[发明专利]单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用。

背景技术

近年来，硅基太阳能电池一直占据光伏市场的主导地位，为了提高硅基太阳电池的转换效率，提高太阳光的利用率，在硅片表面制备各种减反射微结构以增加光吸收一直是人们研究的热点。随着技术的发展，电池的效率也在不断提升，进一步提高效率并趋近其理论的极限值，应该做到以下两个方面：一是减少光学损失，充分吸收太阳光谱；二是减少电学损失，即减小体内与界面载流子复合。未来为了加大太阳电池发电在整个电力系统中的比例，必须要进一步降低其生产成本，并提高电池效率。

超薄晶硅太阳电池（10μm）可以大大减少原材料成本，并保持较高的光电转换效率，代表着未来高效太阳电池的发展方向之一。基于该电池物理厚度的限制，传统单晶硅的制绒方法（3-10μm深度的随机金字塔结构）显然无法满足超薄晶硅太阳电池的需要。纳米线、纳米柱等硅基微纳结构因其具有优异的陷光特性，成为高效陷光领域研究的热点。然而上述微纳米绒面结构会伴随着非常大的比表面积增加，尤其达到特定抗反射效果的结构其表面积一般是平板硅面积的10倍以上，大大增加了光生载流子在材料表面的复合几率，导致电池效率的降低。

大量的理论模拟计算和已有文献报道金字塔周期阵列结构比表面积增加仅为平板硅的0.7倍，具有低复合表面积，且制绒深度仅几百个纳米就能达到很好的陷光效果，具有较低的制作成本。

目前，早稻田大学的研究小组找到了一种新方法制备周期正金字塔，其采用聚焦离子束光刻以及湿法刻蚀技术在硅片上形成“正金字塔”的陷光结构。这种基于正金字塔结构的超薄c-Si电池厚度在5~30μm之间，表面积仅增加70%，理论计算和测试数据表明，该电池的光电性能参数可与300μm传统技术的电池性能相比拟。然而上述基于聚焦离子束光刻的加工工艺流程复杂、成本昂贵，依旧无法适应工业化大规模生产，因此寻找一种廉价、快速、高效的纳米正金字塔刻蚀工艺尤其重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法及其应用，有效解决了现有技术中正金字塔周期阵列结构绒面制备复杂、成本昂贵等技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法，包括：

提供具备亲水性的单晶硅片；

在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜；

对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻，使单晶硅片表面密排的聚合物微球彼此分离；

对所述具有微球掩膜的衬底进一步进行湿法蚀刻，得到正金字塔周期阵列结构绒面。

进一步优选地，在步骤在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜中，具体为：

通过微推注射的自组装技术在所述单晶硅片表面形成规则排布的聚合物微球薄膜。

进一步优选地，在对所述聚合物微球进一步进行湿法蚀刻中，具体为：

将带有聚合物微球薄膜的单晶硅片垂直插入含有氢氧化钾/异丙醇体系溶液或氢氧化钠/异丙醇体系溶液或四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法蚀刻。

进一步优选地，在湿法蚀刻的过程中，腐蚀温度为50~70 ℃，腐蚀时间为10~20 min。

进一步优选地，在步骤对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻中，具体为：

采用等离子体蚀刻方法对所述聚合物微球薄膜进行蚀刻。

进一步优选地，在等离子蚀刻中，刻蚀功率90~120 W，蚀刻时间8~15 min。

本发明还提供了一种单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面的应用，应用于太阳能电池的制备。

在本发明中，通过以聚合物微球为掩膜的方法制备正金字塔阵列结构绒面，制备出的正金字塔阵列结构绒面的比表面积小、光子吸收优异，且其制备工艺简单，成本低廉，且正金字塔形的大小可通过调节腐蚀时间进行控制，克服了现有技术无法大规模生成、制备条件要求苛刻等缺点。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明中单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法流程示意图；

图2为本发明中单晶硅正金字塔周期阵列结构绒面制备方法流程结构示意图；

图3为本发明实例1中正金字塔周期阵列结构绒面的SEM表面图；

图4为本发明实例2中正金字塔周期阵列结构绒面的SEM表面图；