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引言
? ? ? 通過在含有H2O2的HF溶液中蝕刻，在兩步工藝中對商用硅太陽能電池進行紋理化。銀納米粒子作為催化位點，有助于蝕刻過程。確定了在表面制備納米孔的蝕刻時間。利用光譜儀測量了硅太陽能電池表面納米結(jié)構(gòu)的光學特性。樣品的全反射系數(shù)低于未經(jīng)處理的硅太陽能電池。硅太陽能電池的整體效率取決于所選的銀離子濃度制備條件和濕法蝕刻時間。太陽能電池的紋理化表面顯示出效率的提高，電路光電流高于沒有紋理化的參考硅太陽能電池。給出了各種硅電池的J-V曲線，并討論了其與表面形態(tài)的關(guān)系。
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實驗
? ? ? 材料所有反應(yīng)均在室溫下進行。接收時使用硝酸銀、過氧化氫拋光的單晶（100）型砷摻雜硅晶片，電阻率為0.001-0.005Ωcm，將晶片切成1.0×1.0cm2的區(qū)域，在室溫下用丙酮和去離子水進行超聲清洗10min。購買紋理單晶硅太陽能電池，在室溫下用丙酮和去離子水進行超聲清洗10分鐘。
? ? ? 通過在室溫下將硅(100) n型和硅太陽能電池浸入5%硝酸銀m/m和HF 5M的混合物中一段時間來進行濕法蝕刻。然后將樣品浸入H2O2 5% m/m和HF 5M的第二水溶液中一定時間，范圍從30 s到10 min。
? ? ? 還使用原子力顯微鏡研究了樣品表面的形態(tài)。從樣品中獲取的原子力顯微鏡圖像用顯微鏡以交流、敲擊和接觸模式使用硅懸臂尖端記錄。
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結(jié)果和討論
? ? ? 銀納米粒子的沉積和硅納米孔的形成。用氟化氫和氧化劑蝕刻硅和硅太陽能電池，以獲得允許光捕獲的結(jié)構(gòu)化表面。這里，我們使用單晶n型硅晶片作為襯底，該襯底具有與單晶硅太陽能電池幾乎相同的特性。在這兩種情況下，蝕刻都在n型層上進行。在蝕刻過程中，將帶有銀顆粒的襯底浸入氟化氫和氧化劑的溶液中。
? ? ? ?X射線衍射分析。圖1顯示了用5%m/m的硝酸銀和HF 5M處理18秒時沉積在n型(100)硅上的結(jié)晶銀納米顆粒的x光衍射圖。光譜顯示在2θ= 38.2°、44.5°和64.8°處有三個峰，它們分別屬于金屬銀的面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)的(111)、(200)和(220)反射。根據(jù)XRD圖譜計算的晶格參數(shù)為a = b = c = 4.07846，與值a= 4.086一致。所用的方程是D = 0.9 λ/β cos θ，其中D是平均晶粒尺寸，λ是用于衍射實驗的輻射波長，θ是衍射角，β是觀察到的峰的半峰全寬(FWHM)。最強衍射峰(111)用于計算微晶尺寸。在5%硝酸銀溶液中浸泡18秒的銀樣品的微晶尺寸為62納米，樣品硅為18/0。
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圖1 用硝酸銀氟化氫溶液(硅-180)處理18秒后，n型(100)硅上銀納米顆粒的XRD圖譜(111)和(200)
? ? ? 光譜反射率。硅(100)和硅太陽能電池的光譜反射率如圖2a所示。該圖顯示了樣品在曝光后的反射率，首先，在硝酸銀/氫氟酸溶液中曝光18秒，其次，分別在H2O 2/氫氟酸溶液中曝光0、30和120秒。對于硅(100)晶片樣品(硅-18/0、硅-18/30和硅-18/120)，在300和800納米之間的波長范圍內(nèi)，反射率值低于拋光硅晶片(硅-0/0)的反射率值。硅晶片樣品(Si18/0)表面上銀納米粒子的存在有效地降低了反射率。這種效應(yīng)類似于在平坦的硅表面和氮化硅紋理表面上使用金納米粒子的報道結(jié)果。還注意到，對于波長超過550納米的拋光硅晶片的不同反射行為類似于其他小組報告的行為。圖2b顯示了在相同條件和蝕刻時間下，用18 s硝酸銀/氟化氫處理的商用硅太陽能電池中織構(gòu)化的多孔陣列的測量反射光譜。商用硅太陽能電池(SC-18/0)表面上的金屬納米顆粒的存在有效地降低了反射率，類似于在硅晶片上觀察到的反射率。然而，對于波長超過550納米的太陽能電池樣品中的反射，反射率更接近。如所預(yù)期的，與太陽能電池參考(SC-Ref)相比，在太陽輻射具有最大強度的波長范圍內(nèi)，具有蝕刻溶液處理的太陽能電池中的反射率降低。對于改性的太陽能電池樣品，在300至800納米的范圍內(nèi)，加權(quán)平均反射小于10 %。對于硅晶片和商用硅太陽能電池，該結(jié)構(gòu)反射率的降低歸因于硅晶片和硅太陽能電池粗糙度的增加，這是由于樣品表面的紋理化。由于兩組樣品中的納米多孔結(jié)構(gòu)，觀察到反射率的抑制得到改善。
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圖2 (a)硅片和(b)商業(yè)硅太陽能電池在蝕刻溶液中以0秒、30秒和120秒的銀/高頻拍攝的光學反射光譜
? ? ? 伏安曲線。為了測量樣品的伏安曲線，我們在商用硅太陽能電池表面制作了不同刻蝕時間的陣列。與標準硅太陽能電池相比，用銀輔助蝕刻織構(gòu)化的硅太陽能電池樣品的表面增加了0.9毫安/平方厘米的Jsc，并導(dǎo)致絕對效率增加了0.8%。電效率的提高歸因于表面有孔的太陽能電池的反射率降低等。討論了即使使用低分辨率表面紋理，光吸收也能顯著增強。從這個意義上說，在不引入大量表面缺陷的情況下使用紋理顯示了這些工藝在光轉(zhuǎn)換器件制造中的潛在應(yīng)用。我們證實了在硅表面摻入銀納米粒子沒有不利影響，因為它不會增加表面復(fù)合，圖3顯示了商業(yè)硅太陽能電池(SC-Ref)和紋理化太陽能電池的太陽能基準在不同蝕刻時間的I-V曲線。其中，我們最好的黑硅納米結(jié)構(gòu)太陽能電池SC-18/30包含在兩個插件中，以便進行最佳比較。在蝕刻溶液中，在更高的處理時間觀察到效率降低。具有更大深度的樣品顯示出相對較差的電性能，盡管具有更好的光吸收，在催化步驟中，以18 s處理超過1分鐘的硅太陽能電池顯示出差的電性能。據(jù)報道，納米多孔結(jié)構(gòu)增加了硅表面的表面積，并誘導(dǎo)了與該增加的面積相關(guān)的更高的表面復(fù)合速度。
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總結(jié)
? ? ? 我們通過兩步銀輔助化學蝕刻工藝在硅片和商用硅太陽能電池上制備了紋理表面。采用濕化學法合成了銀納米粒子，將兩種基底浸入含氟化氫和過氧化氫的溶液中.銀納米粒子在硅晶片上顯示出近似球形的顆粒。原子力顯微鏡圖像顯示基底表面有大量尺寸分布均勻的孔隙。拓撲分析中觀察到銀離子溶液在較長時間內(nèi)粒徑增加和蝕刻時間較長時深度增加。對于硅晶片和商用硅太陽能電池，反射率測量結(jié)果顯示總反射率在更長的蝕刻時間下降低。我們發(fā)現(xiàn)，獲得太陽能電池最佳效率所需的最佳實驗條件是通過在銀鹽酸溶液中浸泡18 s和在蝕刻溶液中浸泡30 s來實現(xiàn)的。在具有較長蝕刻時間的樣品中觀察到光電流效率值的降低。這些結(jié)果表明，這種效率損失與太陽能電池上的高孔深度有關(guān)，這是由于與表面積增加相關(guān)的表面復(fù)合增加。盡管如此，該過程顯示出提高太陽能電池效率的良好潛力，同時最小化這些器件的制造成本。