CN109103301A - 一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法,具体涉及微细加工和太阳能电池技术领域。该方法首先在多晶硅片表面沉积一层金属Cr膜,然后在Cr膜上进行光刻和刻蚀制作出微米Cr金属掩膜图案;之后用硅片腐蚀液腐蚀硅片制得微米陷光结构,再用Cr腐蚀液去除剩余的Cr膜,便在多晶硅表面制得微米陷光结构;最后在硅片表面沉积Ag离子,利用Ag离子的金属催化化学刻蚀技术制备纳米结构,去除残余的Ag离子后获得微纳复合结构。本发明的制备方法与常规的黑硅绒面制备技术相比能够有效地降低贵金属的消耗,可以避免额外的表面复合,且微纳复合结构形状周期均可控,能够在兼顾电学性能的前提下极大地增加多晶硅片对太阳光的吸收。

Description

一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法
技术领域
本发明涉及微细加工、太阳能电池技术等应用领域,具体涉及一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法。
背景技术
国内外目前制备多晶黑硅的方法大致可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀两大类。干法刻蚀是利用反应气体或等离子体进行刻蚀,主要包括飞秒激光脉冲刻蚀法和反应离子刻蚀法,其中对反应离子刻蚀法的研究较多;湿法刻蚀是利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀的,典型的制备方法是金属催化化学刻蚀法。反应离子刻蚀技术是利用等离子体产生的活性反应基团与被刻蚀材料发生化学反应,同时离子轰击样品表面时也会发生物理溅射,从而达到刻蚀的效果。金属催化化学刻蚀技术(简称 MCCE)一般先在硅片表面沉积上金属纳米颗粒,然后在金属纳米颗粒催化作用下通过氧化还原反应来腐蚀基片,该技术在得到硅纳米绒面结构的同时对硅片自身损伤层的去除也有一定的帮助。
这些方法制备出的多晶硅黑硅表面虽然具有良好的光学性能,但是却存在着光学性能和电学性能不兼容的问题。具体来说就是只为降低表面反射率而制备微纳复合结构会大幅度增加比表面积,因此带来更多的表面复合中心,导致太阳电池电学性能的损失;而一味追求电学性能的情况下则又会出现光学结构的光捕获能力不足,导致硅片表面对太阳光的反射率增加,电池的效率亦难以提升。
发明内容
本发明可以解决现有多晶黑硅绒面湿法制备技术贵金属的消耗大、表面复合严重、光学性能和电学性能兼容性差、微纳结构杂乱无章、重复性差、不易人为控制等问题,提供一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法。
本发明的技术方案是:
一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法,包括如下步骤:
(1)多晶硅片表面Cr金属膜的沉积,步骤如下:取一金刚线切片的多晶硅片,用无水乙醇与去离子水清洗干净,利用磁控溅射法对多晶硅片镀金属Cr膜,选用高纯度Cr靶作为溅射靶材,将多晶硅片放置在真空室中,先抽真空,当设备的真空度为3.0×10-5Torr时,启动Cr靶,之后通入氩气进行30min离子清洗;离子清洗工艺结束后,控制靶电流为1A,基体偏压75V,气体流量20sccm时进行Cr膜沉积,通过调整沉积时间可在多晶硅片表面制得不同厚度的Cr膜;
(2)微米结构图案的Cr金属掩模制备,步骤如下:在已经镀上Cr膜的多晶硅片上旋转涂覆S1813正性光刻胶,匀胶后置于90℃热板上加热30min,然后使用所需微米结构的掩膜版进行光刻、显影,在光刻胶上获得微米结构图案;利用RIE技术刻蚀掉光刻胶下裸露出来的Cr膜,最后利用NaOH溶液将多晶硅片上的剩余光刻胶洗掉,得到微米结构图案的Cr金属掩模;
(3)多晶硅片表面微米陷光结构的制备,步骤如下:将第(2)步中获得的多晶硅片置于腐蚀液中进行湿法刻蚀,腐蚀液按HF:HNO3:H2O=1:6:3的体积比配制,由于受到Cr金属掩模结构的限定,硅片与腐蚀液在Cr孔内进行反应,温度为20℃,反应5min后取出硅片用去离子水冲洗干净,之后利用Cr金属刻蚀液去除多晶硅片表面的金属Cr掩膜层,刻蚀液按照每100mL的刻蚀液中硝酸铈铵为10g、高氯酸为5mL、余量为水的比例配制;去掉Cr膜后便在多晶硅片表面制得微米陷光结构;
(4)纳米结构的制备,步骤如下:将第(3)步中已经制好微米陷光结构的多晶硅片放入4%浓度的HF中清洗干净,随后将其置于浓度为0.01mol/L的 AgNO3溶液中反应,然后将质量分数分别为10%的HF和 0.9%的H2O2按1:1的比例配制成混合液,将前一步反应后的硅片放入此混合液中反应60s,最后将反应好的硅片置于体积分数30%的HNO3溶液中去除表面残余的Ag颗粒,并置于去离子水中清洗干净,便在多晶硅片表面制得微纳复合结构。
本发明的有益效果是:本发明可以通过调整微米结构的形状和周期尺寸以及纳米结构的密度、深度等参数,较为容易的实现多晶硅片的光学性能和电学性能的兼顾,在增加多晶硅片对太阳光吸收的前提下解决太阳能电池绒面表面复合严重的问题,同时本发明与现有的多晶黑硅绒面湿法制备技术相比能够极大的降低贵金属的损耗、节约成本,具有较大的应用前景。
附图说明
图1微纳仿生结构的多晶黑硅的制备工艺流程图。
图中:1、金属Cr,2、多晶硅片,3、光刻胶。
具体实施方式
具体实施方式:一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法,由以下步骤完成:
步骤一:多晶硅片表面Cr金属膜的沉积,步骤如下:取一金刚线切片的多晶硅片,用无水乙醇与去离子水清洗干净,利用磁控溅射法对多晶硅片镀金属Cr膜,选用高纯度Cr靶作为溅射靶材,将多晶硅片放置在真空室中,先抽真空,当设备的真空度为3.0×10-5Torr时,启动Cr靶,之后通入氩气进行30min离子清洗;离子清洗工艺结束后,控制靶电流为1A,基体偏压75V,气体流量20sccm时进行Cr膜沉积,通过调整沉积时间可在多晶硅片表面制得不同厚度的Cr膜。
步骤二:微米结构图案的Cr金属掩模制备,步骤如下:在已经镀上Cr膜的多晶硅片上旋转涂覆S1813正性光刻胶,匀胶后置于90℃热板上加热30min,然后使用所需微米结构的掩膜版进行光刻、显影,在光刻胶上获得微米结构图案;利用RIE技术刻蚀掉光刻胶下裸露出来的Cr膜,最后利用NaOH溶液将多晶硅片上的剩余光刻胶洗掉,得到微米结构图案的Cr金属掩模。
步骤三:多晶硅片表面微米陷光结构的制备,步骤如下:将步骤二中获得的多晶硅片置于腐蚀液中进行湿法刻蚀,腐蚀液按HF:HNO3:H2O=1:6:3的体积比配制,由于受到Cr金属掩模结构的限定,硅片与腐蚀液在Cr孔内进行反应,温度为20℃,反应5min后取出硅片用去离子水冲洗干净,之后利用Cr金属刻蚀液去除多晶硅片表面的金属Cr掩膜层,刻蚀液按照每100mL的刻蚀液中硝酸铈铵为10g、高氯酸为5mL、余量为水的比例配制;去掉Cr膜后便在多晶硅片表面制得微米陷光结构。
步骤四:纳米结构的制备,步骤如下:将步骤三中已经制好微米陷光结构的多晶硅片放入4%浓度的HF中清洗干净,随后将其置于浓度为0.01mol/L的 AgNO3溶液中反应,然后将质量分数分别为10%的HF和 0.9%的H2O2按1:1的比例配制成混合液,将前一步反应后的硅片放入此混合液中反应60s,最后将反应好的硅片置于体积分数30%的HNO3溶液中去除表面残余的Ag颗粒,并置于去离子水中清洗干净,便在多晶硅片表面制得微纳复合结构。
本实施方式中步骤一所述的磁控溅射沉积Cr膜也可以用电子束蒸发技术等其它沉积Cr技术替代。
本实施方式中步骤二所述的光刻胶采用S1813光刻胶原胶,也可选用其它光刻胶。
本实施方式中步骤二所述的对硅片表面涂光刻胶所用的匀胶机转速低速高速分别为500r/mi时转动10s,1500r/min时间转动40s。
本实施方式中步骤二所述的光刻曝光能量为100mj/cm2,可根据实际情况进行调整。
本实施方式中步骤二所述的显影液是质量分数为0.5%的NaOH溶液,显影时间为20s。
本实施方式中步骤二所述的去除光刻胶所用到的NaOH溶液为质量分数为5%NaOH溶液,浸泡时间为30s。
本实施方式中步骤三所述的Cr金属刻蚀液成分配比可按照每100mL的刻蚀液中硝酸铈铵为5g~20g,高氯酸为1.5mL~8mL,其它为水进行配制。
本实施方式中步骤四中所述的去除Ag离子的HNO3溶液也可以使用其它的质量分数。
以上所述仅是本发明的实施方式,应当指出,对于本技术领域的技术人员,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干改进,例如替换Cr金属为其他金属或者改进本发明中制备多晶硅表面微纳复合结构的具体实施细节,这些改进也应视为本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)多晶硅片表面Cr金属膜的沉积,步骤如下:取一金刚线切片的多晶硅片,用无水乙醇与去离子水清洗干净,利用磁控溅射法对多晶硅片镀金属Cr膜,选用高纯度Cr靶作为溅射靶材,将多晶硅片放置在真空室中,先抽真空,当设备的真空度为3.0×10-5Torr时,启动Cr靶,之后通入氩气进行30min离子清洗;离子清洗工艺结束后,控制靶电流为1A,基体偏压75V,气体流量20sccm时进行Cr膜沉积,通过调整沉积时间可在多晶硅片表面制得不同厚度的Cr膜;
(2)微米结构图案的Cr金属掩模制备,步骤如下:在已经镀上Cr膜的多晶硅片上旋转涂覆S1813正性光刻胶,匀胶后置于90℃热板上加热30min,然后使用所需微米结构的掩膜版进行光刻、显影,在光刻胶上获得微米结构图案;利用RIE技术刻蚀掉光刻胶下裸露出来的Cr膜,最后利用NaOH溶液将多晶硅片上的剩余光刻胶洗掉,得到微米结构图案的Cr金属掩模;
(3)多晶硅片表面微米陷光结构的制备,步骤如下:将第(2)步中获得的多晶硅片置于腐蚀液中进行湿法刻蚀,腐蚀液按HF:HNO3:H2O=1:6:3的体积比配制,由于受到Cr金属掩模结构的限定,硅片与腐蚀液在Cr孔内进行反应,温度为20℃,反应5min后取出硅片用去离子水冲洗干净,之后利用Cr金属刻蚀液去除多晶硅片表面的金属Cr掩膜层,刻蚀液按照每100mL的刻蚀液中硝酸铈铵为10g、高氯酸为5mL、余量为水的比例配制;去掉Cr膜后便在多晶硅片表面制得微米陷光结构;
(4)纳米结构的制备,步骤如下:将第(3)步中已经制好微米陷光结构的多晶硅片放入4%浓度的HF中清洗干净,随后将其置于浓度为0.01mol/L的 AgNO3溶液中反应,然后将质量分数分别为10%的HF和 0.9%的H2O2按1:1的比例配制成混合液,将前一步反应后的硅片放入此混合液中反应60s,最后将反应好的硅片置于体积分数30%的HNO3溶液中去除表面残余的Ag颗粒,并置于去离子水中清洗干净,便在多晶硅片表面制得微纳复合结构。
2.根据权利要求书1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中可通过改变掩膜版上微米结构的形状和周期尺寸制得不同的微米结构图案,微米结构形状可以是正方形、正六边形、圆形等图案。
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