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摘要
? ? ? 本文研究了一種用碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液進(jìn)行單晶硅太陽(yáng)能電池織構(gòu)化的新技術(shù)。通過(guò)一系列不同參數(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如Na2CO3和碳酸氫鈉的濃度、溶液溫度和刻蝕時(shí)間，來(lái)說(shuō)明半球表面反射率的相關(guān)性。經(jīng)過(guò)四組實(shí)驗(yàn)，我們?cè)诓煌墓璞砻娅@得了均勻可靠的金字塔形織構(gòu)化。此外，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加碳酸氫鈉可以獲得更好的金字塔結(jié)構(gòu).已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在85℃下30分鐘由20 wt%碳酸鈉和4 wt%碳酸氫鈉組成的混合溶液在硅表面上產(chǎn)生均勻的金字塔結(jié)構(gòu)。紋理化的硅表面在太陽(yáng)光譜的主要范圍(400納米-800納米)中表現(xiàn)出較低的平均反射率(約12.84%)。因?yàn)檫@種組織化方法經(jīng)濟(jì)、無(wú)害、污染小。我們覺(jué)得它適合大規(guī)模生產(chǎn)。
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介紹
? ? ? 對(duì)于小型電源來(lái)說(shuō)，光伏技術(shù)是一種可靠且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，其中最重要的因素之一是光電轉(zhuǎn)換效率。為了提高單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，采用織構(gòu)化降低硅片表面反射率，增強(qiáng)光吸收。在單晶硅的情況下，報(bào)道了許多關(guān)于氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)溶液與異丙醇(IPA)的混合物的研究，因?yàn)閴A性溶液各向異性地蝕刻硅并在硅表面上產(chǎn)生小金字塔。
? ? ? 許多解決方案可用于通過(guò)改善硅晶片結(jié)構(gòu)光捕獲來(lái)提高硅太陽(yáng)能電池的效率，但是其中，碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液可被認(rèn)為是最無(wú)害、最危險(xiǎn)和最昂貴的。報(bào)道了一種利用碳酸鹽/碳酸氫鹽溶液對(duì)太陽(yáng)能電池基片進(jìn)行有效紋理化的方法。同時(shí)，研究了反射率隨Na2CO3和碳酸氫鈉濃度、溶液溫度和刻蝕時(shí)間的變化。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 第一步是通過(guò)在超聲波清洗機(jī)中用無(wú)水乙醇清洗晶片10分鐘來(lái)去除樣品上的油脂。在下一步中，將樣品浸入稀釋的氫氟酸(氫氟酸，4重量%)中1分鐘，以去除天然氧化物，并在去離子水中漂洗幾次。當(dāng)所有的清潔工作結(jié)束后，樣品被烘箱加熱以去除表面的水分。
? ? ? 清洗后的晶圓垂直放置在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的自制裝置中。然后在不同濃度的碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(碳酸氫鈉)中蝕刻晶片。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)控制好反應(yīng)溫度和時(shí)間。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，將所有被侵蝕的晶片再次洗滌到無(wú)水乙醇溶液和去離子水中10分鐘。之后，在干燥箱中干燥進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)中，我們使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)獲得了硅片表面的反射率數(shù)據(jù)。此外，通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)量表面形態(tài)的圖像。
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結(jié)果和討論
不同碳酸鈉濃度對(duì)質(zhì)地的影響?
? ? ? 初步研究了Na2CO3濃度對(duì)表面反射率的影響。溶液溫度為85℃，蝕刻時(shí)間為30分鐘。分別使用15重量%、20重量%、25重量%和30重量%的Na2CO3對(duì)紋理化的樣品測(cè)量反射率。如圖2所示。?發(fā)現(xiàn)反射率隨著Na2CO3濃度增加到20 wt%而降低，當(dāng)Na2CO3濃度超過(guò)20 wt%時(shí)，反射率開(kāi)始升高。圖。2顯示了在400 nm-800 nm光譜范圍內(nèi)的加權(quán)平均反射率，我們可以看到最低值為14.98%。圖。3是單晶硅片織構(gòu)的SEM圖像，已經(jīng)顯示出金字塔結(jié)構(gòu)。所有這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果意味著當(dāng)我們使用單一試劑時(shí)，最好使用20 wt%的Na2CO3。
不同濃度碳酸氫鈉對(duì)質(zhì)地的影響
? ? ? 除了現(xiàn)有的20 wt%濃度的Na2CO3，現(xiàn)在我們添加一些不同濃度的碳酸氫鈉(2 wt%、4 wt%、6 wt%和8 wt%)。同樣，我們確定溶液溫度為85℃，腐蝕時(shí)間為30分鐘。從圖4的反射率曲線來(lái)看。?當(dāng)碳酸氫鈉濃度增加到4%時(shí)，我們可以看到最小反射率。圖。5顯示最低加權(quán)平均反射率為12.84%。圖。6是掃描電鏡照片?？磥?lái)這種組合試劑體系可以成功織構(gòu)化太陽(yáng)能電池用單晶硅。
不同溶液溫度對(duì)質(zhì)地的影響
接下來(lái)，我們研究了表面反射率對(duì)溶液溫度的影響。根據(jù)先前的研究，Na2CO3和碳酸氫鈉的濃度固定在20 wt%和4 wt%。蝕刻時(shí)間保持30分鐘不變。圖。圖7顯示了反射率的不同溫度依賴性。如圖?8所示。?溶液溫度顯然對(duì)織構(gòu)有很大影響。當(dāng)溶液溫度低于85℃時(shí)，很難組織化。雖然在較高的溫度下我們可以獲得較好的反射率，但很難控制穩(wěn)定性和獲得理想的金字塔結(jié)構(gòu)。因此最佳溫度為85℃，加權(quán)平均反射率為12.84%。這些樣品的掃描電鏡圖如圖所示9。
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不同蝕刻時(shí)間對(duì)紋理的影響。??略
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圖1 不同濃度碳酸鈉紋理下的單晶硅晶片的反射率??圖2 不同濃度碳酸鈉紋理下的單晶硅晶片的平均反射率?
結(jié)論
? ? ? 在這項(xiàng)工作中，晶體硅太陽(yáng)能電池的紋理化技術(shù)使用碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液進(jìn)行了研究。我們可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變?nèi)芤旱?/span>Na2CO3和碳酸氫鈉濃度、溶液溫度和蝕刻時(shí)間，可以優(yōu)化樣品的反射率值，從而獲得與基于異丙醇的溶液中獲得的反射率值相當(dāng)?shù)牡头瓷渎手怠?/span>
結(jié)果表明，我們的優(yōu)化工藝在85℃下使用含20 wt% Na2CO3和4 wt%碳酸氫鈉的溶液持續(xù)30分鐘?？棙?gòu)化后，對(duì)于單晶硅片，我們可以獲得可靠且均勻的金字塔形織構(gòu)化表面，平均加權(quán)反射率為12.84%。我們的方法對(duì)高效太陽(yáng)能電池的工業(yè)化生產(chǎn)寄予厚望。
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