[发明专利]一种硅太阳电池表面陷光结构及制备方式

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳电池的生产，通过改变传统制绒工艺，在原有制绒绒面上产生微结构，有效降低晶体硅太阳电池的表面反射率，提高电池效率。 

背景技术

制绒工艺是整个晶体硅太阳电池(以下简称太阳电池)制备过程的第一步， 

其主要作用有两个： 

1)腐蚀去除一定厚度的硅，其目的是去除硅片切割过程中的损伤层 

2)在太阳电池表面形成一定形貌的织构，其目的是陷光，提高太阳电池对光的吸收，进而提高电池效率。 

不同类型的太阳电池其表面织构的制备方式有所差别，普通单晶硅太阳电池具有优良的晶体条件(其表面主要是由(100)晶面)，可以在1～2％(质量浓度)的碱溶液中通过各向异性腐蚀形成规则的金字塔形貌，这些金字塔结构可以有效地起到陷光的作用。对多晶硅太阳电池而言，由于其表面是由大量不同晶向的晶粒组成，不能像单晶硅那样通过碱来进行各向异性腐蚀。对多晶硅太阳电池表面织构的制备方法主要有酸腐蚀法和等离子体刻蚀法，或通过较复杂的工艺形成规则的表面织构如光刻法，激光刻蚀法等。其中酸腐蚀法由于其简单，方便，低成本等优点被工业界广泛接受。 

用于酸腐蚀法的制绒溶液可以是HF和一种氧化剂(如硝酸，双氧水，高锰酸钾，铬酸等)及水的任意比例混合，现阶段所采用的制绒溶液主要是HF/HNO₃/H₂O混合溶液，其中HNO₃作为氧化剂与硅反应在硅表面形成致 密的SiO₂层，溶液中的HF与上一步形成的SiO₂反应，生成可以溶于水的六氟硅酸络合物。通过HNO₃的对硅的氧化和HF对SiO2的消融作用，使得硅表面被不断的腐蚀去除。具体的反应式如下： 

3Si-4HNO₃＝3SiO₂+2H₂O-4NO 

SiO₂-6HF＝H₂(SiF₆)-2H₂O 

在具体的成产过程中，工艺人员发现随着HF/HNO₃/H₂O体积比例的不同所腐蚀的硅片表面形貌也有所不同。在富HF的体系中，所腐蚀出来的硅片表面较均匀，晶面的各向异性表现不明显，反射率也较低，但是由于HF的提高，由于多晶硅体内缺陷被严重放大，产生非常多的重腐蚀区，这些重腐蚀区一方面会影响后续的工艺，另一方面也会严重影响电池的性能，应当尽量避免。同时富HF体系中其反应热量非常大，反应很难控制。在富HNO₃的体系中，虽然不会出现富HF体系中的重腐蚀区，但是所腐蚀出来的硅片表面各向异性较大，不同晶面间差异较大形成花片，一方面容易引起电池的外观不良，另一方面由于反射率较高也会影响太阳电池的电性能。由于以上特性，酸腐蚀法制绒的工艺控制就显得非常重要，现阶段在大规模生产的过程中，工艺人员需通过不断观察绒面状况，及时调整HF，HNO₃的补加量来控制反应过程。这一过程存在一定的经验性，并且费时费力。 

同时，由于酸腐蚀工艺是一个大量放热的快速反应过程，对设备的要求非常高，一般的槽式设备很难获得稳定的生产过程，而必须采用造价高昂的链式设备。

综上所述，突破传统的酸制绒工艺，找到一种适合于酸制绒的制绒辅助品，使其能够帮助工艺人员更好的控制反应，同时能够降低酸腐蚀对设备的要求， 降低生产成本，是我们面对的急需解决的问题！ 

发明内容

本发明主要基于以上提出的相关问题，通过细致研究HF/HNO₃/H₂O体系的腐蚀过程，详细了解反应机理，通过不断地研发和现场试验，最终找到一种适合于现有工艺的酸制绒添加剂。 

本发明涉及一种酸制绒添加剂，主要成分为：甘油，柠檬酸，一定比例的冠醚型表面活性剂，以及余量水。甘油与水的体积比为1-10∶100，柠檬酸与水的重量比为1-3∶100，冠醚型表面活性剂与水的体积比为0.1～1∶100。 

1)通过引入添加剂，可以形成一种特殊的表面形貌，具体为在原有的酸腐蚀液基础上再形成一些较小的微结构(结构示意图见附图1)，可以有效地降低晶体硅电池的反射率，提高电池效率