1 1.大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024
2 2.大连理工大学 材料科学与工程学院, 大连 116024
在多晶硅太阳能电池的生产过程中, 金刚线切割技术(Diamond wire sawn, DWS)具有切割速度快、精度高、原材料损耗少等优点, 受到了广泛关注。金刚线切割多晶硅表面形成的损伤层较浅, 与传统的酸腐蚀制绒技术无法匹配, 金属催化化学腐蚀法应运而生。金属催化化学腐蚀法制绒具有操作简单、结构可控且易形成高深宽比的绒面等优点, 具有广阔的应用前景。本文总结了不同类型的金属催化剂在制绒过程中的腐蚀机理及其形成的绒面结构, 深入分析和讨论了具有代表性的银、铜的单一及复合催化腐蚀过程及绒面结构和电池片性能。最后对金刚线切割多晶硅片表面的金属催化化学腐蚀法存在的问题进行了分析, 并展望了未来的研究方向。
金刚线切割 多晶硅 金属催化化学腐蚀法 制绒 综述 diamond wire sawn cut multicrystalline silicon metal-catalyzed chemical etching texturization review
南京航空航天大学 材料科学与技术学院 江苏省能量转换与技术重点实验室, 南京 210016
为了探索金刚线切割多晶硅片的表面制绒新技术, 采用常规酸制绒、添加剂酸制绒和酸蒸气制绒三种方法对金刚线切割多晶硅片表面进行制绒处理, 并用扫描电镜和光谱仪分析了三种制绒方法处理后多晶硅片的表面形貌和反射率比变化。结果表明, 酸蒸气制绒能够更加有效地去除线锯切割产生的平行纹, 降低表面反射率。通过调节蒸气源蒸发的温度, 可以有效改善多晶硅的表面形貌, 大幅降低入射光在多晶硅表面的反射率, 300~1100nm波长范围内多晶硅样品的最低平均反射率达11.6%, 有望用于制作高效多晶硅太阳电池。
金刚线切割 多晶硅 蒸气刻蚀 制绒 反射率 diamond wire sawn multicrystalline silicon vapor etching texturization reflectivity
1 英利能源(中国)有限公司, 河北 保定 071051
2 光伏材料与技术国家重点实验室, 河北 保定 071051
3 河北流云新能源科技有限公司, 河北 保定071051
利用光致发光技术对两种厚度的多晶硅片进行缺陷检测并分类, 在缺陷比例相同的条件下分析了硅片厚度对太阳电池性能的影响。薄(175 μm)太阳电池在开路电压、短路电流、转换效率方面明显低于同等缺陷的厚(190 μm)电池, 即硅片厚度的降低会引起电池性能的下降。此外, 厚度降低后, 低缺陷硅片的电池效率损失大于高缺陷硅片。
光致发光 多晶硅片 厚度 缺陷比例 效率损失 photoluminescence multicrystalline silicon wafer thickness defect ratio efficiency loss
针对多晶硅太阳能电池表面反射率高的问题,提出了激光电化学复合绒面制备方法,采用倍频YAG激光结合NaOH溶液,在多晶硅表面进行织构化处理,获得分布均匀的光陷阱结构。通过扫描电镜、超景深三维显微镜和分光光度计分析了织构化后多晶硅片的表面形貌和反射率。结果表明,激光电化学复合绒面处理后的多晶硅表面对波长400～760 nm可见光的反射率整体降低至10%以下。试验证实了多晶硅表面激光电化学复合绒面的可行性和有效性,为多晶硅的减反射绒面处理提供了一种新的技术途径。
激光加工 电化学加工 多晶硅太阳能电池 绒面 laser processing electrochemical machining multicrystalline silicon solar cell texturization
采用气相制绒方法对金刚石切割多晶硅片进行表面制绒.2 g硅加到HF-HNO3-H2O (400 mL, 体积比为6: 3: 1) 的酸混合溶液中在室温下反应产生气相, 利用气相对金刚石切割多晶硅片表面进行制绒研究.制绒4 min时, 硅片表面的切割纹被完全去除、大坑套小坑的蜂窝状蚀坑密布硅片表面, 减反效果显著, 反射率低至19.51%.气相制绒后的金刚石切割多晶硅片表面的微观粗糙度比传统酸混合溶液制绒后的高约20%.
切割纹 反射率 气相制绒 多晶硅 金刚石线锯切割 Saw marks Reflectivity Vapor etching Multicrystalline silicon Diamond wire saw 光子学报
2014, 43(11): 1116006
为解决金刚石切割多晶硅片与常规HF-HNO3-H2O混合酸湿法制绒技术不兼容的问题, 对金刚石切割多晶硅片的表面特性和大幅度提高混合酸溶液中HF的比例进行了刻蚀制绒实验.结果表明, 金刚石线切割多晶硅片表面存在约33％的光滑条带区域, 其余为与砂浆切割硅片表面相近的粗糙崩坑区域；这些光滑区域使得金刚石切割多晶硅片表面光反射率比砂浆切割多晶硅片高3%~4％；而且光滑区域在富HNO3和富HF的HF-HNO3-H2O混合酸溶液中均较难于腐蚀, 使其刻蚀制绒后反射率比砂浆切割多晶硅片低1%~2％, 制绒后的金刚石切割多晶硅片反射率比制绒后的砂浆切割多晶硅片高4%~6%, 不能满足太阳电池生产要求.富HNO3和富HF两种酸刻蚀体系, 均不能解决金刚石切割多晶硅片的制绒问题.
多晶硅 金刚石线锯 酸刻蚀 制绒 反射率 Multicrystalline silicon wafer Diamond wire saw Acidic etching Texturization Reflectivity
英利绿色能源控股有限公司，河北 保定 071051
在硝酸/氢氟酸腐蚀液中加入表面活性剂对多晶硅片进行了腐蚀，并使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察硅片表面形貌的变化，在此基础上分析了硅片浸润性及反应物迁移率变化对腐蚀效果的影响。实验结果表明：加入表面活性剂后，腐蚀速率降低，在硅片表面形成了更均匀的绒面结构及亚微米结构，硅片的反射率从23%下降到18.5%，反射率的降低提升了太阳电池的受光面积。仿真结果表明，使用加入表面活性剂的腐蚀液后制备的太阳电池，其短路电流提升了0.25mA/cm2，光电转换效率提升了0.1%。
酸制绒 表面活性剂 多晶硅片 表面形貌 acid texturization surfactant multicrystalline silicon surface morphology
1 西安黄河光伏科技股份有限公司, 西安 710043
2 华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
研究了多晶硅片在反应离子刻蚀制绒后与扩散工艺的匹配性.在相同的扩散工艺下, 反应离子刻蚀制绒后硅片的方块电阻值比酸制绒工艺硅片的方块电阻值高3～11 Ω/□, 而且其方块电阻不均匀度值约为普通酸制绒工艺硅片的方块电阻不均匀度值的80% . 测试了反应离子刻蚀制绒后多晶硅太阳能电池的外量子效率, 其外量子效率在340～1 000 nm波段范围与酸制绒多晶硅太阳能电池相比提高了约10% . 对反应离子刻蚀制绒电池的电性能进行了分析, 提出了与反应离子刻蚀制绒工艺匹配的高方阻扩散工艺. 通过优化调整扩散工艺气体中的小氮和干氧流量, 获得了在80 Ω/□方块电阻下, 反应离子刻蚀制绒多晶硅电池的光电转换效率提升至17.51%, 相对于酸制绒多晶硅电池的光电转换效率提高了0.5% .
多晶硅片 反应离子刻蚀制绒 扩散 方块电阻 转换效率 Multicrystalline silicon wafers Reactive ion etching texturing Diffusion Sheet resistance Conversion efficiency
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学纳米智能材料器件教育部重点实验室, 江苏 南京 210016
结合传统的混合酸腐蚀法与Ni辅助腐蚀法，在多晶硅表面制备了减反射复合结构。研究了Ni溅射时间对多晶硅表面反射率、形貌以及光致发光性能的影响。用分光光度计测量了多晶硅表面的反射率，用扫描电镜观察了表面形貌，并用光致发光仪测试了表面的光致发光谱。研究发现，经过混合酸腐蚀与Ni辅助腐蚀的共同作用后，在多晶硅表面形成了一种附有细小针柱状微结构的“U”形腐蚀坑的复合结构，理论和实验分析表明这种复合结构具有良好的陷光效果。当溅射Ni的时间为500 s时，双重腐蚀后的多晶硅表面在300~900 nm波长范围内的平均反射率最低，仅为10.1%。
薄膜 光电子学 多晶硅 Ni辅助腐蚀 复合结构 减反射
1 厦门大学材料学院, 厦门 361005
2 厦门大学物理与机电工程学院, 厦门 361005
3 厦门大学能源研究院, 厦门 361005
4 上海普罗新能源有限公司, 上海 201300
研究了冶金法n型多晶硅片磷吸杂、硼吸杂效果及其机理。研究发现, 经1000℃/4h磷吸杂后, 硅片平均少子寿命从1.21μs 提高到11.98μs; 经950℃/1h硼吸杂后, 平均少子寿命从1.52μs提升到10.74μs。两种吸杂处理后, 硅片电阻率从0.2Ω·cm提高到0.5Ω·cm。结果表明, 两种吸杂工艺使得硅片表面形成的重磷、重硼扩散层对金属杂质有较好的吸杂作用, 从而减少载流子的复合中心, 改善多晶硅片的性能。
磷吸杂 硼吸杂 n型多晶硅 少子寿命 phosphorus gettering boron gettering n-type multicrystalline silicon minority carrier lifetime
