[发明专利]质构化的硅基板和方法

说明书

发明领域

本发明领域涉及质构化的硅基板和制备所述硅基板的蚀刻方法。

发明背景

质构化的硅基板用于制造光电和电子产品。质构化蚀刻本文称为mc-硅或硅的多晶硅，由于在光伏电池运作期间捕获比未质构化硅更多的光能，因此是改善光伏电池效率的关键途径。质构化硅表面使光反射最小化，从而使光伏电池吸收的光最大化，产生更多的能量。质构化硅表面包括硅表面平面上的微少凹凸，并且通常由蚀刻方法形成。

常规的质构化蚀刻技术包括用蚀刻溶液处理mc-硅。蚀刻溶液可为苛性溶液或酸性溶液。苛性蚀刻溶液通常是包含碱土金属的水溶液，任选含有醇，并且当与酸性蚀刻溶液相比时相对较慢。酸性蚀刻溶液通常包含酸、水和任选添加剂的组合。可改变酸组分的浓度以改变蚀刻表面上微小凹凸图案的形成，但是此类变化还可能降低表面各部分捕光效率的均匀度。

Nishimoto等人的美国专利6,340,640公开了一种制造太阳能电池的方法，所述方法使用包含HF、HNO₃和试剂的蚀刻溶液，其中所述试剂包含至少一种分子量高于乙酸的羧酸，或磷酸与分子量高于乙酸的羧酸的混合物，以在太阳能电池硅片表面上提供凹凸。所述羧酸是至少一种以下羧酸：丙酸、丁酸、正戊酸、己酸、酒石酸、琥珀酸、己二酸、丙三酸、丙三酸的异构体。

然而，已知可获得mc-硅品质的变化，使得难以在大规模生产中实现效率。蚀刻溶液通常需要按可获得mc-硅的品质定制，需要调节所用酸的浓度。

期望具有质构化硅片，所述硅片具有数量提高的均匀度改善的连续图案形式的表面凹凸，并且此类凹凸的表面密度提高，同时使光反射最小化。还需要制造此类硅基板而不降低蚀刻速率的当前制造过程可接受的方法。本发明满足这些需要。

发明概述

本发明包括一种质构化的硅基板的方法，所述方法包括a)使所述基板接触包含乙醇酸的蚀刻溶液，b)蚀刻所述基板的表面，从而在所述基板的所述表面中形成裂纹，以及c)移除所述蚀刻溶液以获得质构化的基板。

本发明还包括包含硅基板的质构化的硅基板，所述硅基板具有通过使所述硅基板与包含乙醇酸的酸性蚀刻溶液接触而在至少一个表面上产生的多个裂纹。

附图简述

图1是各种硅表面的显微照片(3,000倍放大率下)。图1A代表使用包含乙醇酸的蚀刻溶液制得的本发明质构化硅表面。图1B代表未被质构化的硅表面。图1C代表使用包含氢氟酸、硝酸和水的蚀刻溶液质构化的硅表面。图1D至1F代表使用包含氢氟酸、硝酸、水和附加酸的蚀刻溶液质构化的硅表面。图1D代表使用包含乙酸作为附加酸的蚀刻溶液质构化的硅表面，图1E代表使用包含马来酸作为附加酸的蚀刻溶液质构化的硅表面，而图1F代表使用包含磷酸作为附加酸的蚀刻溶液质构化的硅表面。

图2为如图1C至1F所述硅表面的波长对光反射率的图示。

发明详述

本文中，所有商标均规定用大写字母。

本文所引用的所有专利均以引用方式并入。

如本文所用，“硅”是指多晶硅，其还被称为mc-硅。

“质构化”或“织构化”是指由于存在裂纹而在表面上存在多个凹凸，以使表面不均匀。

“裂纹”是指表面平面中的微小凹凸。

本发明包括质构化的硅基板的方法，所述方法包括a)使所述基板接触包含乙醇酸的蚀刻溶液，b)蚀刻所述基板的表面，从而在所述基板的所述表面中形成裂纹，以及c)移除所述蚀刻溶液以获得所述质构化的基板。用于所述方法中的蚀刻溶液还包含氢氟酸、硝酸、水和表面活性剂中的一种或多种。蚀刻溶液包含最少5重量％的乙醇酸，优选包含约5重量％至约40重量％的乙醇酸。

本发明还包括包含硅基板的质构化的硅基板，所述硅基板具有通过使所述硅基板与包含乙醇酸的蚀刻溶液接触而在至少一个表面上产生的多个裂纹。裂纹以连续图案分散，所述图案具有微小的变化。裂纹的表面密度为400平方微米表面积中最少60个裂纹。裂纹的表面密度优选为400平方微米表面积中最少80个裂纹，更优选为400平方微米表面积中最少100个裂纹。