[发明专利]石墨烯辅助硅片湿法制绒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片制绒的方法，尤其是涉及一种石墨烯辅助硅片湿法制绒的方法。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭及环境污染问题的日益严重，光伏发电技术越来越受到关注，被认为是重要的可再生清洁能源,光伏发电过程无污染，维护简单，发电规模可大可小，既可以做个人家庭的分布式发电，又可以做大规模的电站式发电，其具有的优势已经被世界各国所重视。随着长期的发展，硅太阳能电池的发电成本越来越降低，但是进一步提高光伏电池的光电转换效率、降低发电成本，使其与传统的电网供电成本相比具有竞争力仍是光伏行业的目标。

在各种光伏发电的技术及产品中，晶体硅光伏电池占据了市场的主流，并且随着技术的不断进步，其转换效率也在逐渐提高，未来很长一段时间内都可能无法被替代。目前，工业化晶体硅太阳能电池的主要工艺步骤有表面制绒，扩散制P-N结，去磷硅玻璃，PECVD镀减反钝化膜，丝网印刷电极，烧结及检测。

晶体硅太阳能电池制绒的目的是要将硅片的平整表面制成一种能够多次将入射光在表面折射、反射、粗糙的陷光结构，从而提高对入射光的吸收，进一步提高光电转换效率。目前工业化生产当中多采用湿法化学腐蚀制绒法。而针对晶体硅的类型又可以分为碱腐蚀制绒和酸腐烛制绒两类。

碱腐蚀制绒主要针对单晶硅太阳能电池，利用碱腐蚀对<100>和<111>两个晶向晶粒的腐蚀速率不同（所谓各向异性腐蚀）的特点，在单晶<100>晶向的硅片表面形成金字塔形的表面陷光结构。目前工业生产当中的制绒溶液是NaOH溶液，以及适量的异丙醇，制绒温度为80度左右。

反应方程式如下：

NaOH+H₂O→Na⁺+2OH^-+H⁺,Si+OH^-+H₂O→Si(OH)₆^2-,然后Si(OH)₆^2-与异丙醇发生络合反应，将发生反应的硅移去。

对于多晶硅来说，因为硅片由各种不同晶粒组成，晶向各不相同，因此用碱腐蚀多晶硅效果并不理想。工业生产当中一般采用酸腐蚀法来对多晶硅表面进行腐蚀，腐蚀后的硅片在表面会形成一些深度不同的腐蚀坑。当光线射入这些腐蚀坑中可进行多次的折射和反射。从而增加硅片对光的吸收。用得较多的酸腐蚀制绒体系是HF/HNO₃/H₂O体系,而其中按照HF/HNO₃间的比例，又分为富HNO₃体系，富HF体系两种，目前主流的多晶酸腐蚀制绒体系是富HNO₃体系，总体来说，其多晶硅片湿法制绒的反应方程式如下所示：

3Si+4HNO₃+18HF→3H₂SiF₆+4NO+8H₂O

另外，如果酸的比例不同，其反应的中间产物也会不同，主要会有一些氮氧化合物产生。

除了通用的酸腐蚀制绒，金属辅助化学腐蚀法也是一种常见的硅片腐蚀工艺，主要是用来制作硅纳米器件，极低反射率的黑硅材料等等。一般采用贵金属，如银，金，铂等通过伽伐尼反应形成纳米颗粒沉积在硅片表面，同时由于贵金属的源电动势要比硅的源电动势高，其在溶液中就会产生电动势差，进而产生从贵金属纳米颗粒流向硅体的电偶电流，这样硅晶体中的空穴粒子就会在电场的作用下迁移到硅表面，参与表面硅原子与HF/H₂O₂组成化学腐蚀液的反应。这种方法腐蚀处理的硅表面具有纳米多孔结构，具有更好的陷光能力，因此其表面呈现出黑色。无论是HF/HNO₃系的腐蚀制绒，还是金属辅助化学腐蚀制绒，都是硅参与的氧化还原反应，但是贵金属极昂贵，并且如果贵金属不能去除干净的话，可能会严重影响后续的电池效率。

多晶硅片在晶硅电池领域中占据了80%以上市场份额，是市场的主流，因此差别化研究并且优化多晶电池酸腐蚀制绒工艺，提高光吸收率，具有很大的意义，其中酸制绒的工艺参数主要有反应时间、反应温度、参与反应的酸浓度和比例、添加剂比例及种类，硅片清洁程度等等，不同的反应速率制备出的绒面对光的反射效果各不相同。现有工艺中也有采用在化学液中添加醋酸作为添加剂，来改变硅表面腐蚀液的浓度，均匀其反应速率，从而形成良好的绒面。