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.     

利用金属辅助化学腐蚀法在硅表面获得纳米绒面结构以提升多晶硅太阳电池效率

在硅片表面制备绒面结构能够有效降低太阳光在硅片表面的反射损失,是提高太阳能电池转换效率的一条重要途径。通过真空热蒸发法在多晶硅片上沉积纳米银颗粒,利用金属辅助化学腐蚀(MACE)法,制备了不同腐蚀时间下的纳米绒面结构,其中,腐蚀时间为60s的纳米绒面的平均反射率低至4.66%(300~1100nm)。同时,对腐蚀时间为60s的纳米绒面用KOH溶液进行优化处理,将KOH处理前后的多晶硅片采用常规电池工艺进行电池制备研究。对比发现,经过KOH处理后的电池效率比未经KOH处理的电池效率提高了0.43%。     

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。     

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。     

多晶硅绒面结构光学特性的数值模拟

基于麦克斯韦方程组和材料本构方程,利用多物理场有限元软件COMSOL Multiphysics 3.5a中的RF模块建立了多坑绒面的有限元模型,并对硅片腐蚀前后的光学特性进行了模拟。研究表明,与硅片腐蚀前相比,腐蚀后(即多坑)绒面反射率较低,功率流y分量较高,具有较好的陷光效果,当波长为800nm时,多坑绒面表面电场z分量的最大值和最小值分别为腐蚀前硅片的3.1倍和2.3倍,而表面磁场y分量两个极值分别为腐蚀前硅片的6倍和6.6倍;通过将模拟结果和实验数据比较可知,多坑模型模拟结果更接近实验值,所获模拟结果可更好地指导实际生产。     

强磁场作用下材料扩散型固态相变的微观机理

为探讨强磁场对物质原子尺度行为(电子运动、离子扩散)的影响,采用光学显微镜研究强磁场作用下Fe-0.12%C合金的扩散型固态相变;采用数字多用表测量强磁场作用下的纯铝板电阻研究其电子分布.结果表明:随磁感应强度增强,Fe-0.12%C合金室温显微组织中,铁素体晶粒平行于磁场方向伸长并呈链状排列的趋势增强,珠光体团的长轴方向平行于磁场方向伸长的程度也增强;纯铝板的电阻在平行于磁场方向放置时减小,垂直于磁场方向放置时电阻有增加趋势.这是由于组成金属晶体的自由电子和排列成晶格状的金属离子在磁场作用下受到洛伦兹力的作用,随磁感应强度增强,沿磁场方向的电子浓度、金属离子扩散有增强趋势,导致磁场作用下材料扩散型相变的室温组织出现形状各向异性.     

一种新型腐蚀剂——醋酸钠溶液对单晶硅太阳电池表面织构化的作用

对晶向为(100)的p型单晶硅片进行表面刻蚀,制作减反射绒面。选用了一种新型的腐蚀剂,即醋酸钠(CH3COONa)溶液,用来腐蚀单晶硅太阳电池。通过分别改变醋酸钠溶液的浓度、温度以及腐蚀时间对硅片表面进行腐蚀发现,经醋酸钠溶液腐蚀后在硅片表面形成腐蚀坑大小适中、分布均匀的绒面结构。在醋酸钠溶液的质量分数为20%、温度为95℃、时间为40min的条件下腐蚀单晶硅片,在波长为700～1000nm之间获得较低的平均表面反射率,且最佳平均反射率为12.14%。从实验结果和成本因素考虑,这种腐蚀剂的成本很低,不易污染环境且重复性好,有利于大规模工业化制绒。     

强磁场下冷却速度对Fe-0.12%C合金显微组织的影响

研究了强磁场(12T)下冷却速度对Re-0.12%C合金中的珠光体组织形貌的影响,结果表明:强磁场下珠光体团的长轴方向与磁场方向平行且伸长的程度随其冷却速度的提高而减弱,板平面平行于磁场方向比垂直于磁场方向放置的试样的珠光体面积分数低,同时珠光体团长轴方向与磁场方向平行且伸长的程度也低,最后,探讨了强磁场下珠光体组织形貌的演变机理.     

应用强磁场控制Zn薄膜取向研究

在不同磁场下,用真空蒸发法制备了不同方向放置的Zn薄膜。对样品进行X射线衍射分析表明,在大于3T的磁场环境下,垂直于磁场放置的基片上制备的Zn薄膜最强衍射峰为(002),而平行于磁场方向放置的基片上制备的试样最强衍射峰为(101)。Zn的磁各向异性引起了晶体在磁场环境下的择优生长,磁能较低的c轴方向是Zn薄膜的优先生长方向。利用磁场诱导晶体取向这一特性,提出了一种控制薄膜取向的新方法,通过调整基片与磁场方向的放置角度即可对制备薄膜的取向进行调整。     

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%。     

Formation mechanism and characterization of black silicon surface by a single-step wet-chemical process

We report a simple single-step etching method for formation of black surface on silicon wafer by using HAuCl4-HF-H2O2 etching solution, in which catalytic Au particles were deposited in situ. The black surface suppresses the reflectivity in a wide spectral region. The formation mechanism involved has been discussed.     

Effect of electroless etching parameters on the growth and reflection properties of silicon nanowires

Vertically aligned silicon nanowire (Si NW) arrays have been fabricated over large areas using an electroless etching (EE) method, which involves etching of silicon wafers in a silver nitrate and hydrofluoric acid based solution. A detailed parametric study determining the relationship between nanowire morphology and time, temperature, solution concentration and starting wafer characteristics (doping type, resistivity, crystallographic orientation) is presented. The as-fabricated Si NW arrays were analyzed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and a linear dependency of nanowire length to both temperature and time was obtained and the change in the growth rate of Si NWs at increased etching durations was shown. Furthermore, the effects of EE parameters on the optical reflectivity of the Si NWs were investigated in this study. Reflectivity measurements show that the 42.8% reflectivity of the starting silicon wafer drops to 1.3%, recorded for 10 μm long Si NW arrays. The remarkable decrease in optical reflectivity indicates that Si NWs have a great potential to be utilized in radial or coaxial p-n heterojunction solar cells that could provide orthogonal photon absorption and enhanced carrier collection.     

Catalyst-referred etching of silicon

A Si wafer and polysilicon deposited on a Si wafer were planarized using catalyst-referred etching (CARE). Two apparatuses were produced for local etching and for planarization. The local etching apparatus was used to planarize polysilicon and the planarization apparatus was used to planarize Si wafers. Platinum and hydrofluoric acid were used as the catalytic plate and the source of reactive species, respectively. The processed surfaces were observed by optical interferometry, atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). The results indicate that the CARE-processed surface is flat and undamaged.     

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(Diamond wire sawing, DWS)技术具有切割速度快、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。     

退火对CoFe/IrMn双层膜结构和磁性能的影响

采用高真空直流磁控溅射的方法制备了结构为//Ta(5nm)/Co75Fe25(5nm)/Ir20Mn80(12nm)/Ta(8nm)的双层膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和振动样品磁强计(VSM)研究了退火对双层膜的结构及磁性能的影响;并通过样品在反向饱和场下停留不同的时间,研究了退火对双层膜的磁稳定性的影响。结果表明,退火使得IrMn(111)织构减弱,表面/界面粗糙度增大,交换偏置场减小,矫顽力增加,退火降低了双层膜的磁稳定性。     

交替刻蚀制备有序锯齿形硅纳米线阵列及其光学性能研究

采用金属催化化学刻蚀法(MCCE),以金属Ag为催化剂,在HF与H2O2体系中通过交替刻蚀在P(111)硅衬底上制备出锯齿形硅纳米线阵列.利用扫描电子显微镜对硅纳米线的形貌进行了表征,研究了HF浓度与H2O2浓度对纳米线刹蚀方向的调控作用.选取不同的HF与H2O2浓度配比,分别对硅基底各向同性刻蚀与各向异性刻蚀进行调控,使得刻蚀方向对溶液浓度的变化能够快速响应.在溶液Ⅰ([HF]=2.3 mol/L,[H2O2]=0.4 mol/L)与溶液Ⅱ([HF]=9.2 mol/L,[H2O2]=0.04 mol/L)中交替刻蚀,制备出刻蚀方向高度可控的大规模锯齿形硅纳米线.利用紫外-可见分光光度计对锯齿形硅纳米线的减反射性能进行研究,结果表明,其表现出优异的减反特性,最低反射率为5.9％.纳米线形貌的高度可控性使其在微电子器件领域也具有巨大的应用前景.     

Micropore x-ray optics using anisotropic wet etching of (110) silicon wafers

To develop x-ray mirrors for micropore optics, smooth silicon (111) sidewalls obtained after anisotropic wet etching of a silicon (110) wafer were studied. A sample device with 19 microm wide (111) sidewalls was fabricated using a 220 microm thick silicon (110) wafer and potassium hydroxide solution. For what we believe to be the first time, x-ray reflection on the (111) sidewalls was detected in the angular response measurement. Compared to ray-tracing simulations, the surface roughness of the sidewalls was estimated to be 3-5 nm, which is consistent with the atomic force microscope and the surface profiler measurements.