[发明专利]晶体硅片表面金字塔绒面制备方法

说明书

本发明公开了一种晶体硅片表面金字塔绒面制备方法，属于新材料领域。本发明可以在晶体硅表面制备大面积微纳米尺度金字塔阵列绒面结构，所制备的微纳米正金字塔密度大、表面光滑，可以显著增加硅片表面对光的吸收。本发明制备金字塔绒面工艺简单，成本低廉，可大规模用于太阳能电池等应用。

技术领域

本发明涉及一种晶体硅片表面金字塔绒面制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

硅作为地壳上含量仅次于氧的第二丰富的元素，被广泛的用于微电子、晶体二极管、宇宙航行、光导纤维、太阳能电池等领域。而在太阳能电池中，光学损失是影响其光电转换效率的一个重要因素，故降低硅片表面的光反射研究就极其重要。在商用单晶硅电池中目前大量采用碱腐蚀的方法在硅片表面制备金字塔阵列以达到减反射的效果。当太阳光入射到金字塔表面时，其反射的太阳光线会进一步照射在相邻的正金字塔结构上，进行二次入射和反射，这样就减少太阳光的反射而增加了硅对太阳光的吸收并提高太阳能电池的效率。近半个世纪的研究表面，金字塔阵列的制备方法仅限于用碱性溶液如氢氧化锂、氢氧化锰、四甲基氢氧化锂等[参见：中国专利CN201310562781.9]或四甲基氢氧化锂腐蚀液[参见：中国专利ZL200410017032.9]，而利用酸性的氢氟酸溶液无法在硅表面腐蚀出正金字塔阵列。1973年，美国Zwicker等人发现氟化锂和硝酸铜腐蚀溶液可以在硅表面腐蚀出倒金字塔结构[参见：W.K.Zwicker,S.K.Kurtz,Anisotropic etching of silicon usingelectrochemical displacement reactions，Semiconductor Silicon,Eds.:Huff,H.R.&Burgess,R.R.,Electrochemical Society,Pennington,315-326,1973]。2006年，清华大学研究人员用铜颗粒作为腐蚀催化剂，采用氢氟酸和硝酸铁混合溶液在硅表面腐蚀类金字塔多孔结构[参见：Kuiqing Peng,Juejun Hu,Yunjie Yan,Yin Wu,Hui Fang,Ying Xu,ShuitTong Lee,and Jing Zhu,Adv.Funct.Mater.16,387–394,2006]。2015年，中科院物理所研究人员采用含有铜离子源和氧化剂的氢氟酸溶液在硅表面腐蚀出金字塔结构[参见：中国专利CN105405755A]。但是上述方法在腐蚀过程中容易在硅表面沉积大量铜纳米颗粒，由于含有双氧水等强氧化剂，所腐蚀的金字塔绒面多孔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的晶体硅片表面金字塔绒面制备方法，该方法利用含有二价铜盐(如氯化铜、硫酸铜和硝酸铜等)和可溶性卤化物(氯化锂、氯化锰、氯化铁、氢溴酸和氢碘酸等)的氢氟酸溶液腐蚀晶体硅，可以在硅表面制备大面积微纳米正金字塔阵列结构。该方法不含双氧水等强氧化剂，所腐蚀的微纳米正金字塔表面光滑、缺陷少且类似于碱腐蚀所得金字塔结构，因此在太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

本发明提出的一种晶体硅表面酸性制绒方法，其特征在于：所述方法按如下步骤进行：

(1)将表面清洁的晶体硅片放入含有铜盐(氯化铜/硫酸铜/硝酸铜)、氯化锂和氢氟酸混合溶液的容器中，在20-90℃下反应10-100分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米正金字塔绒面，然后将腐蚀后的硅片放入硝酸或王水溶液里面浸泡去掉表面残存的铜颗粒并用去离子水清洗；

(2)将表面清洁的晶体硅片放入含有铜盐(氯化铜/硫酸铜/硝酸铜)、氯化锰和氢氟酸混合溶液的容器中，在20-90℃下反应10-100分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米正金字塔绒面，然后将腐蚀后的硅片放入硝酸或王水溶液里面浸泡去掉表面残存的铜颗粒并用去离子水清洗；

(3)将表面清洁的晶体硅片放入含有铜盐(氯化铜/硫酸铜/硝酸铜)、氯化铁和氢氟酸混合溶液的容器中，在20-90℃下反应10-100分钟即可在硅片表面腐蚀出大面积微纳米正金字塔绒面，然后将腐蚀后的硅片放入硝酸或王水溶液里面浸泡去掉表面残存的铜颗粒并用去离子水清洗；