[发明专利]一种协助铜催化腐蚀制备黑硅的方法

说明书

本发明涉及一种协助铜催化腐蚀制备黑硅的方法，其包括如下步骤：(1)用化学溶液腐蚀法去除硅片表面损伤层；(2)将硅片置入金属催化腐蚀溶液中腐蚀2～30min；(3)采用清洗剂去除硅片表面残留的金属颗粒。其特征在于金属催化腐蚀液的成份为：硝酸铜0.005‑0.1mmol/L，硫酸镍0.005‑0.1mmol/L，氧化剂1‑8mol/L，氢氟酸1‑10mol/L，去离子水。本发明所提供的镍协助铜催化腐蚀制备黑硅一步法的工艺简单，时间短，无需加热，有利于降低生产成本，可用于晶硅太阳电池规模化制绒。

技术领域

本发明涉及一种协助铜催化腐蚀制备黑硅的方法，属于光电功能材料领域，涉 及一种以镍金属协助铜金属催化腐蚀晶硅制作高效减反射绒面的方法。

背景技术

提升太阳电池光电转换效率的关键方法之一，就是尽可能地降低硅片反射率， 增加硅片对入射光能量的吸收。目前降低硅片反射的方法主要是在硅片表面制备减 反涂层，以达到使入射光干涉相消的效果。对于硅衬底而言，减反涂层主要是用化 学气相沉积的方法生长的氮化硅(SiN_x)薄膜。最终的成品太阳电池的表面反射率约 为6％，作为比较，经过抛光处理、未经镀膜的硅片反射率则高达40％。但是，减 反涂层的应用存在很大的局限性，因为干涉相消的效应对膜厚有严格的要求，膜厚 必须为入射波长的1/4，所以一个厚度的减反涂层只能对一个波长的入射光起到明显 的减反效果，对于其他波长的入射光效果则不明显。在这种背景下，作为新一代减 反技术的“黑硅”应运而生，于1995年由Jansen等人首次提出，而后迅速受到科研 工作者们的广泛关注，大量的关于黑硅制备方法和相关应用的研究也随之展开。

黑硅是硅表面减反射结构的统称，即通过化学或物理腐蚀的方法，改变硅片的 表面形貌，形成多孔状、柱状、锥状、针状、甚至蠕虫状的硅片表面结构，这些结 构的大小不同，随机分布，成功实现了极低的反射率。由于黑硅减反射结构能够在 很宽的波长范围(250-2500nm)内大幅增加硅片对入射光的吸收，所以它是在宽波长 范围内降低太阳电池反射率的理想方案，也可被应用在光电探测器、二极管和气体 传感器等领域。因而，寻找廉价高效的黑硅制备方法有重要的应用价值和经济意义。

黑硅首先是由反应离子腐蚀法制备的，此后，相关科研工作者们又对此方法展 开了很多研究。RIE腐蚀包括几个变种，包括RIE技术包括感应耦合等离子体反应 腐蚀(ICP-RIE)和无损伤反应离子腐蚀。一般来讲，反应离子腐蚀至少要用到两种 气体，第一种产生与硅反应所需的自由基，第二种钝化腐蚀后的硅表面。在现今的 研究中，多用六氟化硫气体(SF₆)来产生F-的自由基，F^-的自由基与Si原子反应， 产生挥发性的四氟化硅(SiF₄)气体，于是Si原子可以从硅表面脱离。另外，有时 四氟化硫气体会和氯气一同使用，也会生成挥发性的SiCl₄气体。O^2-自由基和新生 成的硅表面反应，钝化表面，形成保护层，阻止了反应的进一步进行。所以RIE法 中常用的混合气体成分为SF₆/O₂，SF₆/Cl₂/O₂或SF₆/O₂/CH₄。各向同性的纳米锥状结 构的参数可以通过调控气体的化学成分、射频的功率、气体的气压来加以控制。

专利申请号为201611008395.5的中国专利提供了一种基于反应离子腐蚀方法制备黑硅的技术方案。首先利用反应离子腐蚀机，在SF₆和O₂氛围下对硅表面进行腐 蚀，使硅表面形成绒面；然后用等离子腐蚀机，在Cl₂和O₂氛围下对硅表面进行腐 蚀，使绒面上的硅表面粗糙度进一步增加，从而获得黑硅层，最后用稀氢氟酸溶液 对硅表面进行清洗，即可完成黑硅层的制作。