多晶硅電池醋酸輔助制絨的研究

摘要：多晶硅片表面進(jìn)行織構(gòu)化能有效的減少光在太陽(yáng)電池表面反射造成的損失。多晶硅片表面經(jīng)過(guò)一定比例的HF/HNO3混合液處理后，其表面呈現(xiàn)出凹凸不平的蟲(chóng)孔狀表面形態(tài)，使太陽(yáng)光在多晶硅表面形成多次的反射，可以有效的降低多晶硅電池表面的反射率，增強(qiáng)光的吸收，提高多晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率。本文在傳統(tǒng)酸化學(xué)腐蝕多晶硅工藝的基礎(chǔ)上，采用醋酸與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合的方式來(lái)制備多晶硅絨面，目的是進(jìn)一步降低多晶硅表面制絨后反射率，提高多晶硅電池光電轉(zhuǎn)化效率。 　　1.引言 　　表面織構(gòu)化即在硅片表面制備陷光結(jié)構(gòu)，其包括：(1)電池進(jìn)光面的減反，一般常采用制備表面織構(gòu)和鍍減反膜;(2)光線進(jìn)入電池內(nèi)部后，增加光在表面吸收層的路徑，使得吸收層折射率大于其上下層織構(gòu)材料，使沒(méi)有完全吸收的光能再次返回吸收層，被二次吸收。多晶硅太陽(yáng)電池厚度逐漸減小時(shí)，透射光的損失會(huì)隨著厚度的減小而增大。因而表面層的結(jié)構(gòu)對(duì)任何光電池都是很重要的，在太陽(yáng)電池進(jìn)光面，應(yīng)采取措施制備電池表面陷光結(jié)構(gòu)，一般常采用制備表面織構(gòu)的方式，在不影響電池的主要性能的前提下，通過(guò)減少光反射、增加光吸收、提高太陽(yáng)電池的短路電流、開(kāi)路電壓和填充因子，最終達(dá)到提高太陽(yáng)電池光轉(zhuǎn)化效率的目的。 　　2.實(shí)驗(yàn) 　　2.1實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備以及方案 　　本實(shí)驗(yàn)所用硅片均由宜昌南玻硅材料有限公司生產(chǎn)，電阻率約為1~3Ωcm，硅片尺寸為156cm×156cm，厚度200μm±20μm，所用醋酸由西隴化工生產(chǎn)，所用制絨設(shè)備為KUTTLER自動(dòng)制絨清洗機(jī)。 　　本實(shí)驗(yàn)將硅片分為晶粒一模一樣的兩組，實(shí)驗(yàn)片采用醋酸(CH3COOH)加HF/HNO3混合溶液制絨，實(shí)驗(yàn)對(duì)比片采用常規(guī)的HF/HNO3混合溶液制絨。制絨后采用美國(guó)科羅拉多州博爾德公司生產(chǎn)的PV Measurements測(cè)試硅片反射率，并用日本OLYMPUS公司生產(chǎn)的BX51金相顯微鏡觀察硅片表面形貌。 　　3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 　　3.1 醋酸輔助制絨對(duì)電池片反射率及表面形貌的影響 　　實(shí)驗(yàn)組和對(duì)比組在經(jīng)過(guò)制絨后，分別取若干片進(jìn)行抽樣檢查反射率，以確認(rèn)本實(shí)驗(yàn)對(duì)絨面反射率的影響，測(cè)試數(shù)據(jù)如下： 圖1：實(shí)驗(yàn)片與對(duì)比片的反射率 　　備注：綠、紫色為對(duì)比片，藍(lán)、紅色為醋酸實(shí)驗(yàn)片。 　　圖中橫坐標(biāo)為入射光波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為該波段反射光比例。從反射率曲線可以看出，醋酸輔助制絨實(shí)驗(yàn)片的反射率相較于對(duì)比片下降5%左右。 　　實(shí)驗(yàn)組和對(duì)比組在經(jīng)過(guò)制絨后，分別取若干片進(jìn)行抽樣觀察表面形貌， 截取500倍放大圖片如圖2所示： 圖2：實(shí)驗(yàn)片與正常片的絨面500倍放大截圖 　　從圖2可以看出使用醋酸(CH3COOH)輔助制絨后硅片表面的腐蝕坑更細(xì)小和均勻。 　　3.2 電池片電性能測(cè)試 　　經(jīng)過(guò)制絨后的兩組硅片，正常生產(chǎn)制成電池片，擴(kuò)散同管同舟，刻蝕同設(shè)備，鍍膜同管同舟，印刷同設(shè)備，測(cè)試電池片的電性能數(shù)據(jù)如表一所示： 表一：電性能數(shù)據(jù) 　　從表一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出， 由于反射率的下降，醋酸實(shí)驗(yàn)片的Isc提升43mA，電池轉(zhuǎn)換效率提升0.09%。 　　4.討論 　　絨面均勻性是影響絨面質(zhì)量的一個(gè)重要因素，原始硅片表面存在著大量點(diǎn)缺陷，絨面微結(jié)構(gòu)的均勻性來(lái)源于表面缺陷分布的均勻性?；瘜W(xué)酸腐蝕法對(duì)多晶硅進(jìn)行的是各向同性腐蝕，與晶粒取向無(wú)關(guān)，在絨面制備時(shí)，可采取添加其他緩沖劑的措施來(lái)提高絨面均勻性。刻蝕過(guò)程中硅片表面會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，如果硅片表面附著有氣泡，這些氣泡會(huì)阻礙腐蝕液與硅片的接觸，從而影響反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行;而氣泡間隙之間的腐蝕液可與硅片充分接觸，因而間隙處的反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，這樣就會(huì)導(dǎo)致絨面的不均勻性。 　　為保證析出氣泡能自由暢通排走，提高絨面均勻性，在絨面制備時(shí)，采用添加H2O、CH3COOH、H3PO4以及其他緩沖劑來(lái)稀釋HF-HNO3溶液體系的措施，使腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡排走，幫助氣泡脫離硅片表面，使硅片可與新鮮的腐蝕液相接觸。否則，氣泡長(zhǎng)時(shí)間滯留在硅片表面，會(huì)導(dǎo)致硅片表面腐蝕不均。 　　HNO3完全電離而使H+離子濃度較高，但加入CH3COOH后，CH3COOˉ與H+會(huì)發(fā)生作用，生成CH3COOH分子，CH3COOH的介電常數(shù)比水的介電常數(shù)低，因此HNO3與CH3COOH混合溶液中的H+離子濃度較低。相比較于水，CH3COOH可以在更廣泛的范圍內(nèi)稀釋溶液而保持HNO3的氧化能力，可使腐蝕液的氧化能力在反應(yīng)過(guò)程中保持相對(duì)穩(wěn)定。與此同時(shí)，減小了H+離子濃度而使陰極反應(yīng)變慢，可使整個(gè)腐蝕反應(yīng)速率也隨之變慢，更有利于均勻腐蝕坑的形成。因此多晶硅表面形成均勻絨面形貌的化學(xué)酸腐蝕液的配方取決于采用的緩沖劑的濃度。 　　從本實(shí)驗(yàn)的絨面圖片可以看出，添加CH3COOH后的硅片表面蟲(chóng)孔覆蓋率更高，也進(jìn)一步證明CH3COOH作為緩沖劑可以促進(jìn)氣泡的排出。 　　5.總結(jié) 　　本文實(shí)驗(yàn)通過(guò)在常規(guī)的HF/HNO3制絨混合溶液中加入醋酸，可以降低多晶硅片制絨后的反射率5%左右，提升多晶硅電池片的Isc 40mA以上，并提升電池片的轉(zhuǎn)換效率0.09%。(本文作者：盧釔何，陳浩，郭峰 單位：東莞南玻光伏科技有限公司 )