高效、绿色、稳定、经济的新类别制绒分子及相应助剂配方是获得超低反射率陷光结构，提升单晶硅太阳能电池光电转换效率的关键内容之一。本工作提出多苯环骨架强化单晶硅表界面结合，磺酸基、羟基、烷氧基等官能团调控出绒点形成的思路，合理筛选并对比研究了2,6-萘二磺酸钠、2-羟基-7-萘磺酸钠，十二烷基二苯醚磺酸钠以及木质素磺酸钠的绒面催化效应，发现大分子尺寸、更为分散的苯环骨架排布、柔性分子结构、丰富的羟基、烷氧基等结构特征有利于芳香环磺酸盐在单晶硅表面形成连续、均匀、密集金字塔结构。基于制绒剂结构、浓度、时间、温度等反应参数的系统对比实验，筛选出木质素磺酸钠作为优良出绒试剂，可在0.000 6%～0.06%的低浓度条件下，获得15.84～26.94%的平均反射率。引入表面活性剂和绒面调节剂，通过系统正交实验，获得了“0.015%木质素磺酸钠+1.1%十二烷基苯磺酸钠+2.0%的2-羟基-β-环糊精”新型绿色、低浓度、高稳定制绒助剂配方，在NaOH浓度0.65%、反应温度75～85 ℃、制绒时间420 s的类产线条件下，获得基底尺寸1.7～1.9 μm、均匀、规则、密集的金字塔结构以及低至9.89%的绒面平均反射率。本项研究为基于芳香环磺酸盐开发绿色高效新型实用化单晶硅表面织构化添加剂提供了良好例证。

本文采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的复配溶液作为单晶硅制绒添加剂, 取代目前常用碱醇制绒液中的异丙醇, 不仅降低了绒面的反射率、缩短了制绒时间, 而且具有成本低、制绒过程中不需要定时补充等特点。本文研究了SDBS与PVP复配添加剂的比例、浓度、反应时间、反应温度等对单晶硅制绒效果的影响, 实验发现当SDBS与PVP的混合体积比为1∶4、复配添加剂的浓度为0.26%(质量分数)、制绒温度为80 ℃、制绒时间为15 min时, 在400~1 000 nm波长范围内的平均反射率为9.8%。与传统的碱醇制绒液相比, SDBS与PVP复配添加剂的制绒时间缩短了25 min, 反射率降低约2%, 是一种非常有发展潜力的产业化单晶硅制绒添加剂。

针对非晶硅薄膜沉积时金字塔沟壑处容易出现外延生长的问题,采用化学抛光液CP133对硅片表面进行了抛光处理。研究结果表明,抛光使得金字塔底部区域形貌由“V”型变成了“U”型,明显改善了非晶硅/晶体硅界面的钝化效果。抛光溶液温度低于30 ℃时难以发挥腐蚀作用,但当溶液的起始温度升高至35 ℃时,获得了较好的抛光效果。采用质量分数为1%的NaOH溶液制绒且抛光时间为30 s时,太阳电池性能较佳。

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。

为了减小多晶硅表面的反射率, 采用皮秒激光在多晶硅片表面制备阵列孔绒面, 分析了激光参数对制绒深度的作用机理, 优选出实验参数：激光功率为15 W, 脉冲频率为25 kHz, 扫描速度为0.9 m/s, 扫描次数为2。利用优选参数验证了制绒孔距对多晶硅片表面反射率的影响, 并通过PC1D软件模拟出不同制绒硅片的开路电压和短路电流。结果表明, 当孔距为30 μm时, 多晶硅表面形成的孔最为紧密, 形貌最好, 其孔密度为1.17×105 counts·cm-2, 表面反射率为6.95%, 多晶硅电池光-电转化效率提升至18.45%。

采用气相刻蚀制绒法研究金刚石线锯切割多晶硅片制绒.加热体积比1: 3、总体积400 mL的HF-HNO3酸混合溶液到90 ℃, 使酸混合溶液受热产生气相, 利用气相对金刚石线锯切割多晶硅片表面进行制绒.结果表明, 制绒15 min之后, 硅片表面的切割纹被完全去除;小腐蚀坑密布硅片表面, 尺寸小于1 μ m, 而传统湿法酸制绒所形成的腐蚀坑尺寸大于10 μ m.气相刻蚀后的金刚石线锯切割多晶硅片表面的微观粗糙度比传统酸混液制绒后的金刚石线锯切割多晶硅片表面的微观粗糙度高3倍多.气相制绒效果明显, 并仅有12.11%的低反射率.

硅异质结（SHJ）太阳电池作为备受关注的新型高效太阳电池，是在单晶硅表面沉积非晶硅薄膜制备而成的。将绒面结构的单晶硅衬底应用于异质结太阳电池，可以减少光的反射，增强光吸收的效率，从而提高太阳电池短路电流密度。利用湿法化学腐蚀对单晶硅衬底表面进行制绒，通过优化影响绒面形貌的几个关键参数，包括异丙醇浓度、时间、衬底类型和硅酸钠的含量，最终通过在n型单晶硅衬底上制绒，使波长为1011 nm处最低反射率从制绒前的34.7%降低到了9.14%，将制绒衬底应用到异质结太阳电池上，短路电流由32.06 mA/cm-2 提升到36.16 mA/cm-2,有效地改善了SHJ太阳电池的性能。

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%.

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.