多晶硅表面制绒技术研究现状

光伏产业在新能源发展规划中占有重要地位,目前多晶硅太阳能电池已经成为太阳能电池市场主流。硅片表面绒面的质量对太阳能电池转换效率有重要影响,多晶硅表面制绒技术也越来越受到世界各国的重视。掌握多晶硅表面制绒技术的原理及特点对提高表面绒面质量十分重要。首先分析多晶硅表面制绒的技术要求,随后根据不同的技术原理,依次对干法制绒技术、湿法制绒技术以及掩膜制绒技术进行综述,详细分析不同制绒技术的技术特点并阐述其应用实例,随后从绒面质量、制绒效率、成本以及环保性等方面对多晶硅制绒技术进行评述,最后对多晶硅制绒技术的发展趋势进行预测。     

金刚石线锯切割多晶硅片表面制绒工艺研

晶体硅片的制绒技术是太阳能电池制造工艺中的关键步骤。本研究以工业中酸制绒方法为基础, 研究了腐蚀时间、浓度对绒面结构以及反射率的影响。此外, 还采用金属催化化学腐蚀法进行制绒, 选用氢氟酸和硝酸银作为腐蚀液。而且对两种制绒方法效果进行了对比。研究获得的最优绒面结构及反射率结果的实验条件为: 氢氟酸浓度4.6 mol/L、硝酸银浓度0.02 mol/L, 室温下反应90 min, 得到的平均反射率为8%, 远低于目前多晶硅片制绒生产标准。     

金刚石线锯切割多晶硅片表面制绒工艺研究

晶体硅片的制绒技术是太阳能电池制造工艺中的关键步骤。本研究以工业中酸制绒方法为基础,研究了腐蚀时间、浓度对绒面结构以及反射率的影响。此外,还采用金属催化化学腐蚀法进行制绒,选用氢氟酸和硝酸银作为腐蚀液。而且对两种制绒方法效果进行了对比。研究获得的最优绒面结构及反射率结果的实验条件为:氢氟酸浓度4.6 mol/L、硝酸银浓度0.02 mol/L,室温下反应90 min,得到的平均反射率为8%,远低于目前多晶硅片制绒生产标准。     

纳米金属银、铜辅助化学刻蚀制绒金刚线切割多晶硅的研究

以金刚线切割多晶硅为原料,研究不同纳米金属催化剂(银、铜)辅助化学刻蚀对纳米结构引入及多晶硅片表面制绒效果的影响。研究结果表明:不同纳米金属物种诱导刻蚀对硅片表面形貌结构的影响巨大,相比于纳米银辅助刻蚀形成的硅纳米线阵列结构而言,纳米铜辅助刻蚀形成的倒金字塔结构在各方面的性能均比较突出,大面积微尺度的倒金字塔阵列结构可以更完美地融合表面低反射率和钝化不佳之间的矛盾,且硅片表面切割纹去除效果明显。当金属铜辅助化学刻蚀制绒15 min时,倒金字塔结构最规则、均匀,且在300~1 100 nm波段范围内,反射率由原片的41.8%降低至5.8%。同时倒金字塔形貌具有优越的减反效果和去除切割纹能力,使得制绒金刚线切割多晶硅片有望用来制备高效率的太阳能电池。     

两步酸修饰的多晶硅绒面结构

本文提出两步法制备多晶硅表面绒面技术,用两次化学腐蚀修饰多晶硅片的表面。实验中首先采用腐蚀液HF/NaNO2/H2O对多晶硅表面进行腐蚀,然后采用腐蚀液HF/HNO3/（NH4）2C2O4/H2O对其表面进一步修饰。通过多晶硅SEM表面形貌图分析,两步法修饰的多晶硅表面有形状如蚯蚓状的腐蚀坑,腐蚀坑的深度和分布密度相对较大。通过反射谱分析了多晶硅片表面陷光效果,并与用其它方法修饰的硅表面陷光效果进行了对比,与传统配方HF/HNO3/H2O获得的多晶硅表面相比,综合平均反射率下降了7%左右。这种方法获得的多晶硅表面能有效收集太阳光,有利于提高太阳能电池的转换效率。     

多晶硅表面金属催化化学腐蚀法制绒研究现状

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。     

金刚线切割多晶硅片表面减反射绒面的制备

为解决金刚线切割多晶硅片表面制绒的问题,提出了一种创新的两步腐蚀制备硅表面陷光结构的方法。先以浓硫酸作为添加剂去除表面线痕,然后通过酸雾腐蚀法获得一种微米纳米复合的多孔陷光结构。样品在300～1100nm波长范围内的平均光反射率被降至8.6%,减反射效果优良,少子寿命提升0.6μs以上。此方法具有操作简单,无需复杂设备,成本低等优点,易实现工业化生产。     

太阳能级多晶硅片表面制绒的研究

主要研究多晶硅太阳能电池片工业制绒的酸腐蚀过程,腐蚀液是由HNO3、HF和H2SiF6组成的混合液,未添加其他试剂作为反应缓释剂;采用SEM和紫外分光光度计对多晶硅片表面制绒形貌进行观察和检测分析。实验过程中,按照工业生产的实际模型,首先研究确定了最佳腐蚀时间为2min,之后主要研究了酸腐蚀过程中的H2SiF6浓度对多晶硅表面制绒效果的影响,优化得到H2SiF6的最低含量为2%,并确定最佳腐蚀工艺条件,为进一步回收利用腐蚀废液提供依据。     

含氟表面活性剂对多晶硅绒面微结构的影响

在酸制绒液中加入含氟表面活性剂,对多晶硅片制绒。然后通过扫描电子显微镜观察多晶硅表面织构,并在此基础上分析含氟表面活性剂对腐蚀效果的影响。实验结果表明:虽然传统酸液对多晶硅制绒是各向同性的,但加入含氟表面活性剂后,酸腐蚀出现各向异性腐蚀特性;由此制备的多晶硅片反射率从25.7%下降到了23.9%,表面出现变形的金字塔、三角形等,且不同晶面的金字塔和三角形的大小和倾斜角度不同。最后根据杨氏理论,从界面张力的角度解释了含氟表面活性剂对制绒的影响机理。     

多晶硅太阳电池表面激光织构工艺研究

采用激光刻蚀,辅以化学溶液腐蚀对多晶硅片进行了表面织构.利用扫描电镜(SEM)、Helios LAB-rc反射率测试仪和Semilab WT2000少子寿命仪对样品进行了表征.结果表明,多晶硅表面经激光织构后表现出很好的陷光效果,反射率降低为8.0％.激光织构使硅片的少子寿命缩短,通过沉积Al2O3钝化薄膜可改善多晶硅片的电学性能.     

各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面

本文介绍了一系列利用各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面的试验，腐蚀液为硝酸和氢氟酸的混合溶液，添加了醋酸稀释液是为了降低反应速度。通过优化各种参数，获得了腐蚀速度平缓，适合工业生产的多晶硅绒面，绒面分布均匀。随着反应的进行，腐蚀坑由微裂纹状转变为气泡状，经反射率测定表明绒面达到了较好的减反效果。     

银铜双原子MACE法制备多晶硅陷光结构及其性能的研究

采用一步银铜双原子金属辅助化学腐蚀(MACE)法,于室温下在多晶硅表面制备纳米陷光结构,研究了腐蚀时间及银铜摩尔比对多晶硅表面反射率和形貌的影响。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。发现银铜双原子MACE法所形成的结构比银单原子或铜单原子MACE法所形成的结构更加平整且具有更低的表面反射率室温下经过银铜两种金属原子协同催化腐蚀后,在银铜原子摩尔比低于1/10时多晶硅表面形成了纳米多孔状与槽状结构共存的复合结构,在银铜原子摩尔比高于1/5时多晶硅表面形成密集的纳米线结构。研究结果表明,孔状与槽状的复合结构具有良好的陷光效果,当银铜原子摩尔比为1/10,腐蚀时间为180s时,多晶硅的反射率达到最低,仅为6.23%。     

磁场方向对碱腐蚀构建多晶硅绒面结构的影响

在零磁场和2T、4T磁场中用NaOH溶液腐蚀制备多晶硅绒面结构,样品板平面分别平行和垂直于磁场放置。用电子天平称重表征硅片的腐蚀程度、用奥林巴斯LEXT OLS4100共聚焦显微镜观察多晶硅片形貌、用Ocean Optics USB4000光谱仪测量多晶硅片的反射率、用WT-1200硅片测试仪测量样品的少子寿命,研究了磁场方向对碱腐蚀构建多晶硅绒面结构的影响。结果表明：随着磁感应强度的提高多晶硅片的腐蚀程度严重,绒面结构变得均匀和细腻,反射率降低;在磁感应强度相同的条件下碱液中沿着磁场方向运动的OH^-离子不受磁场力作用,而运动方向与磁场方向不完全一致的OH^-离子受磁场产生的Lorenz力作用。Lorenz力使板平面垂直于磁场方向的硅片样品腐蚀程度更加严重、绒面和断层状结构细腻程度更加显著、少子的寿命更长、反射率更低。磁感应强度为4T时反射率降低到14.5%,在用碱液腐蚀制备多晶硅绒面结构过程中施加强磁场,板平面垂直磁场方向放置硅片减反射效果更加显著。     

一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法

提出了一种利用石墨纳米颗粒作为掩膜,通过金属辅助刻蚀来制备具有低反射率的太阳电池纳米陷光结构的方法。用该方法制得了一种表面覆盖有纳米线和纳米孔的太阳电池纳米陷光结构。结合金属辅助刻蚀的机制和这种陷光结构的形成原理,分析了石墨纳米颗粒和H2O2浓度对陷光结构形貌的影响,并讨论了陷光结构的形貌对样品陷光性能的影响。最后,制得了在300～1100nm波长范围内平均反射率仅为3.6%的太阳电池陷光层。     

超声低温等离子体在太阳能电池表面的改性作用

传统硅基太阳能制备工艺生产出的多晶硅太阳能电池的光电转换效率在17%左右~([1]),难以突破。利用超声低温等离子体设备对电池表面进行处理,结果显示,经过处理后,多晶硅太阳能电池的峰值功率与光电转换效率提升了5%左右。由此推测,利用超声低温等离子体处理多晶硅电池表面的方法,具有使氮化硅表面钝化、去除磷硅玻璃、清洗电池片以及优化表面绒面等作用,因此,利用该技术可提升太阳能电池片的产品性能。     

飞秒激光不锈钢表面陷光微结构的制备与性能研究

利用飞秒激光在高真空环境下,在316L不锈钢表面两次交叉扫描制备了周期性微纳结构,并研究了微纳结构对波长范围200~900nm的光波的吸收增强能力。样品表面微结构形貌与成分采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测试。第1次扫描采用高能流激光,获得了微米级锥状钉结构,表面覆盖了典型的激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。然后将样品旋转90°,采用能流为0.02J/cm2的激光进行第2次扫描,路径与第1次扫描相交。第1次扫描的结构中的LIPSS被第2次低能流激光打断纳米颗粒,从而与锥状钉结构结合形成双尺度微结构。反射率测试结果表明,这种双尺度微结构表面的平均反射率约为2.28%,为光滑表面平均反射率的3.42%。结合XRD分析结果,不锈钢表面获得强陷光性能主要归因于飞秒激光制备的微结构。     

微结构传感器的激光制造技术研究进展

微结构传感器是具有以微尺度结构作为敏感单元，能将外界物理、化学、生物信号转化为电信号的传感器，已广泛应用于智能机器人、健康监控、虚拟电子等领域。目前，微结构传感器的制造方法主要有激光制造技术、MEMS技术和3D打印技术等。激光制造技术是将高能光子束聚焦到被加工物上，使激光与物质相互作用的一种绿色加工方法，主要包括激光烧蚀、激光直写、激光诱导和激光-倒模复合加工等，具有非接触式加工、无掩膜版、可定制化制造等优势，通过优化激光加工工艺参数，可以实现不同尺寸和形状微结构的高效低成本制造。本文对微结构的类型、功能及制造技术进行了概述，同时对激光制造技术制备的微结构传感器进行了归纳分类，详细分析了生物电传感器、温度传感器以及压力传感器的制造技术及应用，最后对微结构传感器激光制造技术的发展趋势进行了总结与展望。     

多晶硅太阳电池表面织构工艺优化

在太阳电池制备工艺中,多晶硅表面常需要进行绒面处理,在各种不同的工艺中,各向同性腐蚀法由于成本低且易于操作而适宜于大规模生产,已成为当前研究的重点。但不同配比的试剂在不同作用时间及工艺下会得到不同的效果,如何科学地评价这些差异,进而得到最佳的工艺参数用于指导生产实践,具有重要的意义。由于各参数间复杂的非线性耦合关系,使得参数的精确确定成为难题。在充分理解遗传算法(Genetic algorithm,GA)作用机理的基础上,以人工神经网络(Artificial neural network,ANN)为辅助手段,以腐蚀速度和光反射率为评价标准,从理论上提出了最佳工艺参数的确定方法,大量多晶硅表面制绒试验已经证明,此方法具有快捷、准确的优点。     

等离子体增强原子层沉积Al_2O_3钝化多晶黑硅的研究

黑硅的纳米结构可以大大降低硅表面的入射光反射率,同时由于比表面积的增加使其钝化成为难题,从而影响其太阳电池的性能。等离子体增强原子层沉积(PEALD)法沉积的Al2O3钝化层具有良好的保型性和致密性,适用于黑硅纳米微结构的钝化。本文使用金属辅助化学法制备多晶黑硅,再经低浓度碱溶液处理优化黑硅结构,最后用PEALD沉积了不同厚度的Al2O3钝化层。采用扫描电镜、分光光度计和少子寿命测试仪对黑硅的表面形貌、减反射特性和少子寿命变化进行了分析。结果表明碱溶液处理后黑硅表面结构变得更为平滑,Al2O3钝化的黑硅经退火后少子寿命达到8.96μs,在可见光范围内反射率降低至3.7%,与传统制绒工艺的多晶硅片相比性能有明显提升。     

飞秒激光不锈钢表面陷光微结构的制备与性能研究

利用飞秒激光高真空环境下,在316L不锈钢表面两次交叉扫描制备了周期性微纳结构,并研究了微纳结构对波长范围200~900nm的光波的吸收增强能力。样品表面的微结构的形貌与成分采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测试。第1次扫描采用高能流激光,获得了微米级锥状钉结构,表面覆盖了典型的激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。然后将样品旋转90°,采用能流为0.02J/cm2的激光进行第二次扫描,路径与第1次扫描相交。第1次扫描的结构中的LIPSS被第2次低能流激光打断纳米颗粒,从而与锥状钉结构结合形成双尺度微结构。反射率测试结果表明,这 种 双 尺 度 微 结 构 表 面 的 平 均 反 射 率 约为2.28%,为光滑表面平均反射率的3.42%。结合XRD分析结果,不锈钢表面获得强陷光性能主要归因于飞秒激光制备的微结构。