[发明专利]一种制备晶硅纳米结构减反射层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及制备晶硅纳米结构减反射层的方法。

背景技术

目前，在太阳电池的生产工艺中，硅片表面的绒面结构可以有效地降低太阳电池的表面反射率，是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一。为了在晶体硅太阳能电池表面获得好的绒面结构，以达到较好的减反射效果，人们尝试了许多方法，常用的包括机械刻槽法、激光刻蚀法、反应离子刻蚀法(RIE)、化学腐蚀法(即湿法腐蚀)等。其中，机械刻槽方法可以得到较低的表面反射率，但是该方法造成硅片表面的机械损伤比较严重，而且其成品率相对较低，故而在工业生产中使用较少。对于激光刻蚀法，是用激光制作不同的刻槽花样，条纹状和倒金字塔形状的表面都已经被制作出来，其反射率可以低至8.3％，但是由其制得的电池的效率都比较低，不能有效地用于生产。RIE方法可以利用不同的模版来进行刻蚀，刻蚀一般是干法刻蚀，可以在硅片表面形成所谓的“黑硅”结构，其反射率可以低至7.9％，甚至可以达到4％，但是由于设备昂贵，生产成本较高，因此在工业成产中使用较少。而化学腐蚀法具有工艺简单、廉价优质、现有工艺好兼容等特点，成为了现有工业中使用最多的方法，但采用常规碱制绒所获得的绒面的反射率通常在10％以上，仍有进一步降低的空间。

发明内容

本发明的目的是为克服现有化学腐蚀技术在硅衬底上制备缺点，提出一种在通电条件下对硅衬底进行化学腐蚀制备减反射层的方法。本发明的方法可以方便的在低电阻率的p型硅衬底上制备晶硅纳米结构减反射层，制备成本低。

本发明的的制备方法如下：

选择低电阻率的p型硅衬底，将其浸入在含有氧化剂以及银离子的溶液中进行通电腐蚀，通过调节各步工艺参数，获得微观机构百纳米到微米量级的晶硅纳米结构减反射层；

具体的，所述的低电阻率指所述的p型硅衬底的电阻率小于5Ω·cm。所述腐蚀溶液中含有氢氟酸，硝酸银，双氧水以及去离子水，其浓度分别为HF＝0.5mol/L，AgNO₃＝1*10^-4mol/L，H₂O₂＝3mol/L。上述各种溶液的配比可以根据所希望获得的减反结构的大小进行调整

所述的制备晶硅纳米结构减反射层的方法，其特征在于所述的通电腐蚀是在晶硅正表面施加均匀的电场，晶硅背表面不接触上述的腐蚀液，通电腐蚀的电流密度为30mA/cm²，通电腐蚀的时间为30分钟。上述通电的电流大小以及腐蚀时间，亦可根据所希望获得的减反结构的尺寸以及深度进行调整。

通过本发明的方法，在低电阻率的p型硅衬底上可获得的较为规则的硅孔，该硅孔为上方大下方小倒金字塔结构，并具有很好的陷光效果，这是外加电场和金属颗粒催化协同作用的结果。如果只有外加电场进行通电腐蚀，则只能低电阻率的硅衬底表面上形成多孔硅，硅孔尺寸小，深度浅，减反射效果不佳。如果只有金属颗粒催化在腐蚀液中进行腐蚀，而没有外加电场，则只能在这样的硅衬底表面上硅纳米线，减反射效果好，但表面复合严重，不利于太阳电池的制备。本发明在通电腐蚀的腐蚀液中加入少量的银离子，在反应过程中银离子不断地在腐蚀后的多孔硅表面成核析出，进而形成多个微小电极催化腐蚀反应的进行，由此形成较好的减反结构，其反射率在10％以下。利用本发明方法所获的减反层尺寸结构较大，减反效果明显，表面复合较小，与现有工业化生产工艺兼容性较好，制成太阳电池以后，其电池片的转换效率可提高0.2％左右。所以，本发明提供了一种在低电阻率的p型硅衬底上获得晶硅纳米结构减反射层的有效方法。

附图说明

图1为本发明实施例制备出减反射层结构的的正面SEM图，图2为本发明实施例制备出的减反射层的截面SEM图，图3为本发明实施例与仅进行通电腐蚀(腐蚀液中不含银离子)的反射光谱对比图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：

选择低电阻率的p型硅衬底，将其浸入在含有氧化剂以及银离子的溶液中进行通电腐蚀，具体的，所述的低电阻率指所述的p型硅衬底的电阻率小于5Ω·cm。所述腐蚀溶液中含有氢氟酸，硝酸银，双氧水以及去离子水，其浓度分别为HF＝0.5mol/L，AgNO₃＝1*10^-4mol/L，H₂O₂＝3mol/L。所述的通电腐蚀是在晶硅正表面施加均匀的电场，晶硅背表面不接触上述的腐蚀液，通电腐蚀的电流密度为30mA/cm²，通电腐蚀的时间为30分钟。所制得的减反射层反射率在全可见光波段的反射率均低于10％，在短波长段与长波长段反射率更低。图3是样品在300-1200nm波长下测试得到的反射率，从该图中可以看出，本发明实施例与仅进行通电腐蚀(腐蚀液中不含银离子)的反射光谱对比，在全波长段反射率明显降低。用传统方法将其制成太阳电池以后，其电池片的转换效率可提高0.2％左右。