[发明专利]磁场下制备单晶硅太阳能电池绒面的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种磁场下单晶硅太阳能电池高效绒面的制备技术，属于无机材料技术领域。

背景技术：

太阳能是一种洁净、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，将太阳能直接转换为电能是大规模利用太阳能的一项重要技术基础。自1954年贝尔实验室开发出效率为6％的第一个单晶硅太阳电池，直至现在太阳电池市场以每年35％的速度递增。在短短的半个世纪里，太阳电池已经完成了第一代晶体硅电池研究，正处于第二代薄膜电池研究高峰，并继续朝第三代高效率电池努力。随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提升，积极寻找新的替代能源已刻不容缓，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到迅速的发展。而作为现今占据太阳电池绝大部分市场的晶体硅太阳电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制备技术水平。尤其是在最近几年里，无论是在降低生产成本方面，还是在提升电池转换效率方面，硅太阳电池制备工艺都取得了飞速的进步。如何提高硅片转换效率是太阳电池研究的重点课题之一，而有效地减少太阳光在单晶硅片表面的反射损失是提高太阳电池转换效率的一个重要方法。

为了有效地降低硅表面的反射，绒面制备是一个非常可行的工艺。理想的绒面为“金字塔”形，常用的制备方法为机械刻槽法和化学腐蚀法。机械刻槽利用V形刀在硅表面摩擦以形成规则的V形槽，从而形成规则的、反射率低的绒面。如果用单刀抓槽，虽然能得到优质的绒面，但是速度太慢，采用多刀同时抓槽又容易破坏硅片。化学腐蚀法可以在硅表面形成不规则的“金字塔”，但是“金字塔”的大小和形状不易控制，使得化学腐蚀方法难以制得高质量的绒面。

近年来，磁场强度超过10T的超导强磁场的应用已受到人们的广泛重视。强磁场因其强大的磁化作用，可以使得非铁磁性物质也能显示出内禀磁性，如水、塑料、木材等可在强磁场中悬浮。与普通磁场作用于宏观的物体不同，强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生深远的影响。在材料制备中，磁场能控制材料生长过程中的形态、大小、分布和取向等，从而影响材料的组织结构，最终获得具有优良性能的新材料。通过强磁场的磁化效应来制备太阳能电池高效绒面的技术尚没有出现。

发明内容：

本发明的目的是提供一种磁场下制备单晶硅太阳能电池绒面的方法，通过该方法可以在单晶硅片表面生长致密均匀的绒面，从而实现磁场下单晶硅太阳电池绒面的高效均匀产生。

本发明的技术方案如下：一种磁场下单晶硅太阳能电池高效绒面的制备方法，采用磁场下化学腐蚀的方法在单晶硅片表面生长致密均匀的绒面，该方法具有以下工艺步骤：

a.将单晶硅片放入配好反应液的绒面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器放置于磁场中，所述反应液的配比为：氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05％～15％，乙醇或异丙醇的质量百分数为5％～30％，硅酸钠的质量百分数为0.05％～3％；反应液的温度保持在50℃～100℃。

b.磁场施加于单晶硅太阳能电池绒面制备的整个阶段，磁场强度保持在10T以下，绒面制备时间10～45分钟。

进一步地，所述的反应液配比为：氢氧化钠质量百分数1％，乙醇质量百分数10％，硅酸钠质量百分数0.1％，溶液温度为80℃。

本发明将绒面制备反应器放置于磁场中，高纯单晶硅片浸于电子纯的氢氧化钠或氢氧化钾的碱性水溶液中，通过计算机精确控制加热器使溶液维持在适宜的温度，由于硅与氢氧根反应，因此硅片表面被腐蚀；同时，由于磁场强大的作用，适当的磁场强度可以有效控制氢氧根离子的运动方向，使得氢氧根快速均匀的向硅片表面运动，与硅片发生反应，同时低浓度的碱溶液也使硅片表面的气泡迅速脱离硅片，从而实现了磁场下单晶硅太阳电池绒面的高效均匀产生。

将单晶硅太阳能电池绒面的制备过程置于强磁场中进行，利用强磁场对物质极强的磁化力、磁能作用以及对运动电荷的洛仑兹力，能增强反应物的活化和离解，促进硅原子、氢氧根等反应粒子之间的相互作用，使氢氧根离子迅速向硅片表面运动。在绒面制备过程中，“金字塔”择优迅速均匀生长，影响并且控制单晶硅太阳电池绒面的生长过程。磁场下制备出的单晶硅太阳能电池绒面，绒面的质量得到了明显改善，“金字塔”均匀致密，表面反射率降低，同时降低绒面的生长时间、提高绒面的生长速率，较低的表面反射率有效提高了太阳能电池的转换效率。

附图说明：

图1为本发明的绒面制备反应器结构示意图；

图2为本发明的磁场产生装置示意图；

附图标号说明：