CN115579409A - 一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法 - Google Patents
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115579409A CN115579409A CN202211382346.3A CN202211382346A CN115579409A CN 115579409 A CN115579409 A CN 115579409A CN 202211382346 A CN202211382346 A CN 202211382346A CN 115579409 A CN115579409 A CN 115579409A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon wafer
- etching
- concentration
- inverted pyramid
- soaking
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 152
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 152
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 152
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 90
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 24
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 16
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 claims description 10
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 7
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 7
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 7
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims description 6
- GGCZERPQGJTIQP-UHFFFAOYSA-N sodium;9,10-dioxoanthracene-2-sulfonic acid Chemical compound [Na+].C1=CC=C2C(=O)C3=CC(S(=O)(=O)O)=CC=C3C(=O)C2=C1 GGCZERPQGJTIQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 4
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910003771 Gold(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical group [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 abstract description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 abstract description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 abstract description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 120
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000009421 Myristica fragrans Nutrition 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000001115 mace Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 description 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical group [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，公开了一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法。该方法包括以下步骤：先后用丙酮、乙醇、去离子水清洗硅片备用；将清洗后的硅片放入氢氟酸和氧化剂混合液或强碱中去除氧化硅层与非晶硅层；将硅片浸泡于含有氧化剂、刻蚀剂、金属离子的刻蚀液中，通过光照诱导制备得到刻蚀后的硅片；将刻蚀后的硅片浸泡在金属消除剂中去除表面金属粒子。该方法使用光照诱导纳米金属颗粒催化化学刻蚀制备硅表面倒金字塔结构，物理光照结合湿法化学刻蚀，可高效制备晶硅倒金字塔结构，并且通过光照诱导MCCE制绒，利用光生电子的捕获及光电子的分布，控制刻蚀均匀性发生及加快刻蚀速率，提高制绒效率与绒面质量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法。
背景技术
太阳能作为持续且稳定的清洁能源越来越受人们重视，在太阳能的应用中，光伏技术作为最常见、最普遍的方法，在全球范围内受众多学者广泛研究。而众多光伏材料中，硅太阳能电池在光伏领域发展相对成熟，实用性较强，常年霸占领导地位。
硅片表面制绒是制造晶硅太阳能电池的第一道工艺，是电池制造的一个核心环节。良好的绒面结构不仅可以降低太阳光反射率，增加光的吸收，而且可以提高表面钝化以及电极接触等特性，从而提高载流子的收集效率。由于单晶硅太阳能电池具有高转换效率，使用寿命长等优势，在光伏市场份额已经超过90％。常见的绒面主要有蠕虫状凹坑、正金字塔结构及倒金字塔结构，倒金字塔结构由于其多次减反射作用、底部开阔无塔尖存在、电极接触好等特点，将会取代正金字塔结构成为新一代硅光伏表面结构。倒金字塔结构制备的方法主要有反应离子刻蚀(RIE)、激光刻蚀以及金属催化化学刻蚀(MCCE)等。MCCE由于其操作简单，可实现大规模制备，成为关注度最高的一种方法。在MCCE刻蚀体系中，金属离子沉积在硅片表面被还原为金属颗粒，这一过程中硅被氧化为SiO2，同时氧化剂会通过金属颗粒向硅表面注入空穴，并且由于氧化剂氧化性大于所选金属粒子，金属颗粒将会被重新氧化进入刻蚀液，而暴露出的SiO2将会被刻蚀液反应去除，重复上述过程，便能在硅片表面制备倒金字塔结构。
在众多催化金属中，铜由于价格便宜，反应缓慢可控，成为新的研究热点。但在Cu-ACE中，绒面存在分布不均匀，尺寸大小不均及刻蚀稳定性不好等问题。因此，如何提高绒面均匀性、刻蚀稳定性以及绒面质量具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，解决现有技术MCCE制备倒金字塔结构存在绒面均匀性、刻蚀稳定性以及绒面质量不好的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)刻蚀：将硅片浸泡于含有氧化剂、刻蚀剂、金属离子的刻蚀液中，通过光照诱导制备得到刻蚀后的硅片；
(2)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于金属消除剂中，浸泡结束后得到硅片表面的倒金字塔绒面结构。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)刻蚀前还包括预刻蚀，所述预刻蚀的具体方法为：将硅片浸泡于含有AgNO3、HF、H2O2的预刻蚀液中进行预刻蚀；所述预刻蚀的温度为30～40℃，所述预刻蚀的时间为1～5min；所述AgNO3的浓度为0.0001～0.001M，所述HF的浓度为1～5M，所述的H2O2浓度为1～3M。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)中硅片为金刚线切割单晶或多晶硅片；所述步骤(1)刻蚀液中氧化剂为酸性介质氧化剂，所述酸性介质氧化剂为H2O2、CH3COOH、Na2Cr2O7、H2CrO4、HNO3、KMnO4或(NH4)2S2O2，所述氧化剂的浓度为0.5～4M。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)刻蚀液中刻蚀剂为HF，所述HF的浓度为0.5～5M。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)刻蚀液中金属离子的来源为金属盐或金属酸性氧化物，所述金属盐为银盐、铜盐、镍盐中的一种或多种，所述金属酸性氧化物为AuCl3·HCl·4H2O或H2PtCl6，所述金属离子的浓度为0.0001～1M。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)中光照的时间为3～15min，所述光照的光源为太阳光、氙光或白光，所述光源的功率为0～30W，所述光源的光通量为0～10000LM，所述光源距硅片的距离为15～30cm。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)中光照诱导的过程中溶液的温度控制在20～40℃。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(2)中金属消除剂为HCl、H2O2、H2O的混合溶液或硝酸溶液；所述混合溶液中HCl、H2O2、H2O的摩尔浓度比为1:1～3:4～8，所述硝酸溶液的浓度为30～50wt％；所述步骤(2)中浸泡的温度为20～25℃，浸泡的时间为3～10min。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述步骤(1)中硅片还包括前处理，前处理的具体过程为：
硅片的清洗：依次采用丙酮、乙醇、水清洗硅片；
去除氧化层与非晶层：将清洗后的硅片放入HF和氧化剂的混合液或强碱中浸泡，去除氧化层与非晶层。
优选的，在上述一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法中，所述采用丙酮、乙醇、水清洗硅片的时间独立的为5～10min；所述HF和氧化剂的混合液中氧化剂为酸性介质氧化剂，所述酸性介质氧化剂为H2O2、CH3COOH、Na2Cr2O7、H2CrO4、HNO3、KMnO4或(NH4)2S2O2，为H2O2，所述H2O2的浓度为1～3M，所述HF和氧化剂的混合液中HF的浓度为1～3M，所述强碱为KOH或NaOH，所述强碱的浓度为15～30wt％，所述浸泡的时间为10～20min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过光照诱导金属离子在硅片表面均匀沉积，氧化剂通过沉积的金属粒子向硅表面注入空穴，使其氧化，刻蚀剂将生成的氧化硅腐蚀去除；创新性的提出了利用光电特性及硅半导体的特殊性质，在MCCE中加入光照诱导，使物理光照结合湿法化学刻蚀，通过光电子吸引刻蚀液中的金属离子使其均匀分布在硅片表面，达到均匀刻蚀作用，在硅片表面获得均匀倒金字塔结构，且光往往伴随热，加快传质速度，有效缓解铜催化刻蚀反应慢的缺点。
(2)与现有技术相比，本发明操作简单，与传统MCCE具有很好的兼容性。同时通过光照辅助刻蚀，有效解决MCCE所得绒面均匀性、稳定性差及刻蚀速率缓慢的问题。采用双辅助的方法，有效提升制绒效率和绒面质量。且相较于目前存在的两步法制绒工艺，采用本发明方法，不仅缩短了反应的工艺流程，且有效降低制绒成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为光照MACE原理示意图；
图2为MACE原理示意图；
图3为本发明方法流程示意图；
图4为实施例1与对比例1中制备得到的硅片的SEM图；其中(a)为实施例1中制备得到的硅片的SEM图，(b)为对比例1中制备得到的硅片的SEM图；
图5为实施例2与对比例2中制备得到的硅片的SEM图；其中(a)为实施例2中制备得到的硅片的SEM图，(b)为对比例2中制备得到的硅片的SEM图；
图6为实施例3与对比例3中制备得到的硅片的SEM图；其中(a)为实施例3中制备得到的硅片的SEM图，(b)为对比例3中制备得到的硅片的SEM图；
图7为实施例4与对比例4中制备得到的硅片的SEM图；其中(a)为实施例4中制备得到的硅片的SEM图，(b)为对比例4中制备得到的硅片的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)刻蚀：将硅片浸泡于含有氧化剂、刻蚀剂、金属离子的刻蚀液中，通过光照诱导制备得到刻蚀后的硅片；
(2)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于金属消除剂中，浸泡结束后得到硅片表面的倒金字塔绒面结构。
在本发明中，所述步骤(1)中硅片还包括前处理，前处理的具体过程为：
硅片的清洗：依次采用丙酮、乙醇、水清洗硅片；所述清洗的具体过程为在超声场中进行，清洗结束后采用氮气吹干；
去除氧化层与非晶层：将清洗后的硅片放入HF和氧化剂的混合液或强碱中浸泡，去除氧化层与非晶层；所述浸泡结束后还包括：采用水清洗硅片并用氮气吹干。
在本发明中，所述采用丙酮、乙醇、水清洗硅片的时间独立的为5～10min；所述HF和氧化剂的混合液中氧化剂优选为酸性介质氧化剂，所述酸性介质氧化剂优选为H2O2、CH3COOH、Na2Cr2O7、H2CrO4、HNO3、KMnO4或(NH4)2S2O2，进一步优选为H2O2、CH3COOH或Na2Cr2O7，更优选为H2O2；所述H2O2的浓度优选为1～3M，进一步优选为1、1.5、2、2.5或3M，更优选为2、2.5或3M；所述HF和氧化剂的混合液中HF的浓度优选为1～3M，进一步优选为1、1.5、2、2.5或3M，更优选为2、2.5或3M；所述强碱优选为KOH或NaOH，更优选为KOH；所述强碱的浓度优选为15～30wt％，进一步优选为15、18、20、22、25、28或30wt％，更优选为22、25或28wt％；所述浸泡的时间优选为10～20min，进一步优选为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20min，更优选为11、12、13或14min。
在本发明中，所述步骤(1)中硅片优选为金刚线切割单晶或多晶硅片，更优选为多晶硅片。
在本发明中，所述步骤(1)刻蚀前还包括预刻蚀，所述预刻蚀的具体方法为：将硅片浸泡于含有AgNO3、HF、H2O2的预刻蚀液中进行预刻蚀；所述预刻蚀的温度优选为30～40℃，进一步优选为30、32、34、35、36、37、38或40℃，更优选为34、35、或36℃；所述预刻蚀的时间优选为1～5min，进一步优选为1、2、3、4或5min，更优选为2或3min；所述AgNO3的浓度优选为0.0001～0.001M，进一步优选为0.0001、0.0002、0.0004、0.0005、0.0007、0.0009或0.001M，更优选为0.0004或0.0005M；所述HF的浓度优选为1～5M，进一步优选为1、2、3、4或5M，更优选为2或3M；所述的H2O2浓度优选为1～3M，进一步优选为1、1.5、2、2.5或3M，更优选为1.5或2M。
在本发明中，所述步骤(1)刻蚀液中氧化剂优选为酸性介质氧化剂，所述酸性介质氧化剂优选为H2O2、CH3COOH、Na2Cr2O7、H2CrO4、HNO3、KMnO4或(NH4)2S2O2，进一步优选为H2O2、HNO3或KMnO4，更优选为H2O2；所述氧化剂的浓度优选为0.5～4M，进一步优选为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5或4M，更优选为2、2.5、3或3.5M。
在本发明中，所述步骤(1)刻蚀液中刻蚀剂优选为HF，所述HF的浓度优选为0.5～5M，进一步优选为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5或4M，更优选为2、2.5、3或3.5M。
在本发明中，所述步骤(1)刻蚀液中金属离子的来源优选为金属盐或金属酸性氧化物，更优选为金属盐，所述金属盐优选为银盐、铜盐、镍盐中的一种或几种，进一步优选为银盐、铜盐中的一种或两种，更优选为铜盐；所述银盐优选为AgNO3、AgClO3、AgClO4、AgHCO3、Ag2SO4、Ag2CrO4中一种或几种，进一步优选为AgNO3、AgClO3或AgClO4，更优选为AgNO3；所述铜盐优选为CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2中一种或几种，进一步优选为CuSO4或Cu(NO3)2，更优选为Cu(NO3)2；所述镍盐优选为Ni(CH3COO)2、NiCl2、Ni(NO3)2中的一种或几种，进一步优选为Ni(CH3COO)2或NiCl2，更优选为NiCl2；所述金属酸性氧化物优选为AuCl3·HCl·4H2O或H2PtCl6，更优选为H2PtCl6；所述金属离子的浓度优选为0.0001～1M，进一步优选为0.0001、0.0005、0.001、0.005、0.01、0.02、0.03、0.06、0.08、0.1、0.3、0.5、0.8或1M，更优选为0.02、0.03、0.06、0.08或0.1M。
在本发明中，所述步骤(1)中光照的时间优选为3～15min，进一步优选为3、5、7、9、10、12或15min，更优选为7、9或10min，所述光照的光源优选为太阳光、氙光或白光，进一步优选为太阳光或氙光，更优选为氙光；所述光源的功率优选为0～30W，进一步优选为5、10、15、20、25或30W，更优选为10、15或20W；所述光源的光通量优选为0～10000LM，进一步优选为100、300、500、800、1000、1200、1500、1800、2000、2400、2500、2700、3000、3200、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000LM，更优选为1500、1800、2000或2400LM；所述光源距硅片的距离优选为15～30cm，进一步优选为15、18、20、22、24、26、28或30cm，更优选为18、20或22cm。
在本发明中，所述步骤(1)中光照诱导的过程中溶液的温度控制在20～40℃，进一步优选为20、22、25、28、30、33、35、37或40℃，更优选为28、30、33或35℃；所述温度控制的具体方法为采用水浴锅保温。
在本发明中，所述步骤(2)中金属消除剂优选为HCl、H2O2、H2O的混合溶液或硝酸溶液，进一步优选为HCl、H2O2、H2O的混合溶液；所述混合溶液中HCl、H2O2、H2O的摩尔浓度比优选为1:1～3:3～8，进一步优选为1:1.5～2.5:4～7，更优选为1:2:6；所述硝酸溶液的浓度优选为30～50wt％，进一步优选为30、32、35、38、40、43、46、48或50wt％，更优选为35、38或40wt％；所述步骤(2)中浸泡的温度优选为20～25℃，进一步优选为20、21、22、23、24或25℃，更优选为24或25℃，浸泡的时间优选为3～10min，进一步优选为3、4、5、6、7、8、9或10min，更优选为6、7或8min。
在本发明中，所述步骤(2)中浸泡结束后还包括：用水冲洗然后用氮气吹干。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)硅片清洗：依次采用丙酮、乙醇、去离子水在超声场中清洗硅片，清洗的时间分别为8min，然后用氮气吹干；所述硅片为单晶硅片，所述硅片的大小为3cm×3cm；
(2)去氧化层与非晶层：将清洗后的硅片在25℃下于HF、H2O2的混合溶液中浸泡10min，浸泡结束后采用去离子水清洗，然后用氮气吹干，得到处理后的硅片；其中混合溶液中HF的浓度为2M，H2O2的浓度为1.5M；
(3)刻蚀：量取4.5mL质量浓度为40％的HF溶液，量取10.2mL质量浓度为30％的H2O2溶液；称取12.08gCu(NO3)2·3H2O配制成250mL溶液，然后量取15mL，与量取好的HF、H2O2溶液混合后，加入去离子水配置成50mL的刻蚀液，此时刻蚀液中HF的浓度为2M、H2O2的浓度为2M、Cu2+的浓度为0.06M；
将刻蚀液置于水浴锅中保温10min，水浴锅的温度保持为25℃；将处理后的硅片置于刻蚀液中，同时将通过凸透镜将聚光后的太阳光照射在硅片表面，光照的时间为10min，凸透镜中心点位置距硅片表面的距离为20cm；凸透镜的直径为7.5cm，经计算此时聚光通量为442LM。
(4)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于40wt％的硝酸中，浸泡结束后用去离子水冲洗然后用氮气吹干，得到硅片表面的倒金字塔绒面结构；其中浸泡的温度为25℃，浸泡的时间为5min。
可观察到硅片表面在有光照区域比没有光照区域颜色更深。
对比例1
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，具体制备过程与实施例1中一致，唯一的区别在于：去除太阳光的照射，于黑暗中刻蚀。
实施例2
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)硅片清洗：依次采用丙酮、乙醇、去离子水在超声场中清洗硅片，清洗的时间分别为8min，然后用氮气吹干；所述硅片为单晶硅片，所述硅片的大小为3cm×3cm；
(2)去氧化层与非晶层：将清洗后的硅片在25℃下于HF、H2O2的混合溶液中浸泡10min，浸泡结束后采用去离子水清洗，然后用氮气吹干；其中混合溶液中HF的浓度为2M，H2O2的浓度为1.5M；
(3)预刻蚀：将清洗完成的硅片置于预刻蚀体系，预刻蚀体系为AgNO3、HF、H2O2组成的混合溶液，其浓度分别为0.0005M、2M、1.5M，35℃刻蚀2min；
(4)刻蚀：将质量浓度为40％的HF溶液量取6.7mL，质量浓度为30％的H2O2溶液量取10.2mL；称取12.08gCu(NO3)2·3H2O配制成250mL溶液，量取15mL，与量取好的HF、H2O2溶液混合后，加入去离子水配置成50mL的刻蚀液；此时刻蚀液中HF的浓度为3M、H2O2的浓度为2M、Cu2+的浓度为0.06M；
将刻蚀液置于水浴锅中保温10min，水浴锅的温度保持为30℃；
调节氙光灯源的功率为20W，此时光通量为3200LM，打开灯源稳定5min后；将水浴锅及刻蚀液置于氙光灯源下，将经预刻蚀处理后的硅片置于刻蚀液中，其中光源距硅片表面的距离为20cm，此时开始计时，光照7min后取出硅片；
(5)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于40wt％的硝酸中，浸泡结束后用去离子水冲洗然后用氮气吹干，得到硅片表面的倒金字塔绒面结构；其中浸泡的温度为25℃，浸泡的时间为5min。
经预刻蚀处理后使硅片表面切割痕去除，表面非晶层及缺陷消失，通过预刻蚀后表面整体起泡从而引入活性位，为后期刻蚀做前期优化处理，可进一步增强光照刻蚀作用。
对比例2
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，具体制备过程与实施例2中一致，唯一的区别在于：去除氙光灯的照射，于黑暗中刻蚀。
实施例3
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)硅片清洗：依次采用丙酮、乙醇、去离子水在超声场中清洗硅片，清洗的时间分别为8min，然后用氮气吹干；所述硅片为单晶硅片，所述硅片的大小为3cm×3cm；
(2)去氧化层与非晶层：将清洗后的硅片在25℃下于HF、H2O2的混合溶液中浸泡10min，浸泡结束后采用去离子水清洗，然后用氮气吹干；其中混合溶液中HF的浓度为2M，H2O2的浓度为1.5M；
(3)刻蚀：将质量浓度为40％的HF溶液量取6.7mL，质量浓度为30％的H2O2溶液量取10.2mL；称取12.08gCu(NO3)2·3H2O配制成250mL溶液，量取15mL，与量取好的HF、H2O2溶液混合后，加入去离子水配置成50mL的刻蚀液；此时刻蚀液中为HF的浓度为3M、H2O2的浓度为2M、Cu2+的浓度为0.06M；
将刻蚀液置于水浴锅中保温10min，水浴锅的温度保持为30℃；
调节白光灯源的功率为20W，白光灯源光通量为2000LM，打开灯源稳定5min后；将水浴锅及刻蚀液置于白光灯源下，将处理后的硅片置于刻蚀液中，其中光源距硅片表面的距离为20cm，此时开始计时，光照7min后取出硅片；
(4)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于40wt％的硝酸中，浸泡结束后用去离子水冲洗然后用氮气吹干，得到硅片表面的倒金字塔绒面结构；其中浸泡的温度为25℃，浸泡的时间为5min。
对比例3
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，具体制备过程与实施例3中一致，唯一的区别在于：去除白光灯的照射，于黑暗中刻蚀。
实施例4
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)硅片清洗：依次采用丙酮、乙醇、去离子水在超声场中清洗硅片8min，然后用氮气吹干；
(2)去氧化层与非晶层：将清洗后的硅片在25℃下于HF、H2O2的混合溶液中浸泡10min，浸泡结束后采用去离子水清洗，然后用氮气吹干；其中混合溶液中HF的浓度为2M，H2O2的浓度为1.5M；
(3)刻蚀：将质量浓度为40％的HF溶液量取4.5mL，质量浓度为30％的H2O2溶液量取10.2mL；称取12.08gCu(NO3)2·3H2O配制成250mL溶液，量取15mL，与量取好的HF、H2O2溶液混合后，加入去离子水配置成50mL的刻蚀液；此时刻蚀液中为HF的浓度为2M、H2O2的浓度为2M、Cu2+的浓度为0.06M；
将刻蚀液置于水浴锅中保温10min，水浴锅的温度保持为30℃；
调节氙光灯源的功率为30W，此时氙光灯源光通量为4800LM，打开灯源稳定5min后；将水浴锅及刻蚀液置于氙光灯源下，将处理后的硅片置于刻蚀液中，其中光源距硅片表面的距离为20cm，此时开始计时，光照7min后取出硅片；
(4)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于40wt％的硝酸中，浸泡结束后用去离子水冲洗然后用氮气吹干，得到硅片表面的倒金字塔绒面结构；其中浸泡的温度为25℃，浸泡的时间为5min。
对比例4
一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，具体制备过程与实施例4中一致，唯一的区别在于：去除氙光灯的照射，于黑暗中刻蚀。
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 (10)
1.一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)刻蚀：将硅片浸泡于含有氧化剂、刻蚀剂、金属离子的刻蚀液中，通过光照诱导制备得到刻蚀后的硅片；
(2)去除金属颗粒：将刻蚀后的硅片浸泡于金属消除剂中，浸泡结束后得到硅片表面的倒金字塔绒面结构。
2.根据权利要求1所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)刻蚀前还包括预刻蚀，所述预刻蚀的具体方法为：将硅片浸泡于含有AgNO3、HF、H2O2的预刻蚀液中进行预刻蚀；所述预刻蚀的温度为30～40℃，所述预刻蚀的时间为1～5min；所述AgNO3的浓度为0.0001～0.001M，所述HF的浓度为1～5M，所述的H2O2浓度为1～3M。
3.根据权利要求1所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅片为金刚线切割单晶或多晶硅片；所述步骤(1)刻蚀液中氧化剂为酸性介质氧化剂，所述酸性介质氧化剂为H2O2、CH3COOH、Na2Cr2O7、H2CrO4、HNO3、KMnO4或(NH4)2S2O2，所述氧化剂的浓度为0.5～4M。
4.根据权利要求2所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)刻蚀液中刻蚀剂为HF，所述HF的浓度为0.5～5M。
5.根据权利要求2或3所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)刻蚀液中金属离子的来源为金属盐或金属酸性氧化物，所述金属盐为银盐、铜盐、镍盐中的一种或多种，所述金属酸性氧化物为AuCl3·HCl·4H2O或H2PtCl6，所述金属离子的浓度为0.0001～1M。
6.根据权利要求2或3所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中光照的时间为3～15min，所述光照的光源为太阳光、氙光或白光，所述光源的功率为0～30W，所述光源的光通量为0～10000LM，所述光源距硅片的距离为15～30cm。
7.根据权利要求5所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中光照诱导的过程中溶液的温度控制在20～40℃。
8.根据权利要求6所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中金属消除剂为HCl、H2O2、H2O的混合溶液或硝酸溶液；所述混合溶液中HCl、H2O2、H2O的摩尔浓度比为1:1～3:3～8，所述硝酸溶液的浓度为30～50wt％；所述步骤(2)中浸泡的温度为20～25℃，浸泡的时间为3～10min。
9.根据权利要求7或8所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅片还包括前处理，前处理的具体过程为：
硅片的清洗：依次采用丙酮、乙醇、水清洗硅片；
去除氧化层与非晶层：将清洗后的硅片放入HF和氧化剂的混合液或强碱中浸泡，去除氧化层与非晶层。
10.根据权利要求9所述的硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述采用丙酮、乙醇、水清洗硅片的时间独立的为5～10min；所述HF和氧化剂的混合液中氧化剂为酸性介质氧化剂，所述酸性介质氧化剂为H2O2、CH3COOH、Na2Cr2O7、H2CrO4、HNO3、KMnO4或(NH4)2S2O2，所述H2O2的浓度为1～3M，所述HF和氧化剂的混合液中HF的浓度为1～3M，所述强碱为KOH或NaOH，所述强碱的浓度为15～30wt％，所述浸泡的时间为10～20min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211382346.3A CN115579409A (zh) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211382346.3A CN115579409A (zh) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115579409A true CN115579409A (zh) | 2023-01-06 |
Family
ID=84589151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211382346.3A Pending CN115579409A (zh) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115579409A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116433672A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-14 | 山东九思新材料科技有限责任公司 | 基于图像处理的硅片表面质量检测方法 |
-
2022
- 2022-11-07 CN CN202211382346.3A patent/CN115579409A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116433672A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-14 | 山东九思新材料科技有限责任公司 | 基于图像处理的硅片表面质量检测方法 |
| CN116433672B (zh) * | 2023-06-15 | 2023-08-25 | 山东九思新材料科技有限责任公司 | 基于图像处理的硅片表面质量检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2019201444B2 (en) | A method for producing a textured structure of a crystalline silicon solar cell | |
| TWI599060B (zh) | Suede structure of a crystalline silicon solar cell and its preparation method | |
| WO2016019767A1 (zh) | 用于刻蚀太阳能电池硅片的酸性制绒液、制绒方法、太阳能电池片及其制作方法 | |
| CN107268087A (zh) | 一种降低金刚线切割的多晶硅片反射率的金属催化制绒方法 | |
| CN100583465C (zh) | 磁场下制备硅太阳能电池绒面的方法 | |
| CN101937946B (zh) | 一种太阳电池硅片的表面织构方法 | |
| CN106229386B (zh) | 一种银铜双金属mace法制备黑硅结构的方法 | |
| NL2023003B1 (en) | Method for preparing full back-contact electrode cell with efficient light trapping and selective doping | |
| CN112349802B (zh) | 一种铸锭单晶或多晶非晶硅异质结太阳电池的制作方法 | |
| CN113410319A (zh) | 一种常温制绒方法、及其制绒而成的硅片、太阳能电池片及其制备方法 | |
| TW201104907A (en) | Surface treatment of silicon | |
| CN106711280B (zh) | 一种n型双面电池的制作方法 | |
| CN115579409A (zh) | 一种硅片表面的倒金字塔绒面结构的制备方法 | |
| CN112458540A (zh) | 一种太阳能单晶制绒工艺 | |
| CN103219426A (zh) | 一种超小绒面太阳电池及其制备方法 | |
| CN112442739B (zh) | 金字塔快速制绒液及其制绒方法和硅片制品 | |
| CN105957921B (zh) | 一种利用印刷技术制备n型硅ibc太阳电池的方法 | |
| CN110518075B (zh) | 一种黑硅钝化膜、其制备方法及应用 | |
| CN104409564A (zh) | 一种n型纳米黑硅的制备方法以及太阳能电池的制备方法 | |
| Kubendhiran et al. | Copper assisted inverted pyramids texturization of monocrystalline silicon in a nitrogen bubbling bath for highly efficient light trapping | |
| CN111627804A (zh) | 一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺 | |
| CN110265293A (zh) | 太阳能电池的p-n结制作工艺 | |
| Altinsoy et al. | Single Step Inverted Pyramid Texturing of n-type Silicon by Copper Assisted Chemical Etching | |
| TW201222653A (en) | Method of forming micro-pore structure or recess structure on silicon chip substrate surface | |
| TWI792400B (zh) | 針對單晶矽晶圓的表面之倒金字塔結構製絨化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |