摘要：多晶硅片表面進行織構化能有效的減少光在太陽電池表面反射造成的損失。多晶硅片表面經過一定比例的HF/HNO3混合液處理后，其表面呈現出凹凸不平的蟲孔狀表面形態，使太陽光在多晶硅表面形成多次的反射，可以有效的降低多晶硅電池表面的反射率，增強光的吸收，提高多晶硅太陽能電池光電轉化效率。本文在傳統酸化學腐蝕多晶硅工藝的基礎上，采用醋酸與傳統工藝相結合的方式來制備多晶硅絨面，目的是進一步降低多晶硅表面制絨后反射率，提高多晶硅電池光電轉化效率。

 

　　關鍵詞：醋酸 堿槽加熱 效率

 

　　1.引言

 

　　表面織構化即在硅片表面制備陷光結構，其包括：（1）電池進光面的減反，一般常采用制備表面織構和鍍減反膜；（2）光線進入電池內部后，增加光在表面吸收層的路徑，使得吸收層折射率大于其上下層織構材料，使沒有完全吸收的光能再次返回吸收層，被二次吸收。多晶硅太陽電池厚度逐漸減小時，透射光的損失會隨著厚度的減小而增大。因而表面層的結構對任何光電池都是很重要的，在太陽電池進光面，應采取措施制備電池表面陷光結構，一般常采用制備表面織構的方式，在不影響電池的主要性能的前提下，通過減少光反射、增加光吸收、提高太陽電池的短路電流、開路電壓和填充因子，最終達到提高太陽電池光轉化效率的目的。

 

　　2.實驗

 

　　2.1實驗材料、設備以及方案

 

　　本實驗所用硅片均由宜昌南玻硅材料有限公司生產，電阻率約為1~3Ωcm，硅片尺寸為156cm×156cm，厚度200μm±20μm，所用醋酸由西隴化工生產，所用制絨設備為KUTTLER自動制絨清洗機。

 

　　本實驗將硅片分為晶粒一模一樣的兩組，實驗片采用醋酸（CH3COOH）加HF/HNO3混合溶液制絨，實驗對比片采用常規的HF/HNO3混合溶液制絨。制絨后采用美國科羅拉多州博爾德公司生產的PV Measurements測試硅片反射率，并用日本OLYMPUS公司生產的BX51金相顯微鏡觀察硅片表面形貌。

 

 

　　實驗組和對比組在經過制絨后，分別取若干片進行抽樣檢查反射率，以確認本實驗對絨面反射率的影響，測試數據如下：

 

　　圖1：實驗片與對比片的反射率

 

　　備注：綠、紫色為對比片，藍、紅色為醋酸實驗片。

 

　　圖中橫坐標為入射光波長，縱坐標為該波段反射光比例。從反射率曲線可以看出，醋酸輔助制絨實驗片的反射率相較于對比片下降5%左右。

 

　　實驗組和對比組在經過制絨后，分別取若干片進行抽樣觀察表面形貌， 截取500倍放大圖片如圖2所示：

 

　　

 

　　圖2：實驗片與正常片的絨面500倍放大截圖

 

　　從圖2可以看出使用醋酸（CH3COOH）輔助制絨后硅片表面的腐蝕坑更細小和均勻。

 

　　3.2 電池片電性能測試

 

　　經過制絨后的兩組硅片，正常生產制成電池片，擴散同管同舟，刻蝕同設備，鍍膜同管同舟，印刷同設備，測試電池片的電性能數據如表一所示：

 

　　表一：電性能數據

 

　　

 

 

 

　　絨面均勻性是影響絨面質量的一個重要因素，原始硅片表面存在著大量點缺陷，絨面微結構的均勻性來源于表面缺陷分布的均勻性。化學酸腐蝕法對多晶硅進行的是各向同性腐蝕，與晶粒取向無關，在絨面制備時，可采取添加其他緩沖劑的措施來提高絨面均勻性。刻蝕過程中硅片表面會產生大量氣泡，如果硅片表面附著有氣泡，這些氣泡會阻礙腐蝕液與硅片的接觸，從而影響反應進一步進行；而氣泡間隙之間的腐蝕液可與硅片充分接觸，因而間隙處的反應繼續進行，這樣就會導致絨面的不均勻性。為保證析出氣泡能自由暢通排走，提高絨面均勻性，在絨面制備時，采用添加H2O、CH3COOH、H3PO4以及其他緩沖劑來稀釋HF-HNO3溶液體系的措施，使腐蝕過程中產生的氣泡排走，幫助氣泡脫離硅片表面，使硅片可與新鮮的腐蝕液相接觸。否則，氣泡長時間滯留在硅片表面，會導致硅片表面腐蝕不均。

 

　　HNO3完全電離而使H+離子濃度較高，但加入CH3COOH后，CH3COOˉ與H+會發生作用，生成CH3COOH分子，CH3COOH的介電常數比水的介電常數低，因此HNO3與CH3COOH混合溶液中的H+離子濃度較低。相比較于水，CH3COOH可以在更廣泛的范圍內稀釋溶液而保持HNO3的氧化能力，可使腐蝕液的氧化能力在反應過程中保持相對穩定。與此同時，減小了H+離子濃度而使陰極反應變慢，可使整個腐蝕反應速率也隨之變慢，更有利于均勻腐蝕坑的形成。因此多晶硅表面形成均勻絨面形貌的化學酸腐蝕液的配方取決于采用的緩沖劑的濃度。

 

　　從本實驗的絨面圖片可以看出，添加CH3COOH后的硅片表面蟲孔覆蓋率更高，也進一步證明CH3COOH作為緩沖劑可以促進氣泡的排出。

 

 

　　本文實驗通過在常規的HF/HNO3 制絨混合溶液中加入醋酸，可以降低多晶硅片制絨后的反射率5%左右，提升多晶硅電池片的Isc 40mA以上，并提升電池片的轉換效率0.09%。（本文作者：盧釔何，陳浩，郭峰  單位：東莞南玻光伏科技有限公司  ）

 

　　參考文獻

 

　　【1】多晶硅絨面制備工藝的研究，程澤秀，南昌航空大學碩士學位論文

 

　　【2】倪萌。 太陽能電池研究的新進展[J]. 可再生能源，2004,2:10-13.

 

　　【3】邱明波。 硅片絨面形貌影響光線反射的數值研究[J]. 光學學報，2008, 2394 -2399.