CN112885928B - 一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，先通过对硅晶片进行RCA式清洗，然后将含有以下碱性化合物NaOH、KOH、Na2SiO3、IPA和HF的碱性刻蚀溶液在玻璃烧杯中制备，并浸在油浴中，使刻蚀溶液在81℃间接加热，再将硅晶片放入盛有碱性刻蚀溶液的烧杯中进行蚀刻，最后将完成蚀刻的硅晶片用去离子水超声清洗，然后用氮气进行吹干，并在100℃的热板上进行干燥，从而在硅片表面形成八边形金字塔结构。这种在硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法可以降低硅片的前表面反射率，改善其表面形貌，周期性，以及增强刻蚀硅晶片的亲水性。
Description
技术领域
本发明属于化学蚀刻领域，尤其涉及一种采用碱性蚀刻剂在硅晶片表面形成八边形金字塔结构的方法。
背景技术
硅太阳能电池以其制备速度快、成本低、效率高、运输快捷、调试方便、环保等优点主导着目前的光伏产业。硅晶片具有抛光的表平面，由于硅的折射率高，光谱依赖性强，固有的反射率高达30％以上。为了降低光电器件的前表面反射率并达到最大的馅光效果，从而提高光电转换效率，研究人员已经采用了相应的技术，如增加反射涂层(ARC)，表面刻蚀，等离激元效应和发光下移技术。几种高效和复杂的蚀刻技术已经发展了几十年，如激光刻蚀，等离子蚀刻反应离子蚀刻和干式刻蚀。
从成本的角度来看，最具前景的表面刻蚀是各向异性湿法化学蚀刻法。因此，工业上的商用太阳能电池都是采用各向异性湿法化学蚀刻技术制造的，因为它具有成本低、高效且无需复杂的设备或工艺，以及耗时少等优点。目前所采用的蚀刻技术通常采用氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)和有机四甲基氢氧化铵(TMAH)等碱性蚀刻剂，这类能在硅晶片表面形成金字塔结构的蚀刻剂也并不多见，因此光在硅光伏器件表面的内部反射低导致光电转换的效果低。金字塔结构的基本功能是将每一束反射光入射到邻近的金字塔上，以此类推，因此，这些效应增加了光在硅光伏器件表面的内部反射，从而提高了光电转换的效率。
发明内容
发明目的：为解决上述现有的技术问题，本发明提供一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，具体包括以下步骤：
步骤A、对硅晶片进行RCA式清洗；
步骤B、将含有以下碱性化合物NaOH、KOH、Na2SiO3、IPA和HF在玻璃烧杯中制成碱性刻蚀溶液，将盛有碱性刻蚀溶液的烧杯浸在油浴中，使碱性刻蚀溶液在81℃间接加热；
步骤C、将硅晶片放入盛有碱性刻蚀溶液的烧杯中进行蚀刻；
步骤D、将完成蚀刻的硅晶片用去离子水超声清洗，然后用氮气进行吹干，并在100℃的热板上进行干燥。
进一步，硅晶片为n型单晶硅，其晶向指数为100，尺寸为20毫米×20毫米，厚度为200±10μm，以及电阻率为0.1～0.3Ω/平方厘米。
进一步，RCA式清洗具体包括以下步骤：
步骤A1、将硅晶片分别放入丙酮、异丙醇和去离子水中在75℃下超声处理5分钟；
步骤A2、将处理后的硅晶片在加压氮气中干燥；
步骤A3、将干燥后的硅晶片在100℃的热板上烘干。
进一步，步骤B中的碱性刻蚀液在81℃间接加热时将玻璃烧杯盖住，使蒸发IPA冷凝。
进一步，油浴温度在80℃～82℃之间变化时，在玻璃烧杯中插入一个温度计来监测溶液温度，并对溶液进行搅拌。
进一步，温度计对溶液进行搅拌的速度为200rpm。
进一步，步骤C中对硅晶片进行蚀刻的时间为10到30分钟。
进一步，步骤D中用去离子水超声清洗硅片时间为3分钟，在100℃的热板上干燥的时间为2分钟。
有益效果：本发明的一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，具有以下优点：本发明碱性刻蚀溶液由碱性化合物NaOH、KOH、Na2SiO3、IPA和HF在玻璃烧杯中制备，采用此碱性刻蚀溶液对硅晶片进行蚀刻，不仅成本低，刻蚀时间短，而且可以降低硅晶片的前表面反射率，改善其表面形貌，周期性，以及增强亲水性
附图说明
图1为本发明的硅晶片表面形成八边形金字塔结构的俯视图；
图2为本发明的硅晶片表面形成八边形金字塔结构的主视图；
图3为本发明的硅晶片表面形成八边形金字塔结构的立体图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法做进一步详细的描述。
在硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，具体包括以下步骤：
步骤A、对硅晶片进行RCA式清洗，其中硅晶片为n型单晶硅，其晶向指数为100，尺寸为20毫米×20毫米，厚度为200±10μm，以及电阻率为0.1～0.3Ω/平方厘米。具体包括以下步骤：
步骤A1、将硅晶片分别放入丙酮、异丙醇和去离子水中在75℃下超声处理5分钟；
步骤A2、将处理后的硅晶片在加压氮气中干燥；
步骤A3、将干燥后的硅晶片在100℃的热板上烘干。
步骤B、将含有以下碱性化合物NaOH、KOH、Na2SiO3、IPA和HF在玻璃烧杯中制成碱性刻蚀溶液。本发明用的刻蚀溶液比单独使用KOH、NaOH或Na2Sio3溶液进行刻蚀，表面形貌、周期性、前表面反射率等更好。将盛有碱性刻蚀溶液的烧杯浸在油浴中，使碱性刻蚀溶液在81℃间接加热。碱性刻蚀液在81℃间接加热时将玻璃烧杯盖住，使蒸发IPA(IPA沸点82℃)冷凝，以保持刻蚀剂的浓度。油浴温度在80℃～82℃之间变化时，在玻璃烧杯中插入一个温度计来监测溶液温度，利用温度计对碱性刻蚀溶液以200转每分钟的转速进行搅拌有利于缩短反应时间和八边形金字塔结构的形成。
步骤C、将硅晶片放入盛有碱性刻蚀溶液的烧杯中进行蚀刻10到30分钟；
步骤D、将完成蚀刻的硅晶片用去离子水超声清洗3分钟，然后用氮气进行吹干，并在100℃的热板上进行干燥2分钟。
如图1，图2，图3所示，最终在硅晶片表面形成八边形金字塔结构。
本发明碱性刻蚀溶液由碱性化合物NaOH、KOH、Na2SiO3、IPA和HF在玻璃烧杯中制备，采用此碱性刻蚀溶液对硅晶片进行蚀刻，可以降低硅晶片的前表面反射率，改善其表面形貌，周期性，以及增强亲水性，并且蚀刻过程的时间得到严格监控。实验结果表明，在改善表面形貌和周期性的同时，前表面的反射率可以显著降低，且低至8.87％。本发明在刻蚀过程中加入氢氟酸并以200转每分钟的转速进行搅拌刻蚀液有利于缩短反应时间和八边形金字塔结构的形成。本发明具有刻蚀溶液刻蚀的时间短，材料成本低，刻蚀的硅晶片表面具有周期性八边形结构，并改善了晶片表面形貌的有益效果。本发明可用于硅片的刻蚀，以及太阳能电池单元的制备中，也可广泛用于MEMS和光伏器件等领域。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤A、对硅晶片进行RCA式清洗；
步骤B、将含有以下碱性化合物NaOH、KOH、Na2SiO3、IPA和HF在玻璃烧杯中制成碱性刻蚀溶液，将盛有碱性刻蚀溶液的烧杯浸在油浴中，使碱性刻蚀溶液在81℃间接加热；
步骤C、将硅晶片放入盛有碱性刻蚀溶液的烧杯中进行蚀刻；
步骤D、将完成蚀刻的硅晶片用去离子水超声清洗，然后用氮气进行吹干，并在100℃的热板上进行干燥；
所述步骤B中的碱性刻蚀液在81℃间接加热时将玻璃烧杯盖住，使蒸发IPA冷凝；
在玻璃烧杯中插入一个温度计来监测溶液温度，并对溶液进行搅拌；
所述温度计对溶液进行搅拌的速度为200rpm；在刻蚀过程中加入氢氟酸并以200转每分钟的转速进行搅拌刻蚀液有利于缩短反应时间和八边形金字塔结构的形成。
2.根据权利要求1所述的硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，其特征在于，所述硅晶片为n型单晶硅，其晶向指数为100，尺寸为20毫米×20毫米，厚度为200±10μm，以及电阻率为0.1～0.3Ω/平方厘米。
3.根据权利要求2所述的硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，其特征在于，所述步骤A中RCA式清洗具体包括以下步骤：
步骤A1、将硅晶片分别放入丙酮、异丙醇和去离子水中在75℃下超声处理5分钟；
步骤A2、将处理后的硅晶片在加压氮气中干燥；
步骤A3、将干燥后的硅晶片在100℃的热板上烘干。
4.根据权利要求1所述的硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，其特征在于，所述步骤C中对硅晶片进行蚀刻的时间为10到30分钟。
5.根据权利要求1所述的硅晶片上快速形成八边形金字塔结构的方法，其特征在于，所述步骤D中用去离子水超声清洗硅片时间为3分钟，在100℃的热板上干燥的时间为2分钟。
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| GR01 | Patent grant | ||
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