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由于多晶
Si
晶粒方向各异
,
一般采用
HF
、
HNO
3
和去离
子水按照一定比例混合的腐蚀液
,
对
Si
片进行各向同性腐蚀。
本文提出一种对多晶
Si
片进行二次腐蚀的新制绒工艺
,
即首先在富
HNO
3
体系中对
Si
片进行一次腐蚀
,
再在富
HF
体系中进行二次腐蚀。
2
实 验
2. 1 制绒
实验采用
125 mm
×
62. 5 mm
、
电阻率在
(0. 5
～
3. 0)
Ω・
cm
的
p
型多晶
Si
片
,
腐蚀溶液为
HF (40 % ,AR) / HNO
3
(65 % ,
AR) / DIW
体系。首先在
HF
∶
HNO
3
= 1
∶
5
的条件下进行一
次腐蚀
,
条件为
19
℃
,
腐蚀持续
2 min ;
然后分别在不同时间、
不同浓度配比的富
HF
溶液中进行二次腐蚀
,
实验条件及编号
见表
1
。对比组只进行一次腐蚀
,
为
O
组。两次腐蚀实验均在
聚四氟乙烯腐蚀槽内进行
,
并加入适量去离子水稀释。腐蚀之
后在
0. 5 %
的
NaO H
溶液中浸泡
30 min ,
再用大量去离子水进
行清洗
,
烘干。
表
1
多晶
Si
片二次制绒条件
Tab. 1
Secondary texturing on multi
2
crystalline silicon
Time/ min
H F : HNO
3
50
∶
1
20
∶
1
15
∶
1
10
∶
1
5
∶
1
1
A1
B1
C1
D1
E1
2
A2
B2
C2
D2
E2
3
A3
B3
C3
D3
E3
4
A4
B4
C4
D4
E4
5
A5
B5
C5
D5
E5
每组
Si
片分别测试了制绒后的反射谱线
,
并用扫描电子
显微镜
(SEM)
观察表面形貌。
2. 2 电池制作
每组
Si
片经腐蚀制绒后
,
用液态
POCl
3
源扩散制备
p
2
n
结
,
用
PECVD
方法
[ 8 ]
制备
Si
3
N
4
减反射膜
(ARC) ,
用丝网印刷
Al
背场和电极
,
最后用快速烧结炉制备接触电极。制作的电
池在
25
℃、
AM1. 5
标准光谱条件下测试电池性能参数。
3
分析和讨论
3. 1 光学性质
为了精确反映不同制绒条件下
Si
片表面的反射效果
,
对
所有二次腐蚀制绒的
Si
片进行了反射谱的测试
,
并与进行一
次腐蚀的
Si
片进行对比。反射率测试采用
Carry 5000
紫外
2可
见
2近红外分光光度计。
从对反射谱进行加权计算得到的平均反射率
,
可以发现
:
1) A
、
E
组
,
随着二次腐蚀时间的加长
,
各组反射率基本呈现变
大的趋势
,
而
C
、
D
组缺乏规律性
;2) B
组腐蚀条件下的
Si
片反
射率
(21. 35
～
22. 51 %)
均小于对比组
O
组
(
只进行一次腐蚀
)
的
Si
片
(22. 7 %) ,
如图
1
所示。
3) A1
组制绒后平均反射率最低
,
加权后为
20. 34 % ,
比对
比组
Si
片少
2. 36 %(
绝对值
) ,
且在
350
～
1 050 nm
的范围内
,
A1
组
Si
片反射率均明显低于
O
组
,
反射谱曲线如图
2
所示。
由图
2
可见
,
用
PECVD
方法在
Si
片表面沉积一层厚度约
为
75 nm
的
ARC
后
,
各组
Si
片的平均反射率均有明显下降。
A1
组平均反射率为
6. 78 % ,
对比组
(O)
为
6. 36 %
。在镀
ARC
前后
,A1
组反射率降低幅度略小于
O
组
,
但镀膜后反射率在
550
～
1 000 nm
范围略低于
O
组
,
且在更接近
600 nm
的波长位
置达到最低点。太阳光谱在
600 nm
波长光强分布最多
[9 ]
,
据
此利用薄膜干涉原理设计的
ARC
有明显的波长选择性。在
A1
组绒面基础上进行镀膜得到的反射谱线表明
,A1
组具有更
好的陷光效果。
图
1
一次腐蚀与二次腐蚀制绒反射率对比
Fig. 1
Comparison among reflectivity of f irst
( sample O) and secondary texturing
图
2
PECVD
镀
ARC
前后反射率
Fig. 2
Reflectivity before and after PECVD
图
3
为
A1
、
A2
、
A3
组制绒后
Si
片表面形貌
SEM
图
,
均放
大
3000
倍。从绒面形貌可以看出
,
在腐蚀
1 min
时出现很多较
深的沟槽
,
且沟槽形状多为狭长
,
约为
9. 25
μ
m
×
2. 66
μ
m ;
腐蚀
2 min
时
,
沟槽深度减小且形状较腐蚀
1
分钟时略宽
,
约
为
3. 02
μ
m
×
6. 39
μ
m ;
腐蚀
3 min
时
,
沟槽深度和尺寸进一步
减小
,
约为
7. 33
μ
m
×
2. 69
μ
m
。由此可知
,
随着二次腐蚀时间
的延长
,Si
片表面趋于平坦
,
腐蚀坑深度变小
,
形状变圆
,
因此
反射率随腐蚀时间的延长而变大。这是因为
,
在一次腐蚀过程
中
, HNO
3
所占比例较高
,
反应速率受
HF
的扩散进程控制
;
而
在二次腐蚀阶段
, HF
比例较高
,
反应过程由
HNO
3
的氧化还
原所控制
, HNO
3
在
Si
片表面氧化形成
SiO
2
。由于多晶
Si
晶
粒具有随机性
,
腐蚀过程中表面局部会被氧化物所覆盖
,
根据
氧化物厚度和
Si
片表面结构
,
颜色会有所不同。实验中
,
通过
用
0. 5 %
的
NaO H
溶液对
Si
片进行短时间处理可去除染色部
分。腐蚀过程从最初的几个点快速腐蚀
,
然后逐渐散开到整个
硅片
,
这也解释了从
A1
到
A3
表面形貌的变化趋势。但沟槽
・
1
0
4
・
第
3
期 吕肖前等
:
多晶
Si
太阳电池新型制绒工艺研究