[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

本发明提供了单晶硅表面倒金字塔阵列结构绒面及其制备方法和应用。具体地，本发明提供了一种单晶硅表面倒金字塔阵列结构绒面的制备方法，包括：在所述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；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；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；腐蚀未覆盖所述掩膜的单元为倒金字塔形压槽，在所述基片的所述主表面上得到倒金字塔阵列结构绒面。本发明制备倒金字塔阵列结构绒面方法工艺简单，成本低廉，克服了现有技术无法大规模生成，制备条件要求苛刻等缺点。

本案为2014年5月9日申请的、申请号为CN201410196601.4中国发明专利申请的分案申请。

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(interferencelithography)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。