一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺

摘要

本发明属于太阳能电池制绒的技术领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，包括硅片表面预处理步骤、反应离子刻蚀(RIE)步骤、刻蚀后的硅片表面残余物去除步骤，对硅片表面进行预处理后，再在硅片表面制备纳米掩膜层，然后将具有纳米掩膜层的硅片进行反应离子刻蚀(RIE)，最后将表面残余物去除后，在硅片表面形成绒面，本发明制备的绒面可使硅片表面的反射率降低至2％以下，增加光的吸收，与传统的湿法化学腐蚀绒面技术相比，能够获得更高的电池光电转换效率，同时可降低因制绒工艺而引起的环境污染，适用于晶体硅太阳能电池工业化生产。

权利要求

1.一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，包括硅片表面预处理步骤、反应离子刻蚀(RIE)步骤、刻蚀后的硅片表面残余物去除步骤，其特征在于，对硅片表面进行预处理后，再在硅片表面制备纳米掩膜层，纳米掩膜层为硅纳米球单分散层，然后将具有纳米掩膜层的硅片进行反应离子刻蚀(RIE)，采用含有氟离子和氯离子的反应离子刻蚀系统SF6和Cl2，反应条件为，气体：50-100sccm的SF6和5-10sccm的Cl2；功率：150-200W压力：

4-10Pa；刻蚀时间：5min-10min；最后将表面残余物去除后，在硅片表面形成绒面。

2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，其特征在于，在硅片表面制备硅纳米球单分散层具体做法为：采用醇盐水解法制备，在乙醇-水-氨水体系中，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，通过改变体系各组分的相对含量，得到不同粒径的二氧化硅纳米球；以二氧化硅纳米球做原料，采用氢气还原技术得到硅纳米球，然后采用旋涂法将纳米球与硅片表面结合，在硅片表面形成硅纳米球单分散层。

3.根据权利要求2所述的一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，其特征在于，所述的硅纳米球的粒径为200-800nm。

4.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，其特征在于，硅片表面形成的绒面为具有蜂窝状形貌的绒面结构。

说明书

一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺

技术领域

[0001] 本发明属于太阳能电池制绒的技术领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺。

背景技术

[0002] 随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身环境要求的不断提升，作为无污染的清洁能源，太阳能电池的发展极其迅速。而作为现今占据太阳能电池大部分市场的晶体硅太阳能电池，其制备技术一直代表着整个太阳能电池工业的制备技术水平。如提高转换效率是太阳能电池研究的重点课题之一，有效的减少太阳光在晶体硅片表面的反射损失是提高太阳能电池转换效率的一个重要方法。

[0003] 为了有效的降低晶体硅表面的反射，提高陷光效果，绒面制备是一个非常可行的工艺，目前晶体硅太阳电池工业化生产中普遍采用湿法制绒技术制作电池表面绒面结构，如采用碱溶液体系制备单晶硅绒面，表面反射率能够控制在12％左右；采用酸溶液体系制备多晶绒面，表面反射率控制在21％左右，在这种情况下太阳能电池的表面反射损失很大，外量子效率较低，硅表面绒面的大小和形状不易控制，同时因大量腐蚀性、有毒化学品的使用也给环境带来了破坏。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，本发明制备的绒面可使硅片表面的反射率降低至2％以下，增加光的吸收，与传统的湿法化学腐蚀绒面技术相比，能够获得更高的电池光电转换效率，同时可降低因制绒工艺而引起的环境污染，适用于晶体硅太阳能电池工业化生产。

[0005] 本发明的一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，技术方案为：一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，包括硅片表面预处理步骤、反应离子刻蚀(RIE)步骤、刻蚀后的硅片表面残余物去除步骤，对硅片表面进行预处理后，再在硅片表面制备纳米掩膜层，然后将具有纳米掩膜层的硅片进行反应离子刻蚀(RIE)，最后进行表面残余物去除后，在硅片表面形成绒面。

[0006] 硅片表面预处理步骤为：采用有机清洗剂如丙酮，或SCl(氨水和双氧水混合溶液)对硅片表面的油污、颗粒等进行清洁。

[0007] 所述的纳米掩膜层为硅或二氧化硅纳米球单分散层。

[0008] 所述的反应离子刻蚀(RIE)步骤为，采用含有氟离子和氯离子的反应离子刻蚀系统(SF6+Cl2)，反应条件为，气体：SF6(50-100sccm)+Cl2(5-10sccm)；功率：150-200W压力：4-10Pa；刻蚀时间：5min-10min。

[0009] 所述的在硅片表面制备硅或二氧化硅纳米球单分散层具体做法为：通过溶液自组装的方法形成二氧化硅的纳米球，继续以二氧化硅为原料制作硅纳米球，然后采用旋涂法将纳米球与硅片表面结合，在硅片表面形成硅或二氧化硅纳米球单分散层。

[0010] 所述硅或二氧化硅的纳米球的制备方法为，采用醇盐水解法制备，在乙醇-水-氨水体系中，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，通过改变体系各组分的相对含量，得到不同粒径的二氧化硅纳米球；以二氧化硅纳米球做原料，采用氢气还原技术得到硅纳米球。

[0011] 所述的硅或二氧化硅纳米球的粒径为200-800nm。

[0012] 所述的将硅或二氧化硅纳米球与硅片表面结合，还可以采用超声雾化喷涂或溶液提拉法。

[0013] 所述刻蚀后的硅片表面残余物去除步骤采用浓度10％的氟化氢溶液，腐蚀时间3-5min。

[0014] 硅片表面形成的绒面为具有蜂窝状形貌的绒面结构。

[0015] 本工艺适用于单晶硅或多晶硅电池绒面制备。

[0016] 本发明的有益效果为：

[0017] 1.采用反应离子干法刻蚀(RIE)进行制绒工艺，避免了大量有毒有害化学品的使用，可降低工艺对环境的污染

[0018] 2.在硅片表面制备纳米尺寸的掩膜层，之后再通过掩膜层进行RIE工艺，制备的纳米掩膜层可减少RIE工艺过程中反应气体离子对硅片表面的损伤，并可使制备的绒面结构具有更低的表面反射率，提高太阳电池的外量子效率，保证太阳能电池电性能因表面反射率的降低而大幅度提高。

[0019] 总之，本发明制备的绒面可使硅片表面的反射率降低至2％以下，增加光的吸收，与传统的湿法化学腐蚀绒面技术相比，能够获得更高的电池光电转换效率，同时可降低因制绒工艺而引起的环境污染，适用于晶体硅太阳能电池工业化生产。附图说明：

[0020] 图1所示为本发明的工艺流程图。

[0021] 图2所示为本发明的二氧化硅纳米球单分散层SEM图象。具体实施方式：

[0022] 为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是发明并不局限于此。

[0023] 本发明的一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，技术方案为：一种晶体硅太阳能电池干法刻蚀制绒工艺，包括硅片表面预处理步骤、反应离子刻蚀(RIE)步骤、刻蚀后的硅片表面残余物去除步骤，对硅片表面进行预处理后，再在硅片表面制备纳米掩膜层，然后将具有纳米掩膜层的硅片进行反应离子刻蚀(RIE)，最后进行表面残余物去除后，在硅片表面形成绒面。

[0024] 所述的纳米掩膜层为硅或二氧化硅纳米球单分散层。

[0025] 具体步骤为：

[0026] 硅片表面预处理步骤：采用有机清洗剂如丙酮，或SCl(氨水和双氧水混合溶液)对硅片表面的油污、颗粒等进行清洁。

[0027] 在硅片表面制备硅或二氧化硅纳米球单分散层具体做法为：通过溶液自组装的方法形成硅或二氧化硅的纳米球，然后采用旋涂法将纳米球与硅片表面结合，在硅片表面形成硅或二氧化硅纳米球单分散层，将硅或二氧化硅纳米球与硅片表面结合，还可以采用超声雾化喷涂或溶液提拉法。所述硅或二氧化硅的纳米球的制备方法为，采用醇盐水解法制备，在乙醇-水-氨水体系中，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，通过改变体系各组分的相对含量，得到不同粒径的二氧化硅纳米球；以二氧化硅纳米球做原料，采用氢气还原技术得到硅纳米球。优选的，硅或二氧化硅纳米球的粒径为200-800nm。

[0028] 反应离子刻蚀(RIE)步骤为，采用含有氟离子和氯离子的反应离子刻蚀系统(SF6+Cl2)，其中，反应条件为，气体：SF6(50-100sccm)+Cl2(5-10sccm)；功率：150-200W压力：4-10Pa；刻蚀时间：5min-10min。

[0029] 刻蚀后的硅片表面残余物去除步骤采用浓度10％的氟化氢溶液，腐蚀时间3-5min。

[0030] 硅片表面形成的绒面为具有蜂窝状形貌的绒面结构。

[0031] 本工艺适用于单晶硅或多晶硅电池绒面制备。

[0032] 本发明所述的应用方式可根据实际情况进行调整，并不是用来限制本发明。