[发明专利]一种用于制备硅片表面硅纳米柱阵列的溶液及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅表面处理技术领域，具体涉及一种新型的硅表面硅纳米柱阵列的制备工艺,适用于太阳能光电转化领域。

背景技术

硅是太阳能电池制备的关键材料，因入射光在硅片表面有30%发生反射，所以提高硅片表面的光吸收和转化能力一直受到关注，硅表面制备硅纳米柱阵列是提高光吸收和转化能力其中的方法之一。文献（Seong-Ho Baek, Seong-Been Kim, Jang-Kyoo Shin, Jae Hyun Kim，Preparation of hybrid silicon wire and planar solar cells having ZnO antireflection coating by all-solution processes, Solar Energy Materials & Solar Cells 96 (2012) 251–256.）和文献（Priyamka Singh, Shailesh N. Sharmma and N. M. Ravindra, Applications of porous silicon thin films in Solar cells and biosensors, JOM, 26(6)(2010) 17-24.）分别叙述了硅片表面用HF酸清洗后用NH4OH (30%)/H2O2 (30%)/H2O (1:1:5, v/v)在60^oC腐蚀30分钟制备硅纳米柱和用含HF酸的溶液电化学腐蚀制备硅纳米柱阵列的工艺，但两者都未提到用溶液中微等离子体在硅片表面制备硅纳米柱阵列的方法，而且都用到影响环境的HF酸。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在硅片表面用室温溶液中微等离子体方法制备硅纳米柱阵列的工艺，即一种用于制备硅片表面硅纳米柱阵列的溶液及制备方法。该方法与环境兼容性好，处理速度快，具有处理效率高、节能、环保的特点。本发明处理后的硅片表面纳米柱阵列的纳米柱直径和高度可根据工艺调整，纳米柱的分布密度也可根据工艺可调，这样降低了成本，提高了光的转化效率。

技术方案：本发明所述的一种用于制备硅片表面硅纳米柱阵列的溶液，包括如下组分：硅酸盐5-10%，有机醇5-10%，水80-85%；以重量百分比计；所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，所述有机醇为乙醇或丙三醇，所述水为去离子水。

采用上述溶液制备硅片表面硅纳米柱阵列的方法为：把硅片置入所述的溶液中，以硅片为阴极，以惰性电极材料为阳极，在500-700V电压下，处理1-3分钟，取出硅片，即可得到双面排列硅纳米柱阵列的硅片。

进一步，所述惰性电极材料为石墨。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明所述的在硅片表面用室温溶液中微等离子体方法制备硅纳米柱阵列的工艺，该方法与环境兼容性好，因溶液为室温，处理速度快，简化了硅片的处理工序，具有处理效率高、节能、环保的特点；同时本发明处理后的硅片表面纳米柱阵列的纳米柱直径和高度可根据工艺调整，纳米柱的分布密度也可根据工艺可调，这样降低了成本，提高了光的转化效率。

附图说明

图1为实施例1制得的硅片表面硅纳米柱阵列的表面形貌图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：在1L去离子水中加入56g硅酸钠、44mL丙三醇溶液，以硅片为阴极，石墨为阳极，在623V电压下处理2分钟，其硅纳米柱阵列的柱径小于500nm，说明处理速度快，效率高，能明显的降低硅片表面的处理成本。

实施例2：首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，在搅拌下依次溶解563g硅酸钠和794mL丙三醇，最后加水至10L，得到电解液，以硅片为阴极，石墨为阳极，在583V电压下处理3分钟，其硅纳米柱阵列柱径小于800nm。

实施例3：首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，在搅拌下依次溶解563g硅酸钾和440mL丙三醇，最后加水至10L，得到电解液，以硅片为阴极，石墨为阳极，在516V电压下处理1分钟，其硅纳米柱阵列的柱径小于600nm。

实施例4：首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，在搅拌下依次溶解1000g硅酸钠和873mL乙醇，最后加水至10L，得到电解液，以硅片为阴极，石墨为阳极，在620V电压下处理3分钟，其硅纳米柱阵列的柱径小于650nm。