CN105839193A - 一种绒面单晶硅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绒面单晶硅的制备方法，包括：将氢氧化钾、甘油、碳酸钾、柠檬酸脂肪酸甘油酯和水混合得到第一混合溶液，将单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡，然后在第一混合溶液中超声波振荡处理，清洗，干燥；在真空环境下，在单晶硅片表面沉积银纳米薄膜，退火；将氢氟酸、双氧水和水混合，得到第二混合溶液，将单晶硅片在第二混合溶液中浸泡，然后在硝酸溶液中浸泡，清洗，干燥后得到绒面单晶硅。碳酸钾增加金字塔结构的成核起点，提高成核密度。柠檬酸脂肪酸甘油酯具有羟基等亲水基团，使制绒液的表面张力减小，提高亲水性，使得制绒液更好地浸润硅片。因此，本发明提供的绒面单晶硅的制备方法绿色环保，制备的绒面单晶硅可以有效降低光反射。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种绒面单晶硅的制备方法。
背景技术
随着地球上有限的石油和煤炭等不可再生资源的逐渐耗尽，可再生能源的利用与开发显的越来越紧迫。在世界光伏市场的强力拉动下，中国太阳能产业通过引进、消化、吸收和再创新，在短时间内获得了快速的发展。光伏发电是太阳能利用的重要组成部分，它是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源，对于光伏产业，高效率和低成本永远是不变的追求。现阶段已商业化的太阳电池产品中，晶体硅(包括单晶和多晶)太阳电池的市场份额最大，一直保持85％以上的市场占有率。
目前，对于高效单晶硅电池，其表面反射率是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一。在太阳电池表面织构化可以有效降低太阳电池的表面反射率，目前太阳能电池单晶硅片制绒已是一项比较成熟的工艺，最常使用的是化学腐蚀法制备单晶硅绒面，其原理主要是利用NaOH/异丙醇(IPA)体系对单晶硅片的各向异性腐蚀，在单晶硅片表面会形成金字塔状的绒面结构，使太阳光在硅片表面进行多次反射而提高太阳能电池对光的吸收，从而提高电池效率。但该方法普遍存在得到的金字塔尺寸大小不太均匀，降低了绒面的减反效果的问题。并且IPA具有相当的毒性，对人体有危害，同时IPA在制绒过程中易于挥发，对环境产生不良影响。
现有技术中，申请号为201010551140.X的中国专利文献公布了一种硅表面减反射陷光结构的制备工艺，其利用银镜反应在硅片表面镀银后再使用酸性腐蚀剂浸泡，从而获得了减反射层的陷光多孔结构。该方法为湿法化学工艺，所镀的银层过于致密，腐蚀液无法充分穿透银层与硅表面接触，所制得的硅表面只有些许发黑，光反射率未得到充分控制。本发明人考虑，为了进一步提高单晶硅太阳电池对光的吸收，并减少环境污染问题，有必要探索一种环保并且可以有效降低光反射的绒面单晶硅的制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种绒面单晶硅的制备方法，绿色环保，制备的绒面单晶硅可以有效降低光反射。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种绒面单晶硅的制备方法，包括以下步骤：步骤a)将10-50质量份氢氧化钾、100-200质量份甘油、10-30质量份碳酸钾、50-100质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯和500-800质量份去离子水混合，得到第一混合溶液，将单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡12-24小时，然后在所述第一混合溶液中超声波振荡处理10-20分钟，清洗，干燥；步骤b)在真空环境下，利用真空热蒸镀系统在所述步骤b得到的单晶硅片表面沉积银纳米薄膜，退火；步骤c)将100-200质量份氢氟酸、20-30质量份双氧水和700-1000质量份去离子水混合，得到第二混合溶液，将步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中浸泡，然后在硝酸溶液中浸泡，清洗，干燥后得到绒面单晶硅。
优选的，还包括单晶硅片的预处理：将80-100质量份高氯酸和40-60质量份过氧化氢混合，得到第三混合溶液；将单晶硅片在所述第三混合溶液中浸泡10-30分钟，清洗后干燥，所述第三混合溶液的温度为50-80℃。
优选的，步骤a中，所述氢氟酸溶液的质量浓度为10-20％。
优选的，所述第一混合溶液的温度为40-60℃。
优选的，所述氢氧化钾为30-50质量份，甘油为100-150质量份，碳酸钾为20-30质量份，柠檬酸脂肪酸甘油酯为50-80质量份。
优选的，步骤b中，沉积速度为0.1-0.3nm/s。
优选的，步骤b中，退火温度为250-350℃，退火时间为30-60分钟。
优选的，步骤c中，步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中的浸泡时间为10-30分钟。
优选的，步骤c中，硝酸溶液的质量浓度为5-15％。
优选的，在硝酸溶液中的浸泡时间为20-50分钟。
本发明提供了一种绒面单晶硅的制备方法，包括：将10-50质量份氢氧化钾、100-200质量份甘油、10-30质量份碳酸钾、50-100质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯和500-800质量份去离子水混合，得到第一混合溶液，将单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡12-24小时，然后在第一混合溶液中超声波振荡处理，清洗，干燥；在真空环境下，在单晶硅片表面沉积银纳米薄膜，退火；将100-200质量份氢氟酸、20-30质量份双氧水和700-1000质量份去离子水混合，得到第二混合溶液，将单晶硅片在所述第二混合溶液中浸泡，然后在硝酸溶液中浸泡，清洗，干燥后得到绒面单晶硅。与现有技术相比，本发明以碳酸钾作为制绒液的成分，可减缓氢氧化钾与硅片反应的速率，有效增加“金字塔”结构的成核起点，提高成核密度，使金字塔均匀，密集。同时柠檬酸脂肪酸甘油酯具有羟基等亲水基团，使制绒液的表面张力减小，提高制绒液的亲水性，使得制绒液更好地浸润硅片。第二，本发明使用扁的半球形的金属纳米粒子作为催化剂对单晶硅表面进行腐蚀，在腐蚀过程中其下落过程是螺旋形的下降，使硅片表面的折射率发生变化，让光线不易逃脱，最终提高器件的抗反射效果。第三，本发明采用的制绒液不含IPA，有利于环境保护和人体健康，原料易于降解，在环境中无残留，绿色环保。因此，本发明提供的绒面单晶硅的制备方法绿色环保，制备的绒面单晶硅可以有效降低光反射。
附图说明
图1为本发明实施例3制备的绒面单晶硅的反射率测试曲线。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明提供了一种绒面单晶硅的制备方法，包括以下步骤：步骤a)将10-50质量份氢氧化钾、100-200质量份甘油、10-30质量份碳酸钾、50-100质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯和500-800质量份去离子水混合，得到第一混合溶液，将单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡12-24小时，然后在所述第一混合溶液中超声波振荡处理10-20分钟，清洗，干燥；步骤b)在真空环境下，利用真空热蒸镀系统在所述步骤b得到的单晶硅片表面沉积银纳米薄膜，退火；步骤c)将100-200质量份氢氟酸、20-30质量份双氧水和700-1000质量份去离子水混合，得到第二混合溶液，将步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中浸泡，然后在硝酸溶液中浸泡，清洗，干燥后得到绒面单晶硅。
作为优选方案，本发明还包括单晶硅片的预处理：将80-100质量份高氯酸和40-60质量份过氧化氢混合，得到第三混合溶液；将单晶硅片在所述第三混合溶液中浸泡10-30分钟，清洗后干燥，所述第三混合溶液的温度为50-80℃。本发明通过将单晶硅片置于由高氯酸和过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡清除表面上的有机物。其中，高氯酸优选为90-100质量份，过氧化氢优选为40-50质量份；单晶硅片在所述第三混合溶液中的浸泡时间优选为20-30分钟；所述第三混合溶液的温度优选为50-70℃。
为了去除表面上的二氧化硅层，本发明将单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡。其中，所述氢氟酸溶液的质量浓度优选为10-20％，更优选为15-20％；单晶硅片在氢氟酸溶液中的浸泡时间优选为12-20小时，更优选为15-20小时。
本发明所提供的绒面单晶硅的制备方法中，制绒液中含有碳酸钾，可减缓氢氧化钾与硅片反应的速率，有效增加“金字塔”结构的成核起点，提高成核密度，使金字塔均匀，密集。同时柠檬酸脂肪酸甘油酯具有羟基等亲水基团，使制绒液的表面张力减小，提高制绒液的亲水性，使得制绒液更好地浸润硅片。并且制绒液不含IPA，有利于环境保护和人体健康，原料易于降解，在环境中无残留，绿色环保。
本发明将单晶硅片在第一混合溶液中超声波振荡处理，在单晶硅表面形成一层致密的具有金字塔结构的绒面。所述第一混合溶液的温度优选为40-60℃，更优选为50-60℃。
作为优选方案，所述氢氧化钾为30-50质量份，甘油为100-150质量份，碳酸钾为20-30质量份，柠檬酸脂肪酸甘油酯为50-80质量份。
步骤b中，本发明利用真空热蒸镀系统在所述步骤b得到的单晶硅片表面沉积银纳米薄膜。其中，本发明的真空热蒸镀这一过程是在高真空室内进行的，减少在沉积过程中混入其他杂质，这些被蒸发出来的银原子沉积在不远处的单晶硅表面，冷却后形成银纳米粒子，银纳米粒子的大小和纳米粒子之间的有效间隔可以使腐蚀剂与单晶硅表面充分接触，从而在硅表面形成均匀致密的纳米多孔。
本发明使用金属纳米粒子作为催化剂在氢氟酸和双氧水溶液中对单晶硅表面进行腐蚀，由于所用的银纳米粒子催化剂是扁的半球形，因此在腐蚀过程中其下落过程并不是完全垂直于底面的，而是螺旋形的下降，使硅片表面的折射率发生变化，让光线不易逃脱，最终提高器件的抗反射效果。
作为优选方案，沉积速度为0.1-0.3nm/s，更优选为0.2-0.3nm/s；退火温度优选为250-350℃，更优选为250-300℃；退火时间优选为30-60分钟，更优选为30-50分钟。
沉积银纳米薄膜后，将步骤b处理后的单晶硅片在第二混合溶液中浸泡，对硅片表面进行腐烛，形成纳米多孔金字塔。其中，步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中的浸泡时间优选为10-30分钟，更优选为20-30分钟。
步骤c中，步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中的浸泡时间优选为10-30分钟，更优选为20-30分钟；硝酸溶液的质量浓度优选为5-15％，更优选为10-15％；在硝酸溶液中的浸泡时间优选为20-50分钟，更优选为30-50分钟。本发明通过将单晶硅片在硝酸溶液中浸泡，清除掉纳米多孔硅中的银粒子。
本发明制备的纳米多孔金字塔抗反射绒面的反射效果覆盖的波长宽，可以从300nm到1000nm，该波段正好是太阳能光谱中能量较大的一部分，也是单晶硅对太阳能吸收最好的区域。本发明制备的单晶硅抗反射绒面的颜色为黑色，证明其几乎吸收所有的入射光，用于太阳能电池上，可提高其光电转换效率。
本发明制备的绒面上的纳米多孔的纳米孔之间互不相连，而其表面的硅是相互连接的，因而不会随着环境的变化而变形，使其表面电极有了更大的选择范围，可以使用条状金属电极，还可使用透明的电极覆盖全部表面，在实际应用上更加方便。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明下述实施例中所使用的单晶硅材料来自于北京世纪金光半导体有限公司。
本发明下述实施例中所使用的高氯酸、过氧化氢、氢氟酸、碳酸钾、柠檬酸脂肪酸甘油酯、银来自国药集团化学试剂有限公司。
本发明下述实施例中所使用的热蒸镀仪为AJA thermal evaporator。
实施例1
(1)将单晶硅片置于由80质量份高氯酸和60质量份过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡10分钟，清除表面上的有机物，混合溶液的温度为80℃，取出用去离子水冲洗干净后氮气吹干。
(2)再将上述单晶硅片浸泡在质量浓度为10％的常温氢氟酸溶液中24个小时，去除表面上的二氧化硅层，得到半成品1。
(3)将半成品1置于由每公斤含10质量份氢氧化钾、200质量份甘油、10质量份碳酸钾、100质量份的柠檬酸脂肪酸甘油酯混合而成的混合水溶液中超声波振荡处理10分钟，混合水溶液温度为60℃，从而在单晶硅表面形成一层致密的具有金字塔结构的绒面，取出用去离子水冲洗干净后氮气烘干，得到半成品2。
(4)利用真空热蒸镀系统于真空环境下在半成品2表面沉积一层银纳米薄膜，沉积速度设定为0.1nm/s。接着在氮气环境下进行退火，退火温度为350℃，退火时间为30分钟，得到半成品3。
(5)再将半成品3置于每公斤含200质量份氢氟酸，20质量份双氧水的常温混合水溶液中浸泡30分钟，对硅片表面进行腐烛，形成纳米多孔金字塔，得到半成品4。
(6)将半成品4浸泡在质量浓度为5％的常温硝酸溶液中50分钟，清除掉纳米多孔硅中的银粒子，然后用去离子水冲洗、氮气吹干。
实施例2
(1)将单晶硅片置于由100质量份高氯酸和40质量份过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡30分钟，清除表面上的有机物，混合溶液的温度为50℃，取出用去离子水冲洗干净后氮气吹干。
(2)再将上述单晶硅片浸泡在质量浓度为20％的常温氢氟酸溶液中12个小时，去除表面上的二氧化硅层，得到半成品1。
(3)将半成品1置于由每公斤含50质量份氢氧化钾、100质量份甘油、30质量份碳酸钾、50质量份的柠檬酸脂肪酸甘油酯混合而成的混合水溶液中超声波振荡处理20分钟，混合水溶液温度为40℃，从而在单晶硅表面形成一层致密的具有金字塔结构的绒面，取出用去离子水冲洗干净后氮气烘干，得到半成品2。
(4)利用真空热蒸镀系统于真空环境下在半成品2表面沉积一层银纳米薄膜，沉积速度设定为0.3nm/s。接着在氮气环境下进行退火，退火温度为250℃，退火时间为60分钟，得到半成品3。
(5)再将半成品3置于每公斤含100质量份氢氟酸，30质量份双氧水的常温混合水溶液中浸泡10分钟，对硅片表面进行腐烛，形成纳米多孔金字塔，得到半成品4。
(6)将半成品4浸泡在质量浓度为15％的常温硝酸溶液中20分钟，清除掉纳米多孔硅中的银粒子，然后用去离子水冲洗、氮气吹干。
实施例3
(1)将单晶硅片置于由90质量份高氯酸和50质量份过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡20分钟，清除表面上的有机物，混合溶液的温度为70℃，取出用去离子水冲洗干净后氮气吹干。
(2)再将上述单晶硅片浸泡在质量浓度为15％的常温氢氟酸溶液中20个小时，去除表面上的二氧化硅层，得到半成品1。
(3)将半成品1置于由每公斤含30质量份氢氧化钾、150质量份甘油、20质量份碳酸钾、80质量份的柠檬酸脂肪酸甘油酯混合而成的混合水溶液中超声波振荡处理15分钟，混合水溶液温度为50℃，从而在单晶硅表面形成一层致密的具有金字塔结构的绒面，取出用去离子水冲洗干净后氮气烘干，得到半成品2。
(4)利用真空热蒸镀系统于真空环境下在半成品2表面沉积一层银纳米薄膜，沉积速度设定为0.2nm/s。接着在氮气环境下进行退火，退火温度为300℃，退火时间为50分钟，得到半成品3。
(5)再将半成品3置于每公斤含160质量份氢氟酸，25质量份双氧水的常温混合水溶液中浸泡20分钟，对硅片表面进行腐烛，形成纳米多孔金字塔，得到半成品4。
(6)将半成品4浸泡在质量浓度为10％的常温硝酸溶液中30分钟，清除掉纳米多孔硅中的银粒子，然后用去离子水冲洗、氮气吹干。
实施例材料性能测试结果：
反射率测试：使用V-UV/vis/NIR-spectrometer V-570(Jasco Inc.)对实施例3制备的绒面单晶硅的所有反射光线(平面反射光和散射光)进行反射率的精确测量，结果如图1所示，为从300nm到1000nm波段内的反射率均低于2％。
本方法制备的单晶硅抗反射绒面的颜色为黑色，证明其几乎吸收所有的入射光，用于太阳能电池上，可提高其光电转换效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种绒面单晶硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a)将10-50质量份氢氧化钾、100-200质量份甘油、10-30质量份碳酸钾、50-100质量份柠檬酸脂肪酸甘油酯和500-800质量份去离子水混合，得到第一混合溶液，将单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡12-24小时，然后在所述第一混合溶液中超声波振荡处理10-20分钟，清洗，干燥；
步骤b)在真空环境下，利用真空热蒸镀系统在所述步骤b得到的单晶硅片表面沉积银纳米薄膜，退火；
步骤c)将100-200质量份氢氟酸、20-30质量份双氧水和700-1000质量份去离子水混合，得到第二混合溶液，将步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中浸泡，然后在硝酸溶液中浸泡，清洗，干燥后得到绒面单晶硅。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括单晶硅片的预处理：
将80-100质量份高氯酸和40-60质量份过氧化氢混合，得到第三混合溶液；
将单晶硅片在所述第三混合溶液中浸泡10-30分钟，清洗后干燥，所述第三混合溶液的温度为50-80℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述氢氟酸溶液的质量浓度为10-20％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合溶液的温度为40-60℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾为30-50质量份，甘油为100-150质量份，碳酸钾为20-30质量份，柠檬酸脂肪酸甘油酯为50-80质量份。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，沉积速度为0.1-0.3nm/s。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，退火温度为250-350℃，退火时间为30-60分钟。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，步骤b处理后的单晶硅片在所述第二混合溶液中的浸泡时间为10-30分钟。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，硝酸溶液的质量浓度为5-15％。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在硝酸溶液中的浸泡时间为20-50分钟。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111384140A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-07 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示面板及其制作方法和显示装置 |
| CN113707753A (zh) * | 2020-05-06 | 2021-11-26 | 南京理工大学 | 一种抗反射的微纳结构材料的制备方法 |
| CN114016131A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-08 | 东海县太阳光新能源有限公司 | 一种单晶硅材料及其在制备异形件中的用途 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101475173A (zh) * | 2009-01-20 | 2009-07-08 | 吉林大学 | 一种制备超疏水抗反射微米和纳米复合结构表面的方法 |
| CN101619458A (zh) * | 2009-07-20 | 2010-01-06 | 欧贝黎新能源科技股份有限公司 | 一种用于单晶硅绒面制备的碳酸盐和苛性碱的混合溶液 |
| CN102102227A (zh) * | 2010-11-18 | 2011-06-22 | 华北电力大学 | 具有疏水性的硅表面陷光结构制备方法 |
| CN102157608A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-17 | 中国科学院物理研究所 | 一种降低硅片表面光反射率的方法 |
| CN102234845A (zh) * | 2010-04-26 | 2011-11-09 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种单晶硅绒面结构的制备方法 |
| CN102299207A (zh) * | 2011-08-30 | 2011-12-28 | 华北电力大学 | 用于太阳电池的多孔金字塔型硅表面陷光结构制备方法 |
| CN102304766A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-01-04 | 华北电力大学 | 利用银镜反应制备硅表面陷光结构的方法 |
| CN102610692A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-25 | 润峰电力有限公司 | 一种晶体硅纳米-微米复合绒面的制备方法 |
| CN102618937A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-08-01 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种单晶硅太阳电池的制绒工艺 |
| CN103219428A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-07-24 | 苏州大学 | 一种晶体硅太阳能电池的绒面结构及其制备方法 |
| CN103337560A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-10-02 | 苏州大学 | 用于太阳能电池的三维硅纳米结构的制备方法 |
-
2016
- 2016-04-27 CN CN201610290387.8A patent/CN105839193B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101475173A (zh) * | 2009-01-20 | 2009-07-08 | 吉林大学 | 一种制备超疏水抗反射微米和纳米复合结构表面的方法 |
| CN101619458A (zh) * | 2009-07-20 | 2010-01-06 | 欧贝黎新能源科技股份有限公司 | 一种用于单晶硅绒面制备的碳酸盐和苛性碱的混合溶液 |
| CN102234845A (zh) * | 2010-04-26 | 2011-11-09 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种单晶硅绒面结构的制备方法 |
| CN102102227A (zh) * | 2010-11-18 | 2011-06-22 | 华北电力大学 | 具有疏水性的硅表面陷光结构制备方法 |
| CN102157608A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-17 | 中国科学院物理研究所 | 一种降低硅片表面光反射率的方法 |
| CN102299207A (zh) * | 2011-08-30 | 2011-12-28 | 华北电力大学 | 用于太阳电池的多孔金字塔型硅表面陷光结构制备方法 |
| CN102304766A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-01-04 | 华北电力大学 | 利用银镜反应制备硅表面陷光结构的方法 |
| CN102610692A (zh) * | 2012-03-09 | 2012-07-25 | 润峰电力有限公司 | 一种晶体硅纳米-微米复合绒面的制备方法 |
| CN102618937A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-08-01 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种单晶硅太阳电池的制绒工艺 |
| CN103219428A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-07-24 | 苏州大学 | 一种晶体硅太阳能电池的绒面结构及其制备方法 |
| CN103337560A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-10-02 | 苏州大学 | 用于太阳能电池的三维硅纳米结构的制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111384140A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-07 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示面板及其制作方法和显示装置 |
| CN113707753A (zh) * | 2020-05-06 | 2021-11-26 | 南京理工大学 | 一种抗反射的微纳结构材料的制备方法 |
| CN114016131A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-08 | 东海县太阳光新能源有限公司 | 一种单晶硅材料及其在制备异形件中的用途 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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