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摘要： 以十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)或Na2SiO3作为表面活性剂,用四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)/异丙醇(isopropyl alcohol,IPA)作为腐蚀剂代替传统的NaOH/IPA腐蚀剂制备单晶硅绒面。研究去除硅表面的切割损伤层、溶液中的TMAH含量、腐蚀时间和温度,以及加入SDS对绒面的影响。结果表明:制绒前对硅片的清洗和去损伤层不利于高效率制绒;硅片在含有2%(质量分数,下同)TMAH/5%IPA的腐蚀液,80℃恒温腐蚀10 min即可制备均匀的具有金字塔结构的减反射绒面;腐蚀液中加入硅酸钠和SDS可以减小金字塔尺寸,降低表面反射率,提高绒面的质量。
关键词: 四甲基氢氧化铵 ；各向异性腐蚀 ；太阳能电池 ；硅制绒
被引量
26
摘要： 研究了TMAH(四甲基氢氧化铵)和NaOH腐蚀液在制作单晶硅片小绒面中的应用,制作出平均尺寸小于2μm的金字塔绒面;比较了不同硅片预处理(酸减薄、碱减薄、原片)对金字塔绒面尺寸、均匀性、覆盖率以及反射率的影响以及电池的I-V性能,分析了不同绒面结构对接触电阻的影响;指出单晶硅小金字塔绒面是使用激光制备高效晶体硅太阳电池的关键。
关键词: 单晶硅片 ；小金字塔绒面 ；TMAH ；NaOH ；太阳电池
被引量
10
摘要： 在硅基太阳能电池表面制备减反层可以有效降低硅表面的反射率,提高吸收率,从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率。本研究利用四甲基氢氧化铵(Tetramethyl Ammonium Hydroxide TMAH)溶液对(100)单晶硅进行各向异性腐蚀,在表面腐蚀出金字塔结构,得到了最低为6%左右的反射率。然后采用水热法在该衬底生长氧化锌纳米棒,得到了最低小于3%的反射率,比单采用腐蚀或者ZnO纳米棒生长的硅表面的反射率更低。这种减反方法工艺简单、高效,有望得到应用。
关键词: 减反层 ；四甲基氢氧化铵 ；湿法腐蚀 ；各向异性 ；ZnO纳米棒
被引量
4
摘要： 近年来,金刚线切(DWS)技术的普及使得晶硅(Si)太阳电池的成本大幅下降,而钝化发射极背面接触电池(PERC)等新技术的应用则显著提升了电池的光电转换效率。高效晶硅电池对表面绒面结构提出更高的要求,须兼顾陷光和电学性能的提高。然而,DWS硅片表面所特有的密集线痕带来以下问题:一方面,常规碱制绒工艺难以获得均匀的金字塔绒面,并导致较高的光反射损失;另一方面,制绒后残留的线痕形成缺陷和复合中心,表面难以有效钝化,导致电池性能下降。因此,本论文针对DWS单晶原硅片的表面特征开展了以下几个方面的工作:研究四甲基氢氧化铵(TMAH)的刻蚀机制,通过去除表面线痕从而获得均匀的金字塔绒面;研究Ag金属催化化学刻蚀(Ag-MCCE)的单晶刻蚀机制并研发出亚微米制绒技术,从而有望使用MCCE技术统一单、多晶的制绒工艺;针对Ag-MCCE亚微米陷光绒面,探索原子层沉积(ALD)沉积氧化铝(Al2O3)的表面钝化技术。1.TMAH预处理结合常规碱制绒制备高质量金字塔绒面的研究。本工作探究了TMAH的刻蚀机制,并结合常规碱制绒工艺进行了单晶硅表面的陷光研究。结果表明该工艺形成的金字塔结构大小均匀,对线痕去除、形成高质量PN结和Ag栅线的效果明显,DWS单晶硅表面反射率降低至13.1%(常规砂浆切割(MWSS)单晶硅片为13.0%),成功制备最高效率达到19.15%的DWS单晶电池,与常规MWSS单晶电池片效率19.14%相当。2.单晶硅Ag-MCCE刻蚀机制和制绒技术的研究。对DWS单、多晶硅片进行常规酸微米制绒处理,其表面反射率仍分别保持在29.0%和30.3%,残留线痕仍然较明显。然后,着重研究了单晶硅的Ag-MCCE反应动力学,发现其和多晶硅有较大差异。利用MCCE技术引入纳米绒面并结合酸修正步骤对表面进行修饰,使单、多硅片表面反射率分别降低至13.2%和18.4%,线痕得到充分去除。单、多晶电池的效率分别达到19.38%、18.72%;相比之下,常规酸制绒DWS单、多晶电池效率分别为18.17%和18.16%,采用MCCE制备的单晶硅电池效率较碱制绒效率略有提升。结果表明Ag-MCCE能够适用于单、多晶硅电池,对多晶硅电池效率的提升作用更明显。3.MCCE超低反射率硅的制备。首先,对常规Ag-MCCE技术的陷光性能进行研究,结果表明,可制备的最低反射率为2.34%,虽然或可通过进一步细化具体实验配方得出更低的反射率,但其实验配方的窗口过窄,难以稳定控制和重复实验。后经过MCCE工艺流程的改进,通过先保证其深度再扩大结构直径的方法,成功制备出最低反射率为1%的亚微米结构黑硅并具有较高的稳定性,为之后结合ALD钝化技术做好了准备。4.MCCE亚微米绒面ALD钝化技术探索研究。首先研究了湿法黑硅技术Ag附着浓度、酸修正时间等工艺条件对ALD钝化A1203效果的影响。结果表明,在高浓度Ag附着条件下,少子寿命并不随酸修正时间的增加而改变,因而能制备表面反射与表面复合双优的单晶硅片;而低浓度Ag附着条件下,少子寿命随酸修正时间的增加而增加,最高可达～1 ms,而此时硅片反射率也随之增加到1 9%左右。再依据一定Ag银附着浓度下无须酸修正而同样能通过ALD沉积Al2O3获得高少子寿命的规律,在超低反射率黑硅(1%)表面进行ALD钝化,制备出高少子寿命(～300μs)的硅片。综上所述,本论文重点研究了DWS单晶硅片的表面处理新机制和新技术,特别是将Ag-MCCE技术从多晶硅扩展到单晶硅,从而有望统一单、多晶的制绒工艺。通过工艺细节的再优化,使得电池效率得到进一步的提升。另外,初步验证通过MCCE技术与ALD技术的结合,能够制备出低反射率、高少子寿命的硅片,从而为实现兼具优异光学和电学特性的高效晶硅太阳电池提供了一个新的技术途径。
关键词: TMAH ；湿法黑硅 ；抗反射 ；Al2O3 ；钝化
被引量
3
摘要： 进入二十一世纪,纳米科技已广泛应用于军事、信息、能源、航天事业、医学等多个领域。单晶硅则因其优秀的物理、机械和电子学性能,适于制造集成电路、太阳能电池以及硅基半导体器件,成为支撑纳米技术发展的重要材料。目前,工业中已经广泛使用的微/纳米制造技术,包括光刻技术、纳米压印技术、电子束光刻技术、探针阳极氧化技术等,以进行单晶硅表面的加工。但是,随着纳米技术的多样化发展,开发更多的纳米加工方法仍十分必要。摩擦诱导选择性刻蚀加工方法则由于具有分辨率高、成本低、易操作、加工灵活可控等优点,具有较好的应用前景。目前,工业上常用四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液对单晶硅材料进行刻蚀以达到加工的目的,但目前尚无关于摩擦诱导TMAH选择性刻蚀的研究。本文系统研究了在TMAH溶液进行摩擦诱导选择性刻蚀过程中,关键刻蚀参数对摩擦诱导选择性刻蚀的影响,并结合高分辨透射电镜观测,分析了单晶硅材料在TMAH溶液中具体的摩擦诱导选择性刻蚀机理。本论文的具体研究内容如下:(1)考察了刻蚀参数对单晶硅表面摩擦诱导选择性刻蚀的影响规律摩擦诱导选择性刻蚀形成的凸起结构高度主要受刻蚀温度以及刻蚀时间两个参数的影响。其中,摩擦诱导选择性刻蚀速率随温度的升高而增加,而选择性刻蚀最终会随着刻蚀时间的增加消失。不同晶面也表现出了不同的选择性刻蚀特性:Si(100)晶面的选择性刻蚀效果最为明显,0 min到8 min的刻蚀时间可以得到较好的加工效果,Si(110)晶面也具有良好的选择性刻蚀效果,而Si(111)晶面在TMAH溶液中的刻蚀速率较低。在一定的刻蚀时间内,针尖施加在单晶硅材料表面的载荷的大小对摩擦诱导选择性刻蚀加工所产生的凸起结构高度无显著影响,对所产生的凸起结构的宽度则有较为明显的影响。(2)阐述了单晶硅表面在TMAH溶液中摩擦诱导选择性刻蚀的机制金刚石针尖在单晶硅表面刻划过后,会对单晶硅表面造成损伤,形成变形层(包括氧化层以及晶格畸变层)。实验结果表明,刻划区域表面的变形层在TMAH溶液中的刻蚀速率远小于单晶硅在TMAH溶液中的刻蚀速率,因此,其在摩擦诱导选择性刻蚀加工中充当了掩膜的作用。此外,不同速度下的刻划及其选择刻蚀效果表明,低速刻划所形成的非晶硅,在THAH溶液中亦能降低刻蚀速率,起到掩膜的作用。(3)开展了单晶硅表面在TMAH溶液中摩擦诱导选择性刻蚀的加工在上述基础上,运用原子力显微镜的闭环模块以及编制运动轨迹程序(C语言)实现了针尖的运动轨迹控制。通过TMAH摩擦诱导选择性刻蚀在单晶硅表面加工出了一系列带有直线、曲线、不同角度等特征的纳米结构,该结构具有高度一致、宽度均匀等特点。综上所述,单晶硅表面TMAH摩擦诱导选择性刻蚀具有加工精度高、可控性好、表面光洁度高等优点。本文通过单晶硅在TMAH溶液中的摩擦诱导选择性刻蚀的规律,进一步完善了摩擦诱导纳米加工方法;相关结果有助于丰富纳米加工基本知识,并促进摩擦诱导选择性刻蚀在微机电系统和集成电路制造中的应用。
关键词: 原子力显微镜 ；透射电镜 ；单晶硅 ；摩擦诱导选择性刻蚀 ；纳米加工
摘要： 碳达峰、碳中和推动新能源革命和能源结构多元化进程,以光伏为中心的非化石能源占据主体地位,光伏产业推动经济社会绿色低碳转型发展。硅基光伏电池是太阳能电池主要技术。晶硅绒面是决定反射率和性能的关键因素。在单晶硅太阳能电池的制备过程中,制绒是其核心工艺,在硅片表面形成类“金字塔”结构的绒面,形成陷光效应,增加光照射在硅表面的反射次数,提高光的吸收率,降低硅片表面反射率,从而提升单晶硅太阳能电池的转换效率。通常采用碱溶液对晶体硅在（100）和（111）晶面上的各向异性腐蚀特性,产生金字塔,利用各类助剂调控碱与硅的反应速率,控制微纳结构,服务后续工艺并提升电池整体性能。制绒助剂是行业提质增效必需化学品,迫切需要高效、绿色的制绒添加剂来调控硅片表面金字塔结构,传统使用的制绒剂有异丙醇、硅酸钠、四甲基氢氧化铵等。随着制绒发展,传统制绒剂存在显著缺点,异丙醇沸点低,体系浓度不稳定,有机物质成本高,对环境污染大等诸多问题。需要寻求绿色、稳定的制绒添加剂。本论文采用含有多羟基、磺酸基等官能团的物质调控分子与硅的吸附作用及合成水溶性大分子制绒助剂,实现硅表面织构化精细调控。
本文通过RAFT/MADIX法（黄原酸酯调控的可逆加成断裂链转移聚合法）制备水溶性聚合物SUST-1。在体系中引入绒面辅助剂及绒面调节剂,调控绒面尺寸,优化硅片表面织构化结构。L~o-E系列在波长306 nm-1080 nm范围内得到的平均加权反射率维持在10-11%。L~o-E引发剂用量为0.20%时反射率可降至10.39%,减重率维持在2.14%,绒面结构均匀且覆盖率高,金字塔尺寸维持在1-2μm之间,高约1.7μm。通过乌式粘度计测出,Lo-E系列样品的K值在35-55范围内,且随着LO-E系列样品合成时间延长,K值呈现降低的趋势。
通过溶液共聚合成改性SUST-2系列样品,通过对单晶硅片进行单组分制绒筛选出具有制绒效果的LN样品,为改善绒面的覆盖率,在此基础上,引入木质素磺酸钠和海藻酸钠对硅片进行辅助刻蚀。筛选出三组分复配LN系列样品在波长306 nm-1080 nm范围内得到的平均加权反射率在10-11%,得到的金字塔密度更高,尺寸更小,根据粒径分析绒面尺寸在0.2-0.8 μm。采用乌式粘度计测出,几例LN样品的K值在95-105范围内,且随着LN系列样品合成时间延长,K值呈现递增的趋势。
为消除切割线痕,选择聚乙烯亚胺作为促进剂,因其具有极性基团氨基和疏水基团乙烯基结构,其分子链中的氨基具有很好的活性,能与不同的基团作用,因而在硅片的表面能与Si-H键结合形成稳定的成核中心。但其促进效果剧烈,需对聚乙烯亚胺进行改性。KH560和氯辛烷的加入使得促进剂的强促进作用得到抑制,改性后的成品制绒绒面均一性提高,当LP的加入量提高至0.01%时,加入1.0g氯辛烷,3.0g KH560,1.0g四丁基溴化铵时得到的样品LP-G促进效果最佳,在该条件下的绒面尺寸大多维持在1-2μm,正反面反射率分别降低至10.70%,10.63%,减重增加到2.91%。
关键词: 水溶性高分子 ；单晶硅制绒 ；溶液共聚 ；聚乙烯亚胺
【专利/发明】 • CN201010283966.2 • •
申请日：2010-09-16,
公开日：2012-04-04
申请人： 上海神舟新能源发展有限公司
公开（公告）号： CN102400225A
摘要： 本发明涉及一种单晶硅太阳能电池的制绒液及其制备方法和应用，原料包括以下组分及重量百分比含量：四甲基氢氧化铵1～3、异丙醇7～9、去离子水88～92，将去离子水加入到制绒槽中，再加入四甲基氢氧化铵和异丙醇，控制温度为75～85℃，充分搅拌均匀即得到产品，利用该产品处理硅片。与现有技术相比，本发明具有良好的各向异性腐蚀特性，腐蚀速率高，腐蚀表面均匀性好，同时，腐蚀液还具有不含碱金属离子，无毒，易操控的优点，并且能与微电子技术兼容。
摘要： 带有本征层的异质结（HIT）太阳电池具有转换效率高和制备工艺温度低的优点，成为备受关注的新型高效太阳电池之一。将绒面结构的单晶硅衬底用于HIT太阳电池，可以增强电池的光吸收效率。但是，在沉积非晶硅薄膜时金字塔间的沟壑处往往容易发生外延，从而使单晶硅和非晶硅界面处的缺陷增多，导致电池性能下降。因此，研究单晶硅衬底的表面处理工艺并对工艺进行优化，以及找到提高电池性能的衬底形貌具有极为重要的意义。本文针对HIT太阳电池用单晶硅衬底的清洗和制绒工艺进行了详细的研究。
（1）通过优化硅衬底清洗工艺，衬底的少数载流子寿命明显提高。研究了敞开体系下碱制绒过程中预清洗、异丙醇、氢氧化钠浓度和温度对制绒效果的影响，找到了优化的制绒工艺。通过调控温度和溶液浓度配比，得到两步法制绒的优化工艺。
（2）研究了异丙醇浓度、制绒时间、衬底类型和硅酸钠加入量对绒面性能的影响，得到基于n型单晶硅衬底的优化制绒工艺。利用优化工艺制绒的衬底的反射率在波长1011nm处降低到了9.14%，应用该衬底的HIT太阳电池的光谱响应增大，且在400nm处达到70%。
（3）研究了硅衬底表面形貌的修饰工艺，采用绒面平滑处理和四甲基氢氧化铵（TMAH）制绒两种技术手段修饰硅衬底绒面微形貌。结果表明，经过5s混合酸平滑处理的绒面衬底可以兼顾较好的陷光性能和界面质量，其HIT电池的开路电压，从平滑处理前的564.6mV提高到了609.4mV，转换效率从11.8%提高到了12.4%。用TMAH制绒30min之后，其HIT电池的转换效率达到了13.7%。对比绒面平滑处理，TMAH制绒不会带来金属离子污染，并易于获得柔和的金字塔形貌，可使HIT电池的性能更好。
关键词: HIT太阳电池 ；单晶硅 ；清洗 ；制绒 ；金字塔 ；反射率
被引量
3
摘要： 进入21世纪,煤、石油、天然气等常规能源将在2050年前后面临枯竭。而太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁能源正得到越来越广泛的应用。依据所用材料不同,太阳能电池可以分为:单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,有机太阳能电池,多元化合物薄膜太阳能电池,异质结叠层太阳能电池等,其中单晶硅太阳能电池是最早研究的,也是目前发展最迅速和最成熟的,在实际应用中占主要地位。制约单晶硅太阳能电池光电转化效率的因素主要有两点:1,过高的表面反射率导致的入射光损失;2,电池内部和表面的复合效应导致光生载流子无法被有效收集。为了提高单晶硅太阳能电池的转化效率,本文从降低表面反射率和抑制光生载流子两方面进行研究:(1)采用金属催化化学腐蚀法制备特征尺寸为纳米量级的纳米线结构来降低表面反射率。我们首先系统的进行了金属催化化学腐蚀法制备纳米线的实验;然后分析其反应机理、影响因素、生成物输运等腐蚀特性,并采用表面反射率测试,电子扫描显微镜观察等方式来检测制备的黑硅材料的性能;最后将纳米线与传统的金字塔结构相结合,制备出具有微米/纳米混合尺寸的黑硅结构;结果表明,这种结构可以有效的将表面反射率降低在5%以下;(2)采用四甲基氢氧化铵溶液在磷扩散之后对黑硅表面进行再腐蚀,以此来抑制光生载流子的复合。我们首先系统的分析了四甲基氢氧化铵溶液对单晶硅表面的各向异性腐蚀特性;经过磷扩散之后采用该溶液再腐蚀黑硅材料的表面,减少由热扩散引起的“死层”的厚度,并通过电子扫描显微镜观察与表面少子寿命测试的方法来验证黑硅表面形貌的改变以及少子寿命的提升;结果表明,腐蚀之后的黑硅材料表面少子寿命大幅度提升,光生载流子的复合被有效抑制。最后,我们对黑硅太阳能电池的制备工艺如:TMAH溶液的腐蚀时间、表面钝化层的选择等逐一优化,利用优化后的工艺参数进行黑硅太阳能电池的实际制备,并对电池的少子寿命、表面反射率、I-V特性、量子效率进行测试与分析。结果表明:扩散之后使用TMAH溶液对表面进行再腐蚀,可以同时抑制表面复合与俄歇复合,提升光生载流子的收集效率,从而使黑硅太阳能电池的开路电压、短路电流以及量子效率均得到提升。最终的光电转化转换效率由未腐蚀前的12.2%提升到腐蚀后的15.5%,并高于同批次制备的传统碱制绒太阳能电池的15.3%。
关键词: 金属催化化学腐蚀 ；黑硅 ；太阳能电池
被引量
1
摘要： 硅异质结(SHJ)太阳电池以其低温制备、低成本、高转换效率和高稳定性,成为近年来太阳电池研究的热点。硅片表面制绒可增强光吸收,减少太阳光的反射,提高太阳电池效率。目前较为常见的制绒方法大多采用无机碱NaOH/KOH制绒、硅酸钠制绒,碳酸钠/碳酸氢钠制绒等,这些制绒方法的优点是工艺成熟,价格低廉。缺点是易引入Na、K金属离子污染。而四甲基氢氧化铵(TMAH)是一种有机碱,无害,高各向异性选择比,无金属离子污染的试剂。本文利用有机碱-四甲基氢氧化铵(TMAH)制绒,优化了硅片的光学特性、电学性能和硅片表面形貌,找出了适合异质结太阳电池的硅片衬底工艺参数。主要的研究如下:(1)用酸或碱刻蚀切割片,去除硅片表面损伤层后,用同样条件制绒,研究初始硅片形貌对硅片绒面和后续钝化的硅片的少子寿命的影响。利用高浓度碱液去除硅片表面损伤层,获得平整、缺陷少的平面。制绒后的金字塔布满表面,均匀独立,有利于反射的降低和硅片的钝化。利用混酸去除硅片表面损伤层,获得凹凸的沟壑表面,制绒后的金字塔未布满表面,有较多缺陷,不利于反射率的降低和后续钝化效果。(2)采用TMAH对硅单晶进行高效制绒。分别控制TMAH浓度、溶液温度、腐蚀时间和异丙醇(IPA)浓度进行硅片制绒,研究这些参数对绒面效果和衬底陷光特性的影响,从而得到优化的TMAH制绒的条件,并将优化后的衬底应用到硅异质结(SHJ)太阳电池上,改善电池性能,使电池效率由14.4%提高到17.8%。(3)在优化的绒面金字塔条件下,采用金属辅助化学刻蚀(MACE)的方法在金字塔上制备出了纳米线结构,得到双层(金字塔/纳米线)陷光结构,进一步增强衬底的陷光特性,使得硅片衬底的反射率降到5%以下,同时分析了不同刻蚀时间双层陷光结构的特性,并将其应用到硅异质结太阳电池中。
关键词: 四甲基氢氧化铵 ；制绒 ；陷光 ；异质结太阳电池 ；硅纳米线
摘要： 光伏发电是太阳能利用的重要组成部分,它是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源,对于光伏产业,高效率和低成本永远是不变的追求。目前,对于高效单晶硅电池,其表面反射率是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一。在太阳电池表面织构化可以有效降低太阳电池的表面反射率,目前太阳能电池单晶硅片制绒已是一项比较成熟的工艺,最常使用的是化学腐蚀法制备单晶硅绒面,但普遍存在着制绒时间较长的问题,一般制绒时间为30 min40 min,本论文主要以提高单晶硅太阳能电池制绒的生产效率为手段,即实现高效制绒,以提高制绒时单晶硅片表面在碱溶液中的腐蚀速率为目标,结合太阳电池制绒时的实际生产应用过程,研究提高单晶硅太阳电池制绒生产效率的关键因素和环节,确定具体的生产工艺方案,最终实现了在10 min15 min的时间内在单晶硅表面生长出“金字塔”结构分布均匀,表面反射率较低的优质绒面。本论文对如下内容进行了研究:
首先在常规制绒工艺的基础上,提高制绒液中碱的浓度来提高硅表面腐蚀的速率,在较短时间内形成绒面。研究了较短时间内NaOH/异丙醇（isopropyl alcohol, IPA）体系制绒时的温度、时间和溶液组分对绒面的影响。用扫描电子显微镜观察绒面的表面形貌,用光谱响应测试仪测量制绒后硅片表面的反射率并相互比较。最终实现了,在含2.5%NaOH（质量分数,下同）和10%IPA的溶液中,80℃恒温处理15 min即可制备出比较均匀的绒面。实验发现制绒前在溶液中加入3%Na2SiO3,效果更佳,反射率最低可达9.5%。同时还研究了表面活性剂1,4-环己二醇（CHX）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）代替异丙醇制绒,研究发现,CHX腐蚀速率快,但形成的绒面形貌较差;十二烷基苯磺酸钠成本低,但是腐蚀缓慢,制绒时间较长,故异丙醇仍然是性价比最好的添加剂。
制绒前的清洗和去损伤层对常规的制绒有较好的效果,但本文实验发现,制绒前RCA清洗虽然使绒面更均匀,反射率更小,但优势不明显,且增大了成本,耗时长,对环境也造成一定的污染;制绒前粗抛去损伤层使得硅片腐蚀速率缓慢,短时间内无法形成结构完整的金字塔绒面,所以制绒前清洗和去损伤层都不适用于高效制绒。
本文还尝试了以十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate, SDS）作为表面活性剂,用四甲基氢氧化铵（tetramethylammonium hydroxide, TMAH）/异丙醇（TMAH/IPA）作为腐蚀剂代替传统的NaOH/IPA腐蚀剂制备单晶硅绒面。研究了溶液中的TMAH含量、反应时间和温度,以及加入SDS对绒面的影响。结果表明:硅片在含有2%（质量分数,下同）TMAH/5%IPA的腐蚀液,80℃恒温下腐蚀10 min即可制备出具有金字塔结构的减反射绒面。在腐蚀液中加入0.0004%的十二烷基硫酸钠可以减小金字塔尺寸,降低表面反射率,提高绒面的质量。
关键词: 单晶硅 ；四甲基氢氧化铵 ；各向异性腐蚀 ；太阳电池 ；硅制绒
被引量
9
摘要： 利用光伏发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。制备高效率低成本的太阳能电池对于大规模利用光伏发电有着十分重要的意义,而通过一定的措施减少太阳电池表面反射率、增强电池表面对入射光的吸收有利于提高太阳电池的转换效率。
本文同时从化学角度和物理角度考虑对单晶硅太阳电池表面形貌进行改进,提出有机碱腐蚀液四甲基氢氧化铵（TMAH）制备单晶硅太阳电池绒面以及单晶硅太阳电池中的单面制绒结构的应用。
对于TMAH溶液制备单晶硅太阳电池绒面,分别研究了溶液中TMAH浓度及异丙醇（IPA）浓度、反应温度及反应时间对制绒效果的影响。硅片表面的反射率随TMAH浓度升高为先降后升的变化规律,TMAH浓度达到2%时（此时溶液含有10% IPA）,表面反射率下降到最低为13.38%;改变IPA的含量（溶液中含有2% TMAH）,反射率随IPA浓度升高也是先降后升的规律,8% IPA能使得表面反射率降到最低,达到13.43%。硅片表面反射率随溶液温度升高而下降,80°C和90°C时,反射率分别为13.47%和13.40%,考虑的实验可控性和成本,宜选取的反应温度为80°C。以反应时间为变量,TMAH腐蚀硅片的最佳反应时间为30min,反射率降到13.39%。于是得到TMAH溶液制备单晶硅太阳电池绒面的最佳反应条件为:2% TMAH+8% IPA溶液,在80°C下反应30min。通过TMAH绒面太阳电池和传统NaOH绒面电池的对比来看,TMAH绒面金字塔均匀性好、覆盖率高,表面反射率降低约1%,各向性能参数均有所提高,最大输出功率Pm达到2.37W,转换效率η达到16.03%。
单面制绒结构采用SiNx膜作为单晶硅太阳电池背表面的保护层,阻挡制绒溶液与背表面反应,从而形成没有金字塔结构的平坦背表面。浓度>40%的HF与水按1:100混合,对PECVD沉积的SiNx减反膜腐蚀速率约为5.543?/min。60nm厚的SiNx膜能够阻挡NaOH制绒溶液与硅片进行反应。由30%NaOH组成的减薄溶液腐蚀绒面金字塔,60s可以基本去除金字塔,反射率与原始硅片减薄后一致,为31.64%。120s后硅片表面变得更加平坦,反射率达到35.63%。通过不同的工艺制备三种形貌的背表面,其中,单面制绒平背表面电池的所有性能参数较其他两种背表面电池均有所提高;减薄平背表面电池的FF,Pm和η稍高于正常绒面背表面电池,但由于厚度减小导致了Isc和Voc不高。理论分析了得出Rs对FF的影响大于Rsh。单面制绒结构电池的铝背场均匀性较好,其厚度约为13μm,与理论值相近。在440nm1000nm波长范围内测得电池的外量子效率（EQE）,发现组2电池的EQE最高;组3电池对于长波部分的EQE比组1电池要好一些。
关键词: 四甲基氢氧化铵 ；绒面 ；铝背场 ；太阳电池
被引量
15
摘要： 晶体硅太阳电池为目前应用最广泛的光伏器件，具有工艺成熟、器件稳定和效率高等特点。硅基异质结太阳电池是从晶体硅电池发展而来的一种新型光伏器件，它继承了晶体硅电池高效率、高稳定性等特点，同时又具有低温、制备时间短等优势，有望替代传统的晶体硅太阳电池用于未来的光伏发电系统中。硅基异质结太阳电池种类繁多，具有代表性的主要是非晶硅-硅异质结(HIT和IBC-SHJ)及最近几年刚发展起来的有机-硅异质结和过渡金属氧化物-硅异质结。同为硅基异质结它们之间有很多相似之处，也存在各自的缺点，相互之间有许多可以借鉴吸收的地方。本论文以研究非晶硅-硅异质结为基础进而将其扩展到有机-硅和过渡金属氧化物-硅异质结中，并通过借鉴吸收将非晶硅-硅异质结中一些有益的研究成果引入有机-硅和过渡金属氧化物-硅异质结中来改善其器件性能。文中提出了一种对钝化层减薄退火后钝化寿命降低的解释，并解决了PEDOT∶PSS在金字塔结构表面涂覆时的覆盖率和PEDOT∶PSS-硅异质结电池长波响应低等一些现存的实际问题。 本论文研究了HF不同条件对硅刻蚀后的少子寿命变化情况，发现1％浓度HF刻蚀2min以上即可获得稳定的低缺陷密度表面。碘酒钝化可以获得比HF更好的钝化效果，实验中0.04mol/L的碘酒钝化效果最好，可以更真实的反应衬底的质量，为衬底的选择和非晶硅钝化结果的评估提供了简单有效的方法。另外，研究对比了现今常用的单晶硅表面制绒方法，从反射率来看NaOH、Na2SiO3和TMAH（四甲基氢氧化铵）制绒均能满足表面减反射需要，最低反射率都可以达到10％以下。但从金字塔表面平整度来看TMAH制绒表面最平整，更适合于硅异质结界面器件的制备。 通过研究优化非晶硅钝化层沉积中的功率密度、衬底温度、硅烷浓度等一系列条件，在双抛n(111)硅片上本征非晶硅钝化少子寿命最高达到了1600μs。采用傅里叶变换红外吸收和AFM测试分析发现，退火后少子寿命随钝化层减薄而降低是由于减薄钝化层后退火中缺少足够可移动的H来钝化界面造成的。另外，通过研究提升制绒衬底金字塔结构的覆盖率，使制绒硅衬底上15nm本征非晶硅和p/i/n-c-Si/i/p结构钝化少子寿命分别超过了800μs和2000μs。 将前述非晶硅钝化研究结果用于p/i/n-c-Si/i/n电池结构，钝化寿命最高达到2085μs。器件开压和少子寿命关系研究表明，测试的少子寿命和器件开压呈现近对数关系，寿命每增加10倍器件开压增大60mV左右。另外，衬底厚度及ITO/p型非晶硅接触特性研究表明，硅衬底厚度及电极接触均对器件开压和填充因子有明显影响，衬底厚度增大开压和填充因子下降，改善电极接触可以明显提升器件开压和填充因子。最后，我们使用单腔室PECVD制备的非晶硅-硅异质结器件转换效率为16.5％。 将硅异质结技术应用于多晶硅，结果发现，多晶硅由于存在较多杂质缺陷不适合直接用作硅异质结衬底。通过Al吸杂提升商用多晶硅片质量，改变吸杂温度和吸杂时间，当吸杂温度为800℃，吸杂时间2小时时吸杂效果最好。150μm抛光多晶硅衬底上非晶硅-多晶硅异质结器件效率从吸杂前的7.4％提升到吸杂后的13.6％。 对PEDOT∶PSS-硅异质结电池进行研究，通过对比不同表面氧化方法和旋涂转速PEDOT∶PSS-硅异质结器件结果发现，HNO3氧化后高转速(8K)下器件性能最好，转换效率为7.73％。SEM剖面图表明，抑制器件性能的主要原因是PEDOT∶PSS在旋涂中难以进入金字塔结构底部和衬底形成良好接触。本文使用酸同性刻蚀改变金字塔形貌使其从“V”形变为“U”形，形貌的改变使PEDOT∶PSS和硅实现了完全接触，器件效率也被提升到了10.46％。 相比于非晶硅-硅异质结而言，PEDOT∶PSS-硅异质结长波响应很低，本文首次将非晶硅钝化机制引入PEDOT∶PSS-硅异质结器件背面，获得的PEDOT∶PSS-硅异质结电池1000nm处EQE响应超过了80％，高于现有文献报道值，电池转换效率达到了12.43％。 本文研究结果表明，PEDOT∶PSS-晶硅异质结短路电流密度比非晶硅-晶硅异质结低，其中重要原因为表面反射率过高。利用高功函的MoO3作为器件表面减反层，降低反射的同时增强了硅衬底表面能带弯曲，电池的电流密度和开压均被明显提升。稳定性测试也表明MoO3覆盖层可以有效地提高器件稳定性，最终在金字塔结构衬底上制备的PEDOT∶PSS-硅异质结电池最高效率达到了13.8％。 对MoOx替代p型非晶硅的MoOx-硅异质结电池进行了初步研究。通过具有不同厚度非晶硅钝化层和MoOx层的MoOx-硅异质结电池的暗态曲线发现，载流子空穴的输运和本征钝化层及MoOx层的厚度有关。从EQE曲线对比可知MoOx-晶硅异质结器件可以获得比非晶硅-硅异质结更高的短波响应，进而更高的短路电流密度。在250μm厚n型晶硅衬底上制备的MoOx-硅异质结电池短路电流密度和转换效率分别达到了38.48mA/cm2和16.47％，短路电流密度明显大于本文相同厚度衬底的非晶硅-硅异质结电池。 最后，对本文中几种硅异质结器件进行了对比分析，提取出硅异质结太阳电池中的一些关键因素。另外，文中研究还存在着不足，如非晶硅-硅异质结中的p型层质量影响、PEDOT∶PSS-硅异质结的正面钝化和减反射及MoOx-硅异质结中载流子在ITO/MoOx/i-a-Si∶H结构中的传输问题等都需要进一步的研究，并给出了可能的研究方向。
关键词: 太阳能电池 ；制备工艺 ；硅基异质结 ；电流密度 ；转换效率
被引量
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摘要： HIT太阳电池，即在发射结和硅衬底间沉积一层本征硅薄膜结构的电池，是一种富有潜力的高效电池。HTT电池的主要优点为：1)低温工艺;2)良好的钝化。因此本文采用RF-PECVD技术在N型晶体硅上制备了HIT电池，取得了以下主要结果：
通过数值模拟程序“AFORS-HET”，计算分析了影响薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池光伏特性的因素：模拟研究了单面电池的发射极厚度、缓冲层厚度和界面缺陷态密度的影响，结果表明发射极应尽可能的薄，且要实现重掺，本征层的厚度应控制在＜10nm，当界面缺陷态密度高于1×1013cm-2这一临界值时，电池的光伏特性迅速变差;还模拟研究了双面电池的背面结i层厚度、背面结缺陷态密度、单晶硅衬底厚度的影响，结果表明背面结i层厚度不宜超过5nm，背面结界面缺陷态密度高于1×1012cm-2这个临界值时，电池性能会迅速下降，电池效率随硅片厚度增加而增加。
分别以氢氧化钠(NaOH)和四甲基氢氧化铵(TMAH)作为腐蚀剂，研究了不同的织构温度和时间的影响，NaOH溶液在T=80℃，te=80min时，得到织构效果最好的样品Rav=10.51％，τ=16.54μs。TMAH溶液在T=85℃，te=60min时，得到织构效果最好的样品Rav=9.36％，τ=18.37μs。对于NaOH织构的样品，CP处理都能使少子寿命有不同程度的增长;而对于TMAH织构的样品，CP处理都会使少子寿命有不同程度的降低。CP处理的SEM形貌图表明CP处理有使金字塔斜面变得平缓的效果。得到了优化的非晶本征缓冲层条件，NaOH和TMAH织构的样品少子寿命分别从3.161μs和3.656μs，提高到10.42μs和14.45μs。
采用PECVD技术制备P型掺杂的非晶硅薄膜材料和a-Si(p)/c-Si(n)结构的单面异质结电池，以及CP处理对电池性能的影响。通过优化沉积参数，获得了光敏性为2.09×106的优质非晶硅薄膜。通过分析电池性能结果，优化了衬底温度、掺杂比、p层厚度、沉积气压和等离子体功率密度沉积参数，获得了最高为14.01％的光电转换效率。通过CP处理对NaOH，TMAH织构样品的影响，证实了CP处理可以取出硅片内部一定深度的金属离子污染，提高传统碱性溶液织构(如NaOH,KOK)下制备的太阳电池性能。
关键词: 太阳能电