[发明专利]一种硅表面纳米多孔减反射结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及在太阳能电池结构中的一种硅表面纳米多孔减反射结构的制备方法。具体涉及硅表面减反射陷光结构制备工艺的单步溶液法制备技术。

背景技术

降低成本和提高转换效率是太阳电池研究的重点方向。硅太阳能电池由于原料来源广泛，成本较低，占据着太阳能电池市场的主导地位。减少电池受光面上入射阳光的反射是提高太阳能电池的光电转换效率的手段之一。通过贵金属辅助刻蚀的方法在硅表面制备减反射结构能够有效减少入射光的反射损失。通常情况下贵金属辅助刻蚀一般分为两步，首先利用电镀、化学镀、蒸镀或自组装等手段在硅片表面沉积一层纳米级或亚微米级厚度的均匀分布、非连续的贵金属粒子层，接着在含HF的溶液中刻蚀硅。这种技术虽然可重复性好，但由于贵金属粒子层的沉积较为复杂，实际应用中还存在一些问题，因此，开发更为简单、高效的贵金属纳米粒子催化刻蚀硅制备表面减反射陷光结构的技术具有现实的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种硅表面减反射结构的简易制备方法，利用贵金属纳米粒子催化刻蚀的特性，采用单步溶液法(不需要提前在硅表面沉积贵金属纳米粒子)实现了硅表面纳米多孔减反射结构的制备。

一种硅表面纳米多孔减反射结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

a.清洗硅片：

b.单步溶液法刻蚀：将清洗后的硅片直接浸入酸性刻蚀液中，刻蚀出硅表面纳米多孔减反射结构，所述酸性刻蚀液为AgNO₃、HF、H₂O₂和水组成的混合溶液，其中AgNO₃的浓度为10^-4～5×10^-4mol/L，HF的浓度为1～2mol/L，H₂O₂的浓度为2.5～3mol/L，以保证腐蚀均匀性及减反射结构的减反射性能；

c.硅片后处理：将硅片用硝酸浸泡，去除残留在硅表面的银，然后用去离子水或超纯水冲洗干净，可观察到表面有发黑现象，真空干燥。

步骤a所述清洗的方法通常为：在丙酮中超声清洗，用去离子水或超纯水冲洗；然后用CP-4A溶液清洗；再用氢氟酸溶液清洗，用去离子水或超纯水冲洗，最后得到清洁的硅表面。所述氢氟酸溶液的浓度(质量分数)为7.3mol/L。

所述CP-4A溶液由HF溶液、HNO₃溶液、无水乙醇、H₂O按3∶5∶3∶22的体积比配制而成，其中，HNO₃溶液的质量分数为65％～68％，HF溶液的质量分数为40％。

步骤b中所述刻蚀时间为2～10min，以保证刻蚀效果。所述酸性刻蚀液处于水浴处理中，水浴温度为20-30℃，优选25℃。

步骤c中所述硝酸的浓度为20wt％-40wt％，浸泡时间为25-35min，优选30min。

所述去离子水及超纯水的电阻率在16MΩ·cm以上。

所述硅片为(100)或者(111)取向单晶硅片，(100)取向单晶硅片的电阻率在7～13Ω·cm，(111)取向单晶硅片的电阻率在8～13Ω·cm。

所述贵金属纳米粒子为银粒子。

本发明的反应原理为：

贵金属辅助化学刻蚀一般认为是一个电化学过程，当硅表面存在金属纳米粒子时，由于其电极电势高于硅的电极电势，这样在金属粒子与硅之间就形成了微型原电池，在每个金属粒子附近会发生局部电化学反应，同时在银和硅之间形成电流。其反应过程如下：

阴极(金属表面)：H₂O₂+2H⁺→2H₂O+2h⁺

                 2H⁺→H₂↑+2h⁺

阳极(硅)：Si+2H₂O+4h⁺→SiO₂+4H⁺

          SiO₂+6HF→H₂SiF₆+2H₂O

总反应：Si+H₂O₂+6HF→2H₂O+H₂SiF₆+H₂↑