CN107881561A - 单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用，其中，该单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法中包括：提供具备亲水性的单晶硅片；在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜；对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻，将单晶硅片表面的聚合物微球彼此分离；对所述聚合物微球进一步进行湿法蚀刻，得到正金字塔周期阵列结构绒面。制备出的正金字塔阵列结构绒面的比表面积小、光子吸收优异，且其制备工艺简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用。
背景技术
近年来，硅基太阳能电池一直占据光伏市场的主导地位，为了提高硅基太阳电池的转换效率，提高太阳光的利用率，在硅片表面制备各种减反射微结构以增加光吸收一直是人们研究的热点。随着技术的发展，电池的效率也在不断提升，进一步提高效率并趋近其理论的极限值，应该做到以下两个方面：一是减少光学损失，充分吸收太阳光谱；二是减少电学损失，即减小体内与界面载流子复合。未来为了加大太阳电池发电在整个电力系统中的比例，必须要进一步降低其生产成本，并提高电池效率。
超薄晶硅太阳电池（10μm）可以大大减少原材料成本，并保持较高的光电转换效率，代表着未来高效太阳电池的发展方向之一。基于该电池物理厚度的限制，传统单晶硅的制绒方法（3-10μm深度的随机金字塔结构）显然无法满足超薄晶硅太阳电池的需要。纳米线、纳米柱等硅基微纳结构因其具有优异的陷光特性，成为高效陷光领域研究的热点。然而上述微纳米绒面结构会伴随着非常大的比表面积增加，尤其达到特定抗反射效果的结构其表面积一般是平板硅面积的10倍以上，大大增加了光生载流子在材料表面的复合几率，导致电池效率的降低。
大量的理论模拟计算和已有文献报道金字塔周期阵列结构比表面积增加仅为平板硅的0.7倍，具有低复合表面积，且制绒深度仅几百个纳米就能达到很好的陷光效果，具有较低的制作成本。
目前，早稻田大学的研究小组找到了一种新方法制备周期正金字塔，其采用聚焦离子束光刻以及湿法刻蚀技术在硅片上形成“正金字塔”的陷光结构。这种基于正金字塔结构的超薄c-Si电池厚度在5~30μm之间，表面积仅增加70%，理论计算和测试数据表明，该电池的光电性能参数可与300μm传统技术的电池性能相比拟。然而上述基于聚焦离子束光刻的加工工艺流程复杂、成本昂贵，依旧无法适应工业化大规模生产，因此寻找一种廉价、快速、高效的纳米正金字塔刻蚀工艺尤其重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用，有效解决了现有技术中正金字塔周期阵列结构绒面制备复杂、成本昂贵等技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，包括：
提供具备亲水性的单晶硅片；
在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜；
对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻，使单晶硅片表面密排的聚合物微球彼此分离；
对所述具有微球掩膜的衬底进一步进行湿法蚀刻，得到正金字塔周期阵列结构绒面。
进一步优选地，在步骤在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜中，具体为：
通过微推注射的自组装技术在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜。
进一步优选地，在对所述聚合物微球进一步进行湿法蚀刻中，具体为：
将带有聚合物微球薄膜的单晶硅片垂直插入含有氢氧化钾/异丙醇体系溶液或氢氧化钠/异丙醇体系溶液或四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法蚀刻。
进一步优选地，在湿法蚀刻的过程中，腐蚀温度为50~70 ℃，腐蚀时间为10~20min。
进一步优选地，在步骤对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻中，具体为：
采用等离子体蚀刻方法对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻。
进一步优选地，在等离子蚀刻中，刻蚀功率90~120 W，蚀刻时间8~15 min。
本发明还提供了一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面的应用，应用于太阳能电池的制备。
在本发明中，通过以聚合物微球为掩膜的方法制备正金字塔阵列结构绒面，制备出的正金字塔阵列结构绒面的比表面积小、光子吸收优异，且其制备工艺简单，成本低廉，且正金字塔形的大小可通过调节腐蚀时间进行控制，克服了现有技术无法大规模生成、制备条件要求苛刻等缺点。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法流程示意图；
图2为本发明中单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法流程结构示意图；
图3为本发明实例1中正金字塔周期阵列结构绒面的SEM表面图；
图4为本发明实例2中正金字塔周期阵列结构绒面的SEM表面图；
图5为本发明实例2中正金字塔周期阵列结构绒面与图4不同倍数下的SEM表面图；
图6为本发明实例3中正金字塔周期阵列结构绒面的SEM表面图；
图7为本发明实例4中正金字塔周期阵列结构绒面的SEM表面图。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
由于目前制备周期性金字塔阵列大都采用的是光刻技术，这种方法不仅工艺复杂，成本相对较高，而且制备纳米尺度的光刻掩膜板比较困难，限制了其大规模产业化的应用。因而，本发明提供了一种全新的单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，以解决上述问题。
如图1所示，在该单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法中包括：S10 提供具备亲水性的单晶硅片，如图2（a）；S20 在单晶硅片（图示中的Si wafer）表面形成规则排布的聚合物微球薄膜，如图2（b）；S30 对聚合物微球薄膜进行蚀刻，将单晶硅片表面的的聚合物微球彼此分离，如图2（c）；S40 对具有微球掩膜的衬底进一步进行湿法蚀刻，如图2（d），得到正金字塔周期阵列结构绒面，如图2（e）。
具体来说，在该单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法中，通过微推注射的自组装技术（如图2（f）所示，将单晶硅片Si wafer放置于基板substrate上）在单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜；之后，采用等离子体蚀刻方法对聚合物微球薄膜进行蚀刻，将单晶硅片表面的的聚合物微球彼此分离；最后，将带有聚合物微球薄膜的单晶硅片垂直插入含有氢氧化钾/异丙醇体系溶液或氢氧化钠/异丙醇体系溶液或四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法蚀刻。
此外，本发明还提供了一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面的应用，具体将采用上述方法制备的单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面应用于太阳能电池的制备。在太阳能电池制备的过程中，采用上述方法制备得到单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面之后，将定量的PEDOT:PSS溶液滴在单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面表面，旋涂均匀之后进行退火处理；最后，分别在硅片正反面制备电极，完成太阳能电池的制备。
实例1
首先，选用200 μm厚度的（100）晶面的硅基片（c-Si）片、电阻率为1-3 Ω cm、面积为2×2 cm，先后使用丙酮、酒精、去离子水在超声清洗仪器中对硅基片进行清洗，其中，每个清洗步骤时间为5~10min。
之后，利用自组装中的漂移法，完成直径为1000 nm（纳米）的PS（Polystyrene，聚苯乙烯）球在去离子水液面的自组装，形成有序周期排布的微球薄膜（该微球薄膜在强光下显示彩色）；之后，缓慢沉降液面将薄膜转移到硅基板上，自然阴干此硅基板后待用。
之后，在通入氧气和氩气的氛围下，采用等离子刻蚀硅基板表面的微球薄膜，使薄膜中的微球彼此分离，具体蚀刻功率为100 W，腐蚀时间为12min；之后，利用5%的四甲基氢氧化铵（质量比）的腐蚀液对具有微球掩膜的硅基板进行进一步腐蚀，形成纳米正金字塔结构阵列，具体腐蚀温度为60 ℃，腐蚀时间为8 min；最后，用去离子水清洗硅基板上的碱液并用氮气吹干已经制绒完成的硅基板，完成正金字塔周期阵列结构绒面的制备。
所得纳米正金字塔阵列结构绒面在700放大倍数下的SEM照片如图3所示，从图中可以看出，采用5%的四甲基氢氧化铵的腐蚀液得到的正金字塔周期阵列大面积均匀，但腐蚀过程中气泡吸附在硅基板表面未及时脱附，造成少量缺陷。
实例2
首先，选用200 μm厚度的（100）晶面的硅基片（c-Si）片、电阻率为1-3 Ω cm、面积为2×2 cm，先后使用丙酮、酒精、去离子水在超声清洗仪器中对硅基片进行清洗，其中，每个清洗步骤时间为5~10min。
之后，利用自组装中的漂移法，完成直径为1000 nm（纳米）的PS（Polystyrene，聚苯乙烯）球在去离子水液面的自组装，形成有序周期排布的微球薄膜（该微球薄膜在强光下显示彩色）；之后，缓慢沉降液面将薄膜转移到硅基板上，自然阴干此硅基板后待用。
之后，在通入氧气和氩气的氛围下，采用等离子刻蚀硅基板表面的微球薄膜，使薄膜中的微球彼此分离，具体蚀刻功率为100 W，腐蚀时间为12min；之后，利用20%的KOH溶液与5%的异丙醇溶液（质量比）对硅基板表面的微球进行进一步腐蚀，形成纳米正金字塔结构阵列，具体腐蚀温度为60 ℃，腐蚀时间为8 min；最后，用去离子水清洗硅基板上的碱液并用氮气吹干已经制绒完成的硅基板，完成正金字塔周期阵列结构绒面的制备。
所得纳米正金字塔阵列结构绒面在700放大倍数下的SEM照片如图4和图5所示（不同的放大倍数），从图中可以看出，采用20%的KOH溶液与5%的异丙醇溶液对微球进行腐蚀，所得到的正金字塔阵列大面积均匀，缺陷较少。
实例3
首先，选用200 μm厚度的（100）晶面的硅基片（c-Si）片、电阻率为1-3 Ω cm、面积为2×2 cm，先后使用丙酮、酒精、去离子水在超声清洗仪器中对硅基片进行清洗，其中，每个清洗步骤时间为5~10min。
之后，利用自组装中的漂移法，完成直径为1000 nm（纳米）的PS（Polystyrene，聚苯乙烯）球在去离子水液面的自组装，形成有序周期排布的微球薄膜（该微球薄膜在强光下显示彩色）；之后，缓慢沉降液面将薄膜转移到硅基板上，自然阴干此硅基板后待用。
之后，在通入氧气和氩气的氛围下，采用等离子刻蚀硅基板表面的微球薄膜，使薄膜中的微球彼此分离，具体蚀刻功率为100 W，腐蚀时间为12min；之后，利用20%的KOH溶液与5%的异丙醇溶液（质量比）对具有微球掩膜的硅基板进行进一步腐蚀，形成纳米正金字塔结构阵列，具体腐蚀温度为60 ℃，腐蚀时间为12 min；最后，用去离子水清洗硅基板上的碱液并用氮气吹干已经制绒完成的硅基板，完成正金字塔周期阵列结构绒面的制备。
所得纳米正金字塔阵列结构绒面在700放大倍数下的SEM照片如图6所示，从图中可以看出，采用20%的KOH溶液与5%的异丙醇溶液对微球进行腐蚀，所得到的正金字塔阵列大面积均匀，缺陷较少。
实例4
首先，选用200 μm厚度的（100）晶面的硅基片（c-Si）片、电阻率为1-3 Ω cm、面积为2×2 cm，先后使用丙酮、酒精、去离子水在超声清洗仪器中对硅基片进行清洗，其中，每个清洗步骤时间为5~10min。
之后，利用自组装中的漂移法，完成直径为1000 nm（纳米）的PS（Polystyrene，聚苯乙烯）球在去离子水液面的自组装，形成有序周期排布的微球薄膜（该微球薄膜在强光下显示彩色）；之后，缓慢沉降液面将薄膜转移到硅基板上，自然阴干此硅基板后待用。
之后，在通入氧气和氩气的氛围下，采用等离子刻蚀硅基板表面的微球薄膜，使薄膜中的微球彼此分离，具体蚀刻功率为100 W，腐蚀时间为12min；之后，利用20%的KOH溶液与5%的异丙醇溶液（质量比）对硅基板表面的微球进行进一步腐蚀，形成纳米正金字塔结构阵列，具体腐蚀温度为60 ℃，腐蚀时间为16 min；最后，用去离子水清洗硅基板上的碱液并用氮气吹干已经制绒完成的硅基板，完成正金字塔周期阵列结构绒面的制备。
所得纳米正金字塔阵列结构绒面在700放大倍数下的SEM照片如图7所示，从图中可以看出，采用20%的KOH溶液与5%的异丙醇溶液对微球进行腐蚀，所得到的正金字塔阵列大面积均匀，缺陷较少。
从以上实例中可以看出，本发明提供的制备方法，制备出来的正金字塔周期阵列结构大面积均匀、缺陷较少，且尺寸可调，具体，底部直径可在500~1000 nm（纳米）之间进行调控。如图5、图6和图7，可以看出，随着腐蚀时间的增长，具有明显的折射率渐变特性，即阻抗匹配特性，入射光的反射得到有效抑制。另外，该正金字塔周期阵列结构绒面除了应用于超薄太阳能电池中之外，还可以应用到光学传感器件、LED灯等器件中。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，其特征在于，所述正金字塔周期阵列结构绒面制备方法中包括：
提供具备亲水性的单晶硅片；
在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜；
对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻，将单晶硅片表面的的聚合物微球彼此分离；
对所述聚合物微球进一步进行湿法蚀刻，得到正金字塔周期阵列结构绒面。
2.如权利要求1所述的正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，其特征在于，在步骤在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜中，具体为：
通过微推注射的自组装技术在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜。
3.如权利要求1或2所述的正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，其特征在于，在对所述聚合物微球进一步进行湿法蚀刻中，具体为：
将带有聚合物微球薄膜的单晶硅片垂直插入含有氢氧化钾/异丙醇体系溶液或氢氧化钠/异丙醇体系溶液或四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法蚀刻。
4. 如权利要求3所述的正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，其特征在于，在湿法蚀刻的过程中，腐蚀温度为50~70 ℃，腐蚀时间为8~20 min。
5.如权利要求1或2或4所述的正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，其特征在于，在步骤对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻中，具体为：
采用等离子体蚀刻方法对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻。
6.如权利要求5所述的正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，其特征在于，在等离子蚀刻中，刻蚀功率90~120 W，蚀刻时间10~15 min。
7.一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面的应用，其特征在于，应用于太阳能电池的制备。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114879386A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-08-09 | 华南师范大学 | 基于金字塔螺旋线阵列超材料的自旋光子传输调控器件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090019600A (ko) * | 2007-08-21 | 2009-02-25 | 엘지전자 주식회사 | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 |
| CN103112816A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-22 | 中国科学院大学 | 一种在单晶硅衬底上制备金字塔阵列的方法 |
| CN103952768A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-07-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种单晶硅倒金字塔阵列结构绒面及其制备方法和应用 |
| CN104629066A (zh) * | 2014-05-09 | 2015-05-20 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 薄膜自组装制备方法及其装置 |
-
2017
- 2017-10-13 CN CN201710952184.5A patent/CN107881561A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090019600A (ko) * | 2007-08-21 | 2009-02-25 | 엘지전자 주식회사 | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 |
| CN103112816A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-22 | 中国科学院大学 | 一种在单晶硅衬底上制备金字塔阵列的方法 |
| CN103952768A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-07-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种单晶硅倒金字塔阵列结构绒面及其制备方法和应用 |
| CN104629066A (zh) * | 2014-05-09 | 2015-05-20 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 薄膜自组装制备方法及其装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114879386A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-08-09 | 华南师范大学 | 基于金字塔螺旋线阵列超材料的自旋光子传输调控器件 |
| CN114879386B (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-23 | 华南师范大学 | 基于金字塔螺旋线阵列超材料的自旋光子传输调控器件 |
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