100mw/cm2,曝光时间8min~10min,温度70℃~90℃,压强30bar~45bar;
所述热压印时,温度为150℃~200℃,压强为30bar~45bar。
所述的第一种制作方法,将制作好的多孔氧化铝模板和薄膜太阳能电池片贴合,然后通过干法刻蚀转移将陷光结构转移到电池片上。
所述的第二种制作方法,以做好的多孔氧化铝膜作为纳米压印母版,将陷光结构通过纳米压印和干法刻蚀工艺转移到电池片上。
所述的第三种制作方法,在单晶硅衬底上镀铝进行阳极氧化并用干法刻蚀工艺将多孔图案转移到单晶硅衬底上,再以此有图案的单晶硅衬底为纳米压印母版,通过纳米压印及干法刻蚀工艺将陷光结构转移到太阳能电池片上。
利用上述三种方法中的任何一种,将多孔氧化铝纳米阵列结构转移到薄膜太阳能电池的迎光面和背光面,可以大幅度的提高薄膜太阳能电池的光吸收效率,且具有简单可靠低制作成本的优点。本发明尤其适用于大面积薄膜太阳能电池的陷光结构制备和大规模的工业化生产。
附图说明
图1为薄膜太阳能电池片的第一种制作方法流程示意图;
图2为薄膜太阳能电池片的第二种制作方法流程示意图;
图3为薄膜太阳能电池片的第三种制作方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。实施例1~实施例3,是薄膜太阳能电池片第一种制作方法的实施例,其流程见图1;实施例4~实施例7,是薄膜太阳能电池片第二种制作方法的实施例,其流程见图2;实施例8~实施例11,是薄膜太阳能电池片第三种制作方法的实施例,其流程见图3。
实施例1:通过上述第一种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时,温度为5℃,电压50V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.3mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2小时,温度为55℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.8%,磷酸溶液质量浓度为6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化25min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持2min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述扩孔溶液为质量浓度12%的磷酸溶液;
二.多孔氧化铝膜加载步骤:
将多孔氧化铝膜背面朝上移至薄膜太阳能电池片覆盖层上表面后,立即在多孔氧化铝膜背面滴加溶剂,使溶剂覆盖多孔氧化铝膜整个背面,所述溶剂为酒精、异丙醇或丙酮;
三.一次刻蚀步骤:
将负有多孔氧化铝膜的薄膜太阳能电池片放在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用Ar气作为反应气体,去除所述多孔氧化铝膜背面的氧化铝阻挡层,得到通孔氧化铝膜,再将通孔氧化铝膜厚度减薄至500纳米;Ar气流量为30sccm,电感耦合等离子功率为300W,射频功率为220W,压强为11mTorr,时间为15min;
四.二次刻蚀步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,将所述通孔氧化铝膜作为掩膜,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面进行刻蚀,将所述通孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形转移到薄膜太阳能电池片覆盖层上表面;刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm和6sccm,电感耦合等离子功率为200W,射频功率为150W,压强为5mTorr,刻蚀2min得到100nm的孔深;
五.去除掩膜步骤:
将附有剩余掩膜的薄膜太阳能电池片在质量浓度12%的磷酸溶液中浸泡5min,去除剩余多孔氧化铝掩膜,得到具有随机分布多个纳米孔的覆盖层或衬底层的薄膜太阳能电池片。
实施例2:通过上述第一种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化4小时,温度为10℃,电压60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间3小时,温度为50℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%,磷酸溶液质量浓度为5%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述扩孔溶液为质量浓度8%的磷酸溶液;
二.多孔氧化铝膜加载步骤:
将多孔氧化铝膜背面朝上移至薄膜太阳能电池片衬底层下表面后,立即在多孔氧化铝膜背面滴加溶剂,使溶剂覆盖多孔氧化铝膜整个背面,所述溶剂为酒精、异丙醇或丙酮;
三.一次刻蚀步骤:
将负有多孔氧化铝膜的薄膜太阳能电池片放在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用Ar气作为反应气体,去除所述多孔氧化铝膜背面的氧化铝阻挡层,得到通孔氧化铝膜,再将通孔氧化铝膜厚度减薄至800纳米;Ar气流量为25sccm,电感耦合等离子功率为200W,射频功率为170W,压强为8mTorr,时间为10min;
四.二次刻蚀步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,将所述通孔氧化铝膜作为掩膜,对薄膜太阳能电池片衬底层下表面进行刻蚀,将所述通孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形转移到薄膜太阳能电池片衬底层下表面上;刻蚀气Cl2和Ar流量分别为10sccm和8sccm,电感耦合等离子功率为300W,射频功率为200W,压强为8mTorr,刻蚀3min得到180nm的孔深;
五.去除掩膜步骤:
将附有剩余掩膜的薄膜太阳能电池片在质量浓度10%的磷酸溶液中浸泡15min,去除剩余多孔氧化铝掩膜,得到具有随机分布多个纳米孔的覆盖层或衬底层的薄膜太阳能电池片。
实施例3:通过上述第一种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化4小时,温度为0℃,电压40V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间4小时,温度为60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.6%,磷酸溶液质量浓度为6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持2min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为2微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述扩孔溶液为质量浓度10%的磷酸溶液;
二.多孔氧化铝膜加载步骤:
将多孔氧化铝膜背面朝上移至薄膜太阳能电池片覆盖层上表面后,立即在多孔氧化铝膜背面滴加溶剂,使溶剂覆盖多孔氧化铝膜整个背面,所述溶剂为酒精、异丙醇或丙酮;
三.一次刻蚀步骤:
将负有多孔氧化铝膜的薄膜太阳能电池片放在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用Ar气作为反应气体,去除所述多孔氧化铝膜背面的氧化铝阻挡层,得到通孔氧化铝膜,再将通孔氧化铝膜厚度减薄至300纳米;Ar气流量为35sccm,电感耦合等离子功率为400W,射频功率为220W,压强为8mTorr,时间为20min;
四.二次刻蚀步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,将所述通孔氧化铝膜作为掩膜,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面进行刻蚀,将所述通孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形转移到薄膜太阳能电池片覆盖层上表面;刻蚀气Cl2和Ar流量分别为12sccm和10sccm,电感耦合等离子功率为400W,射频功率为250W,压强为10mTorr,刻蚀4min得到300nm的孔深;
五.去除掩膜步骤:
将附有剩余掩膜的薄膜太阳能电池片在质量浓度8%的磷酸溶液中浸泡15min,去除剩余多孔氧化铝掩膜,得到具有随机分布多个纳米孔的覆盖层或衬底层的薄膜太阳能电池片。
实施例4:通过上述第二种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时,温度为0℃,电压40V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2小时,温度为50℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%,磷酸溶液质量浓度为5%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述的扩孔溶液为质量浓度8%的磷酸溶液;
二.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述多孔氧化铝膜正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min,然后在90℃条件下烘烤15min,得到带薄膜层多孔氧化铝膜,其正面形成一层致密的有机分子层薄膜,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
三.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(3.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面旋涂一层紫外压印胶;
紫外压印胶为STU2,首先在500rpm的速度下旋转5s,然后在2000rpm的速度下旋转30s,形成一层均匀的紫外胶;
(3.2)压印子步骤:
将所述带薄膜层多孔氧化铝膜和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带薄膜层多孔氧化铝膜正面与旋涂有紫外压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面接触,进行紫外压印;
紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为80mw/cm2,曝光时间8min,温度70℃,压强30bar;
(3.3).脱膜子步骤:
将多孔氧化铝膜与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面的固化压印胶形成与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
四.刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(4.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm,气压5mTorr,射频功率60W,刻蚀时间50s;
(4.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm和6sccm,电感耦合等离子功率为200W,射频功率为150W,压强为5mTorr,刻蚀2min得到100nm的孔深;
(4.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm,气压5mTorr,RF功率50W,刻蚀5min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例5:通过上述第二种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化4小时,温度为10℃,电压60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间4小时,温度为60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.8%,磷酸溶液质量浓度为6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持2.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述的扩孔溶液为质量浓度12%的磷酸溶液;
二.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述多孔氧化铝膜正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀90min,然后在110℃条件下烘烤18min,得到带薄膜层多孔氧化铝膜,其正面形成一层致密的有机分子层薄膜,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
三.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(3.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片衬底层下表面旋涂一层紫外压印胶;
紫外压印胶为mr-UVCur21,首先在500rpm的速度下旋转10s,然后在3000rpm的速度下旋转60s,形成一层均匀的紫外胶;
(3.2)压印子步骤:
将所述带薄膜层多孔氧化铝膜和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带薄膜层多孔氧化铝膜正面与旋涂有紫外压印胶的薄膜太阳能电池片衬底层下表面接触,进行紫外压印;
紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为100mw/cm2,曝光时间10min,温度90℃,压强45bar;
(3.3).脱膜子步骤:
将多孔氧化铝膜与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片衬底层下表面上的固化压印胶形成与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
四.刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(4.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,02流量25sccm,气压8mTorr,射频功率100W,刻蚀时间80s;
(4.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar流量分别为12sccm和10sccm,电感耦合等离子功率为400W,射频功率为250W,压强为10mTorr,刻蚀4min得到300nm的孔深;
(4.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量40sccm,气压15mTorr,RF功率100W,刻蚀10min,在薄膜太阳能电池片衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例6:通过上述第二种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时,温度为0℃,电压40V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2小时,温度为50℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%,磷酸溶液质量浓度为5%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述的扩孔溶液为质量浓度8%的磷酸溶液;
二.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述多孔氧化铝膜正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min,然后在90℃条件下烘烤15min,得到带薄膜层多孔氧化铝膜,其正面形成一层致密的有机分子层薄膜,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
三.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(3.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面旋涂一层热压印胶;
所述热压印胶为mr-I7030E热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转5s,然后在3000rpm的速度下旋转30s,形成一层均匀的热压印胶;
(3.2)压印子步骤:
将所述带薄膜层多孔氧化铝膜和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带薄膜层多孔氧化铝膜正面与旋涂有热压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面接触,进行热压印,温度为150℃,压强为30bar;
(3.3).脱膜子步骤:
将多孔氧化铝膜与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面的固化压印胶形成与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
四.刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(4.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm,气压5mTorr,射频功率60W,刻蚀时间50s;
(4.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm和6sccm,电感耦合等离子功率为200W,射频功率为150W,压强为5mTorr,刻蚀2min得到100nm的孔深;
(4.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm,气压5mTorr,RF功率50W,刻蚀5min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例7:通过上述第二种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化4小时,温度为10℃,电压60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间4小时,温度为60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.8%,磷酸溶液质量浓度为6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持2.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述的扩孔溶液为质量浓度12%的磷酸溶液;
二.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述多孔氧化铝膜正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀90min,然后在110℃条件下烘烤18min,得到带薄膜层多孔氧化铝膜,其正面形成一层致密的有机分子层薄膜,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
三.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(3.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片衬底层下表面旋涂一层热压印胶;
所述热压印胶为7020E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转10s,然后在4000rpm的速度下旋转60s,形成一层均匀的热压印胶;
(3.2)压印子步骤:
将所述带薄膜层多孔氧化铝膜和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带薄膜层多孔氧化铝膜正面与旋涂有热压印胶的薄膜太阳能电池片衬底层下表面接触,进行热压印,温度为200℃,压强为45bar;
(3.3).脱膜子步骤:
将多孔氧化铝膜与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片衬底层下表面的固化压印胶形成与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
四.刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(4.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量25sccm,气压8mTorr,射频功率100W,刻蚀时间80s;
(4.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar流量分别为12sccm和10sccm,电感耦合等离子功率为400W,射频功率为250W,压强为10mTorr,刻蚀4min得到300nm的孔深;
(4.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量40sccm,气压15mTorr,RF功率100W,刻蚀10min,在薄膜太阳能电池片衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例8:通过上述第三种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.镀铝步骤:
在硅衬底上镀一层0.5微米厚度均匀的铝膜,得到硅基铝膜;然后在氮气环境中将所述硅基铝膜退火,退火温度为450℃,退火时间120min;镀膜方式为磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发,氩气流量为80sccm,电流0.3A;
二.硅基多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(2.1)、一次氧化子步骤:
将退火后的硅基铝膜作为阳极,在电解液中氧化10min,温度为0℃,电压40V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L的草酸溶液;
(2.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间20min,温度为50℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%,磷酸溶液质量浓度为5%;
(2.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化2min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,得到二次氧化试样;
(2.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡10min,得到硅基多孔氧化铝膜;硅基多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面为硅衬底;所述扩孔溶液为质量浓度4%的磷酸溶液;
三.硅刻蚀步骤:
将所述硅基多孔氧化铝膜放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,以硅基多孔氧化铝膜正面作为掩膜,对硅衬底进行刻蚀,在硅衬底上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形相同的纳米孔图形;刻蚀气SF6和C4F8的流量分别为10sccm和20sccm,压力3mTorr,射频功率15W,电感耦合等离子功率500W,刻蚀1min得到硅图形的深度为100nm;
四.去除掩膜步骤:
在附有多孔氧化铝膜的硅衬底放入质量浓度8%的磷酸溶液,浸泡5min,去除剩余多孔氧化铝膜,获得硅模板,其正面具有随机分布的纳米孔,其背面为无孔硅衬底;
五.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述硅模板正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min,然后在90℃条件下烘烤15min,得到带薄膜层的硅模板,其正面形成一层致密的有机分子层,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
六.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(6.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面旋涂一层紫外压印胶;
所述紫外压印胶为mr-UVCur21,首先在500rpm的速度下旋转5s,然后在2000rpm的速度下旋转30s,形成一层均匀的紫外胶;
(6.2)压印子步骤:
将所述带纳米孔结构的硅模板和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带纳米孔结构的硅模板正面与旋涂有紫外压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面接触,进行紫外压印;
紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为80mw/cm2,曝光时间8min,温度70℃,压强30bar;
(6.3)脱模子步骤:
将硅模板与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面的固化压印胶形成与硅模板随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
七.薄膜太阳能电池片刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(7.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm,气压5mTorr,射频功率60W,刻蚀时间50s;
(7.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar的流量分别为8sccm和6sccm,电感耦合等离子功率为200W,射频功率为150W,压强为5mTorr,刻蚀2min得到100nm的孔深;
(7.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm,气压5mTorr,RF功率50W,刻蚀5min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例9:通过上述第三种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.镀铝步骤:
在硅衬底上镀一层3微米厚度均匀的铝膜,得到硅基铝膜;然后在氮气环境中将所述硅基铝膜退火,退火温度为550℃,退火时间180min;镀膜方式为磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发,氩气流量为120sccm,电流0.5A;
二.硅基多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(2.1)、一次氧化子步骤:
将退火后的硅基铝膜作为阳极,在电解液中氧化35min,温度为10℃,电压60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.5mol/L的草酸溶液;
(2.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间50min,温度为60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.8%,磷酸溶液质量浓度为6%;
(2.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化6min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,得到二次氧化试样;
(2.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡50min,得到硅基多孔氧化铝膜;硅基多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面为硅衬底;所述扩孔溶液为质量浓度6%的磷酸溶液;
三.硅刻蚀步骤:
将所述硅基多孔氧化铝膜放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,以硅基多孔氧化铝膜正面作为掩膜,对硅衬底进行刻蚀,在硅衬底上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形相同的纳米孔图形;刻蚀气SF6和C4F8的流量分别为15sccm和40sccm,压力5mTorr,射频功率50W,电感耦合等离子功率1000W,刻蚀3min得到硅图形的深度为300nm;
四.去除掩膜步骤:
在附有多孔氧化铝膜的硅衬底放入质量浓度12%的磷酸溶液,浸泡15min,去除剩余多孔氧化铝膜,获得硅模板,其正面具有随机分布的纳米孔,其背面为无孔硅衬底;
五.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述硅模板正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀90min,然后在110℃条件下烘烤18min,得到带薄膜层的硅模板,其正面形成一层致密的有机分子层,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
六.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(6.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片衬底层下表面旋涂一层紫外压印胶;
所述紫外压印胶为STU2,首先在500rpm的速度下旋转10s,然后在3000rpm的速度下旋转60s,形成一层均匀的紫外胶;
(6.2)压印子步骤:
将所述带纳米孔结构的硅模板和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带纳米孔结构的硅模板正面与旋涂有紫外压印胶的薄膜太阳能电池片衬底层下表面接触,进行紫外压印;
紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为100mw/cm2,曝光时间10min,温度90℃,压强45bar;
(6.3)脱模子步骤:
将硅模板与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片衬底层下表面上的固化压印胶形成与硅模板随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
七.薄膜太阳能电池片刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(7.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量25sccm,气压8mTorr,射频功率100W,刻蚀时间80s;
(7.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar的流量分别为12sccm和10sccm,电感耦合等离子功率为400W,射频功率为250W,压强为10mTorr,刻蚀4min得到300nm的孔深;
(7.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量40sccm,气压15mTorr,RF功率100W,刻蚀10min,在薄膜太阳能电池片衬底层下表面得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例10:通过上述第三种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.镀铝步骤:
在硅衬底上镀一层0.5微米厚度均匀的铝膜,得到硅基铝膜;然后在氮气环境中将所述硅基铝膜退火,退火温度为450℃,退火时间120min;镀膜方式为磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发,氩气流量为80sccm,电流0.3A;
二.硅基多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(2.1)、一次氧化子步骤:
将退火后的硅基铝膜作为阳极,在电解液中氧化10min,温度为0℃,电压40V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L的草酸溶液;
(2.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间20min,温度为50℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%,磷酸溶液质量浓度为5%;
(2.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化2min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,得到二次氧化试样;
(2.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡10min,得到硅基多孔氧化铝膜;硅基多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面为硅衬底;所述扩孔溶液为质量浓度4%的磷酸溶液;
三.硅刻蚀步骤:
将所述硅基多孔氧化铝膜放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,以硅基多孔氧化铝膜正面作为掩膜,对硅衬底进行刻蚀,在硅衬底上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形相同的纳米孔图形;刻蚀气SF6和C4F8的流量分别为10sccm和20sccm,压力3mTorr,射频功率15W,电感耦合等离子功率500W,刻蚀1min得到硅图形的深度为100nm;
四.去除掩膜步骤:
在附有多孔氧化铝膜的硅衬底放入质量浓度8%的磷酸溶液,浸泡5min,去除剩余多孔氧化铝膜,获得硅模板,其正面具有随机分布的纳米孔,其背面为无孔硅衬底;
五.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述硅模板正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min,然后在90℃条件下烘烤15min,得到带薄膜层的硅模板,其正面形成一层致密的有机分子层,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
六.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(6.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面旋涂一层热压印胶;
所述热压印胶为mr-I7030E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转5s,然后在3000rpm的速度下旋转30s,形成一层均匀的热压印胶;
(6.2)压印子步骤:
将所述带纳米孔结构的硅模板和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带纳米孔结构的硅模板正面与旋涂有热压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面接触,进行热压印,温度为150℃,压强为30bar;
(6.3)脱模子步骤:
将硅模板与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面的固化压印胶形成与硅模板随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
七.薄膜太阳能电池片刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(7.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm,气压5mTorr,射频功率60W,刻蚀时间50s;
(7.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar的流量分别为8sccm和6sccm,电感耦合等离子功率为200W,射频功率为150W,压强为5mTorr,刻蚀2min得到100nm的孔深;
(7.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm,气压5mTorr,RF功率50W,刻蚀5min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
实施例11:通过上述第三种制作方法制作薄膜太阳能电池片,顺序包括下述步骤:
一.镀铝步骤:
在硅衬底上镀一层3微米厚度均匀的铝膜,得到硅基铝膜;然后在氮气环境中将所述硅基铝膜退火,退火温度为550℃,退火时间180min;镀膜方式为磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发,氩气流量为120sccm,电流0.5A;
二.硅基多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(2.1)、一次氧化子步骤:
将退火后的硅基铝膜作为阳极,在电解液中氧化35min,温度为10℃,电压60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.5mol/L的草酸溶液;
(2.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间50min,温度为60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.8%,磷酸溶液质量浓度为6%;
(2.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化6min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,得到二次氧化试样;
(2.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡50min,得到硅基多孔氧化铝膜;硅基多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面为硅衬底;所述扩孔溶液为质量浓度6%的磷酸溶液;
三.硅刻蚀步骤:
将所述硅基多孔氧化铝膜放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,以硅基多孔氧化铝膜正面作为掩膜,对硅衬底进行刻蚀,在硅衬底上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形相同的纳米孔图形;刻蚀气SF6和C4F8的流量分别为15sccm和40sccm,压力5mTorr,射频功率50W,电感耦合等离子功率1000W,刻蚀3min得到硅图形的深度为300nm;
四.去除掩膜步骤:
在附有多孔氧化铝膜的硅衬底放入质量浓度12%的磷酸溶液,浸泡15min,去除剩余多孔氧化铝膜,获得硅模板,其正面具有随机分布的纳米孔,其背面为无孔硅衬底;
五.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述硅模板正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀90min,然后在110℃条件下烘烤18min,得到带薄膜层的硅模板,其正面形成一层致密的有机分子层,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
六.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(6.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片衬底层下表面旋涂一层热压印胶;
所述热压印胶为7020E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转10s,然后在4000rpm的速度下旋转60s,形成一层均匀的热压印胶;
(6.2)压印子步骤:
将所述带纳米孔结构的硅模板和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带纳米孔结构的硅模板正面与旋涂有热压印胶的薄膜太阳能电池片衬底层下表面接触,进行热压印,温度为200℃,压强为45bar;
(6.3)脱模子步骤:
将硅模板与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片衬底层下表面上的固化压印胶形成与硅模板随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
七.薄膜太阳能电池片刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(7.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量25sccm,气压8mTorr,射频功率100W,刻蚀时间80s;
(7.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar的流量分别为12sccm和10sccm,电感耦合等离子功率为400W,射频功率为250W,压强为10mTorr,刻蚀4min得到300nm的孔深;
(7.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量40sccm,气压15mTorr,RF功率100W,刻蚀10min,在薄膜太阳能电池片衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
上述实施例1~实施例3中,也可以同时在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面和衬底层下表面进行相应加工,得到具有随机分布多个纳米孔的覆盖层或衬底层的薄膜太阳能电池片;
上述实施例4~实施例11中,也可以同时在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面和衬底层下表面进行相应加工,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面和衬底层下表面得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
Claims (5)
1.薄膜太阳能电池片的第一种制作方法,其特征在于,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时~4小时,温度为0℃~10℃,电压40V~60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L~0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2~4小时,温度为50℃~60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%~1.8%,磷酸溶液质量浓度为5%~6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min~30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min~2.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时~2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米~3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述扩孔溶液为质量浓度8%~12%的磷酸溶液;
二.多孔氧化铝膜加载步骤:
将多孔氧化铝膜背面朝上移至薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面后,立即在多孔氧化铝膜背面滴加溶剂,使溶剂覆盖多孔氧化铝膜整个背面,所述溶剂为酒精、异丙醇或丙酮;
三.一次刻蚀步骤:
将附有多孔氧化铝膜的薄膜太阳能电池片放在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用Ar气作为反应气体,去除所述多孔氧化铝膜背面的氧化铝阻挡层,得到通孔氧化铝膜,再将通孔氧化铝膜厚度减薄至300纳米~800纳米;Ar气流量为25sccm~35sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为170W~220W,压强为8mTorr~11mTorr,时间为10min~20min;
四.二次刻蚀步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,将所述通孔氧化铝膜作为掩膜,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,将所述通孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形转移到薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上;刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm~12sccm和6sccm~10sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为150W~250W,压强为5mTorr~10mTorr,刻蚀2min~4min得到100nm~300nm的孔深;
五.去除掩膜步骤:
将附有剩余掩膜的薄膜太阳能电池片在质量浓度8%~12%的磷酸溶液中浸泡5min~15min,去除剩余多孔氧化铝掩膜,得到具有随机分布多个纳米孔的覆盖层或衬底层的薄膜太阳能电池片。
2.薄膜太阳能电池片的第二种制作方法,其特征在于,顺序包括下述步骤:
一.多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(1.1)、一次氧化子步骤:
将纯度超过99.999%的铝片作为阳极,在电解液中氧化2小时~4小时,温度为0℃~10℃,电压40V~60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L~0.5mol/L的草酸溶液;
(1.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间2~4小时,温度为50℃~60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%~1.8%,磷酸溶液质量浓度为5%~6%;
(1.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化10min~30min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,然后电压以5%阶梯递减,每阶梯维持1.5min~2.5min,直至电压降至15V,得到二次氧化试样;
(1.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡1小时~2小时,得到多孔氧化铝膜,其厚度为1.5微米~3.5微米,多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层;所述的扩孔溶液为质量浓度8%~12%的磷酸溶液;
二.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述多孔氧化铝膜正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min~90min,然后在90℃~110℃条件下烘烤15min~18min,得到带薄膜层多孔氧化铝膜,其正面形成一层致密的有机分子层薄膜,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
三.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(3.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面旋涂一层紫外压印胶或热压印胶;
(3.2)压印子步骤:
将所述带薄膜层多孔氧化铝膜和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带薄膜层多孔氧化铝膜正面与旋涂有紫外压印胶或热压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面接触,进行紫外压印或者热压印;
(3.3).脱膜子步骤:
将多孔氧化铝膜与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上的固化压印胶形成与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
四.刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(4.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm~25sccm,气压5mTorr~8mTorr,射频功率60W~100W,刻蚀时间50s~80s;
(4.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar流量分别为8sccm~12sccm和6sccm~10sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为150W~250W,压强为5mTorr~10mTorr,刻蚀2min~4min得到100nm~300nm的孔深;
(4.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm~40sccm,气压5mTorr~15mTorr,RF功率50W~100W,刻蚀5min~10min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
3.如权利要求2所述的第二种制作方法,其特征在于:
所述涂胶子步骤中,旋涂紫外压印胶时,所述紫外压印胶为mr-UVCur21或STU2,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在2000rpm~3000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的紫外胶;
旋涂热压印胶时,所述热压印胶为mr-I7030E或7020E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在3000rpm~4000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的热压印胶;
所述压印子步骤中,所述紫外压印时,紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为80mw/cm2~100mw/cm2,曝光时间8min~10min,温度70℃~90℃,压强30bar~45bar;
所述热压印时,温度为150℃~200℃,压强为30bar~45bar。
4.薄膜太阳能电池片的第三种制作方法,其特征在于,顺序包括下述步骤:
一.镀铝步骤:
在硅衬底上镀一层0.5微米~3微米厚度均匀的铝膜,得到硅基铝膜;然后在氮气环境中将所述硅基铝膜退火,退火温度为450℃~550℃,退火时间120min~180min;镀膜方式为磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发,氩气流量为80sccm~120sccm,电流0.3A~0.5A;
二.硅基多孔氧化铝膜制作步骤,包括下述子步骤:
(2.1)、一次氧化子步骤:
将退火后的硅基铝膜作为阳极,在电解液中氧化10min~35min,温度为0℃~10℃,电压40V~60V,得到氧化试样;所述电解液为浓度0.1mol/L~0.5mol/L的草酸溶液;
(2.2)、去氧化层子步骤:
将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中,时间20min~50min,温度为50℃~60℃,得到去氧化试样;所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液,铬酸溶液质量浓度为1.5%~1.8%,磷酸溶液质量浓度为5%~6%;
(2.3)、二次氧化子步骤:
将所述去氧化试样作为阳极,在电解液中氧化2min~6min,其余各参数与一次氧化子步骤相同,得到二次氧化试样;
(2.4)、扩孔子步骤:
将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡10min~50min,得到硅基多孔氧化铝膜;硅基多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔,其背面为硅衬底;所述扩孔溶液为质量浓度4%~6%的磷酸溶液;
三.硅刻蚀步骤:
将所述硅基多孔氧化铝膜放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,以硅基多孔氧化铝膜正面作为掩膜,对硅衬底进行刻蚀,在硅衬底上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形相同的纳米孔图形;刻蚀气SF6和C4F8的流量分别为10sccm~15sccm和20sccm~40sccm,压力3mTorr~5mTorr,射频功率15W~50W,电感耦合等离子功率500W~1000W,刻蚀1min~3min得到硅图形的深度为100nm~300nm;
四.去除掩膜步骤:
在附有多孔氧化铝膜的硅衬底放入质量浓度8%~12%的磷酸溶液,浸泡5min~15min,去除剩余多孔氧化铝膜,获得硅模板,其正面具有随机分布的纳米孔,其背面为无孔硅衬底;
五.防粘处理步骤:
在一个标准大气压和常温条件下,将所述硅模板正面在全氟癸基-三氯硅烷的蒸汽气氛中蒸镀70min~90min,然后在90℃~110℃条件下烘烤15min~18min,得到带薄膜层的硅模板,其正面形成一层致密的有机分子层,该层薄膜使模板表面具有很低的表面能,使其在纳米压印过程中容易脱模;
六.纳米压印步骤,包括下述子步骤:
(6.1)涂胶子步骤:
在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面旋涂一层紫外压印胶或热压印胶;
(6.2)压印子步骤:
将所述带纳米孔结构的硅模板和薄膜太阳能电池片放入纳米压印机中,带纳米孔结构的硅模板正面与旋涂有紫外压印胶或热压印胶的薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面接触,进行紫外压印或者热压印;
(6.3)脱模子步骤:
将硅模板与薄膜太阳能电池片脱离,所述薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上的固化压印胶形成与硅模板随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列;
七.薄膜太阳能电池片刻蚀步骤,包括下述子步骤:
(7.1)去除残胶子步骤:
将载有固化压印胶的薄膜太阳能电池片放入电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子将残胶去除,O2流量15sccm~25sccm,气压5mTorr~8mTorr,射频功率60W~100W,刻蚀时间50s~80s;
(7.2)刻蚀子步骤:
以固化压印胶为掩膜,在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀,刻蚀气Cl2和Ar的流量分别为8sccm~12sccm和6sccm~10sccm,电感耦合等离子功率为200W~400W,射频功率为150W~250W,压强为5mTorr~10mTorr,刻蚀2min~4min得到100nm~300nm的孔深;
(7.3)去除掩膜子步骤:
在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中,用氧等离子去除剩余的固化压印胶,O2流量20sccm~40sccm,气压5mTorr~15mTorr,RF功率50W~100W,刻蚀5min~10min,在薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面上得到与多孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形互补的纳米柱阵列。
5.如权利要求4所述的第三种制作方法,其特征在于:
所述涂胶子步骤中,旋涂紫外压印胶时,所述紫外压印胶为mr-UVCur21或STU2,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在2000rpm~3000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的紫外胶;
旋涂热压印胶时,所述热压印胶为mr-I7030E或7020E系列热压印胶,首先在500rpm的速度下旋转5s~10s,然后在3000rpm~4000rpm的速度下旋转30s~60s,形成一层均匀的热压印胶;
所述压印子步骤中,所述紫外压印时,紫外光从带薄膜层多孔氧化铝膜背面正入射,紫外光强为80mw/cm2~100mw/cm2,曝光时间8min~10min,温度70℃~90℃,压强30bar~45bar;
所述热压印时,温度为150℃~200℃,压强为30bar~45bar。
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