[发明专利]一种太阳电池用单晶硅片表面改性方法

说明书

技术领域： 

本发明涉及太阳电池材料技术领域，特别涉及一种太阳电池用单晶硅片表面改性方法。

背景技术： 

高效率、低成本一直是光伏产业追求的目标。对硅基太阳电池而言，光学损失是阻碍太阳电池效率提高的重要障碍之一，为减小太阳电池表面对光的反射主要有两条途径：一是制作减反射薄膜，二是用稀释的NaOH溶液作为选择性腐蚀剂进行硅的表面织构。这两项技术曾对单晶硅太阳电池发展做出了重要的贡献，并延用至今。但不可否认的是，以上两项技术仍存在一些缺点：减反射膜凭借光的相消干涉仅作用于特定波长，且对入射光角度敏感，因而未能充分吸收太阳光谱，若要充分吸收太阳光谱需要制作多层减反射膜，则导致工艺复杂、成本提高；用稀释的NaOH溶液作为选择性腐蚀剂对硅表面织构在操作时需要更加小心，这样的表面会更有效的吸收所有波长的光，包括不希望吸收的那些光子能量不足以产生电子空穴对的红处辐射，因而往往使电池温度升高，降低太阳电池的输出功率。为克服以上不足，有必要探索一种适用于太阳电池的单晶硅片表面改性方法。

发明内容： 

为了克服减反射膜工艺和表面织构工艺的不足，本发明提供了一种太阳电池用单晶硅片表面改性方法，用于制备对太阳光谱具有选择性吸收的单晶硅片。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：将单晶硅片置于腐蚀溶液中，然后向其中加入具有催化活性的金属离子化合物，同时控制反应的温度和时间，通过离子催化作用对单晶硅片进行表面改性，获得对太阳光谱具有选择性吸收的单晶硅片。 

所述的腐蚀液中添加的金属离子化合物就指硝酸银； 

所述的离子刻蚀反应的温度为10～50摄氏度；

所述的离子刻蚀反应时间为25～40分钟；

所述的腐蚀溶液为浓硝酸，氢氟酸，去离子水所组成的混合溶液，浓硝酸的质量百分浓度为60～70%，其中氢氟酸的重量百分浓度为25～35%，浓硝酸/氢氟酸/去离子水的混合体积比为1:1:1.5～1:1.5:2。

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1. 单晶硅片经表面改性后，对能量大于晶体硅禁带宽度光子的能更有效的吸收，同时对能量小于晶体硅禁带光子产生更有效的反射；经表面改性的单晶硅片对波长在350 nm～1000nm内的平均反射率低至9%以下，对波长在1100nm～2500nm内的平均反射率高达56%以上。

2.经本发明改性后单晶硅片，表面呈黑色，色泽均匀； 

3.本发明能对产业化太阳电池用单晶硅片进行表面改性，同时该工艺能与产业化太阳电池生产工艺相匹配，具有明确的产业化前景。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所制样品的光反射率图。 

具体实施方式： 

实施例1

按浓硝酸/氢氟酸/冰醋酸的体积比为5:1:1配置100毫升溶液，将未抛光的单晶硅片放入其中，120秒后取出硅片，冲洗干净，获得抛光硅片；配制500毫升腐蚀溶液，其中氢氧化钠的质量百分浓度为2%，硅酸钠的质量百分浓度为3%，异丙醇的体积百分浓度为6.5%，将已抛光硅片放入其中，在78～82摄氏度条件下腐蚀30分钟，获得金字塔绒面单晶硅片；按浓硝酸和氢氟酸的体积比为1:1～1.5配置100毫升溶液，随即加入0.031毫摩尔硝酸银，搅拌10～60秒，将绒面单晶硅片放入其中，在常温下反应25～40分钟后取出硅片，冲洗干净，然后将硅片放入按浓硝酸与去离子水的体积比为1:2～4的混合溶液中，1～3分钟后取出，冲洗干净，自然晾干即可。图1中的样品1是该样品的反射率曲线，该样品对350～1000nm内的波长的平均反射率低达8.81%，对1100～2500nm内的波长的平均反射率高达58.04%。由于样品1对可见光的有效吸收，采用样品1的太阳电池效率有望得到提升，另一方面，样品1对近红外的高反射有利于太阳电池在实际工况下获得较高的功率出输。

实施例2

按浓硝酸和氢氟酸的体积比为1:1～1.5配置100毫升溶液，随即加入0.032毫摩尔硝酸银，搅拌10～60秒，将未抛光的单晶硅片放入其中，在常温下反应25～40分钟后取出硅片，冲洗干净，然后将硅片放入按浓硝酸与去离子水的体积比为1:2～4的混合溶液中，1～3分钟后取出，冲洗干净，自然晾干即可。图1中的样品2是该样品的反射率曲线，该样品对350～1000nm内的波长的平均反射率低达8.96%，对1100～2500nm内的波长的平均反射率高达56.61%。值得注意的是，样品2与样品1相比选择性吸收性能略微下降，但样品2采用的制备方法要简单得多，更有利于实现规模化生产。