[发明专利]一种单晶硅倒金字塔阵列结构绒面及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉微纳米加工领域，特别涉及一种单晶硅倒金字塔阵列结构绒面及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求日益增大，积极开发新能源成了当今全球的主要课题之一。太阳能作为一种非常重要的可再生清洁能源，已经飞速地走上了世界舞台，伴随着光伏产业的崛起，太阳电池带来的绿色电力正逐渐地改变着人们的生活方式。未来为了加大太阳电池发电在整个电力系统中的比例，必须要进一步降低其生产成本，并提高电池效率。超薄晶硅太阳电池(10μm)可以大大减少原材料成本，并保持较高的光电转换效率，代表着未来高效太阳电池的发展方向之一。基于该电池物理厚度的限制，传统晶硅的制绒方法(3-10μm深度的金字塔结构)显然无法满足超薄晶硅太阳电池的需要。纳米线、纳米柱等硅基微纳结构因其具有优异的陷光特性，成为高效陷光领域研究的热点。然而上述微纳米绒面结构会伴随着非常大的比表面积增加，尤其达到特定抗反射效果的结构其表面积一般是平板硅面积的10倍以上，大大增加了光生载流子在材料表面的复合几率，导致电池效率的降低。

目前，美国麻省理工学院的研究小组找到了一种新方法，可以在保持高效光电转换效率的同时，将硅片的厚度减少90％以上，其主要方法就是采用干涉光刻(interference lithography)以及湿法刻蚀技术在薄硅片上形成“倒金字塔”的陷光结构，且每个倒金字塔形压槽的底面直径不超过1微米，深度仅仅为300nm。这种倒金字塔结构使超薄硅晶硅的表面积仅增加70％，光子吸收能力却堪比30倍厚的传统硅晶体，可以使c-Si电池的厚度在5-30μm，理论计算和测试数据表明，该电池的光电性能参数可与300μm传统技术的电池性能相比拟。然而上述基于双光束干涉的加工工艺流程复杂、成本昂贵，依旧无法适应工业化大规模生产，因此寻找一种廉价、快速、高效的纳米倒金字塔刻蚀工艺尤其重要。

目前尚缺乏令人满意的、廉价快速高效的、能够适应工业化大规模生产的纳米倒金字塔绒面刻蚀工艺，因此，本领域迫切需要开发廉价快速高效的、能够适应工业化大规模生产的倒金字塔阵列结构绒面的刻蚀工艺。

发明内容

本发明提供了一种廉价快速高效的、能适应工业化大规模生产的单晶硅绒面的制备方法。

在本发明的第一方面，提供了一种单晶硅绒面的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(a)在基片的至少一个主表面上生成聚合物微球单层薄膜，得到基片-聚合物微球单层薄膜；

(b)在所述基片-聚合物微球单层薄膜上生成掩膜层，得到基片-聚合物微球单层薄膜-掩膜层；

(c)除去所述基片-聚合物微球单层薄膜-掩膜层中的聚合物微球，使所述主表面裸露出未覆盖掩膜的多个单元；

(d)腐蚀未覆盖所述掩膜的单元，使其形成倒金字塔形压槽，从而在所述基片的所述主表面上得到倒金字塔阵列结构绒面。

在另一优选例中，所述掩膜层的生成方式包括：溅射、等离子体化学气相沉积、电子束蒸发、热蒸镀、原子束沉积，或其组合。

在另一优选例中，所述掩膜层的厚度为10～80nm，较佳地，所述掩膜层的厚度为20～60nm。

在另一优选例中，利用等离子化学气相沉积技术生成所述掩膜层的生成温度为0～120℃，较佳地，为80～100℃。

在另一优选例中，可通过调控腐蚀液浓度和腐蚀时间控制所述倒金字塔压槽的大小。

在另一优选例中，所述步骤(a)包括：

通过自组装技术生成单层有序周期排布的聚合物微球薄膜；

将所述聚合物微球薄膜铺到所述基片的至少一个主表面上。

在另一优选例中，所述自组装技术包括：表面张力自组装、静电自组装、漂移法、电场诱导自组装。

在另一优选例中，所述聚合物微球为聚合物纳米球，所述聚合物纳米球的直径为50～1000nm。

在另一优选例中，所述聚合物纳米球包括：聚苯乙烯纳米球、聚甲基丙烯酸甲醋纳米球，或其组合。

在另一优选例中，所述聚合物纳米球的直径为200～700nm。

在另一优选例中，所述步骤(a)包括：

提供一表面具有亲水性的基片；

通过漂移法生成单层有序周期排布的聚合物微球薄膜；

将所述表面具有亲水性的基片放入液面浮有聚合物微球薄膜的溶液，捞取所述聚合物微球薄膜到所述基片的主表面。

在另一优选例中，所述表面具有亲水性的基片的制备包括以下步骤：对基片进行活化处理，使所述基片表面具有亲水性。