NaClO/体系制备单晶硅太阳能电池绒面的研究孙东亚1，何丽雯2，廉冀琼1(1．厦门理工学院材料科学与工程学院，福建厦门361024;2．华侨大学材料科学与工程学院，福建厦门361021)［摘要］采用NaClO和IPA体系对单晶硅各向异性腐蚀制备绒面．通过紫外可见光光度计和扫描电镜对硅绒面的反射率、形貌进行了表征．结果表明，当NaClO为10%(质量分数，下同)，IPA为5%，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为15min时，能够得到均匀单晶硅绒面，硅片平均反射率达15%左右;与传统的NaOH/IPA腐蚀体系相比，该工艺制得的单晶硅绒面结构反射率低，有利于太阳能电池性能的提高．［关键词］次氯酸钠;硅制绒;各向异性腐蚀;太阳能电池［］TM914.4［文献标志码］A［］1673－4432(2014)05－0025－05硅材料是光伏行业生产太阳能电池片的主要材料之一．提高光电转换效率、降低制造成本一直是光伏产业追求的目标．通常为了取得较高的电池片光电转化效率，人们采用各种措施来减少因反射而产生的光线损失，例如，在电池片表面沉积减反射膜或制备绒面．单一减反射膜只对特定波长有较好的减反射作用，而在硅片表面制备绒面，对几乎所有波长的光都有较好的减反射作用．目前，传统的体系存在许多缺陷［1］．因此，国内外许多课题组开展了单晶硅(IPA)单晶硅制绒工艺NaOH/异丙醇表面织构化研究，出现了很多新的腐蚀溶液体系，例如NaOH、NaOH和NaClO混合液、Na2CO3和［2～NaHCO3混合液、Na3PO4、EDA(乙二胺)10］等．本文采用较为廉价的NaClO和IPA混合溶液作为腐蚀体系，用较短的时间得到了均匀度相对较好的金字塔结构，硅片表面反射率有了明显的降低，通过分析体系中各因素对绒面的影响，得到了最佳的腐蚀工艺条件．1实验部分实验原理光线在绒面上的反射如图1所示，入射光线(I0)照射在左边金字塔上，一部分反射(I1)，一1.1部分(I2)折射进入硅中被吸收，反射的光线在右I0I4侧金字塔上再被吸收一部分(I3)后反射(I4)．更多被吸收光线的能量将激发更多的电子空穴对，形I1成更大的短路电流，这有利于硅片光电转化率的提高．硅晶体碱腐蚀制绒的机理较为复杂，Seidel提出的电化学理论是最具代表性的［11］．通常认为，由于硅晶体结构中不同晶面的硅原子排列密度不同，I3I2SiSi图1光线在绒面的反射示意图且(100)晶面Si－Si共价键断裂所需要的键能小于Lightreflectionsonthepyramidstructure［收稿日期］2014－05－14［修回日期］2014－09－30［基金项目］福建省中青年教师教育科研项目(JB14077)［作者简介］孙东亚(1982－)，男，工程师，硕士，研究方向为能源新材料制备及表征研究．E-mail:2013123205@xmut．edu．cn·26·厦门理工学院学报2014年(111)晶面，因此碱溶液对两个晶向上的硅原子的腐蚀速度也不同．一般来说，在较低浓度碱溶液中，硅晶体在(100)和(111)方向的腐蚀速度差别较大，其腐蚀速度的比值称为“各向异性因子”(anisotropicfactor，AF)．因此，对碱溶液的浓度和温度进行调节，可以有效地调整AF值，使得在(100)方向上获得较快的腐蚀速度，而在(111)方向上的反应速度则较慢，这样会在硅片表面上形成位置分布随机且类似于“金字塔”的微观形貌［8］．而碱的浓度和溶液温度较高时，单晶硅在(100)和(111)方向上的腐蚀速度相近，容易形成各向同时减薄效果，常用于去除硅片表面的机械损伤和毛刺，俗称“粗抛”．在NaClO腐蚀液中，由于ClO－的强氧化性，氧化与腐蚀溶解均会发生，主要氧化反应［4］如下NaClONa++ClO－(1)(2)(3)ClO－+HO幑幐HClO+OH－2Si+2ClO－SiO+2Cl－2腐蚀反应为Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2!(4)从方程式可以看出，NaClO在水中电离为Na+和ClO－，ClO－进一步与Si反应，在Si表面生成一层很－薄的SiO2，这层SiO2会阻止OH的快速各向异性腐蚀．同时，反应的产物为NaOH，低浓度的NaOH可以有效溶解Si．另外，在反应过程生成的氯离子能有效抑制一些有害杂质金属离子的活性，有利于太阳能电池的性能的提高．该体系制绒反应的动力学过程可描述如下:反应物质的水解出OH－;1)2)5)碱性离子扩散至硅反应产物(离子/片表面;硅片对反应物质的表面吸附;分子/气体)从硅表面的脱附和扩散．1.2实验过程3)4)硅与腐蚀液...