[发明专利]一种单晶硅基倒金字塔绒面的干湿混合制备方法

说明书

一种单晶硅基倒金字塔绒面的干湿混合制备方法，该方法为先在硅片表面制备一层金属薄膜，然后，通过高温退火使得金属薄膜收缩成金属纳米颗粒，接着，在金属纳米颗粒的化学刻蚀与酸扩孔修饰辅助下在硅片表面制备纳米孔状结构，再接着，使用王水去除硅片表面的金属纳米颗粒，最后，通过碱溶液的各向异性刻蚀作用，在硅片表面制备结构相对均匀、密度较好的倒金字塔结构。该方法能够提高硅片表面纳米粒子分布的均匀性，使得采用金属辅助化学刻蚀方法制备的倒金字塔绒面结构的均匀性、密度更好，尺寸更可控，最终，提高大面积硅倒金字塔绒面的光电性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是一种单晶硅基倒金字塔绒面的干湿混合制备方法。

背景技术

太阳电池绒面的陷光能力对于短路电流，短波光谱响应以及最终电池效率的提升具有重大意义。目前，商业太阳电池的前表面绒面采用随机正金字塔结构，其陷光性能有待进一步提高；硅倒金字塔阵列由于其相对于传统正金字塔更加优异的陷光性能而增加了电池的光吸收特别是短波段吸收，同时由于其低的表面增加率不会带来严重的表面复合，从而使得提高电池短路电流进而实现高的转换效率成为可能。

自20世纪80年代以来，利用湿化学蚀刻技术对硅表面进行纹理化和减少反射的简单而实用的方法因其成本低、与大规模生产的兼容性以及蚀刻后缺少残余损伤层而特别受关注。

目前，有一种采用金属辅助化学蚀刻(MACE)与碱各向异性刻蚀相结合的方法被用于制备硅倒金字塔陷光结构；在MACE过程中，金、银或铂的纳米颗粒催化化学氧化剂(通常是H₂O₂)产生电子-空穴对，这些化学氧化剂被注入半导体的价带，这导致了硅的溶解和微粒附近蚀刻的微孔和纳米孔的形成；金属微粒和纳米颗粒的大小和形状对于控制硅表面的形貌和反射特性至关重要；金属微粒和纳米颗粒的大小和形状受到所用的金属微粒合成方法参数的影响，包括催化剂合成、反应时间和退火温度；金属微粒和纳米颗粒通常是通过化学方法制备的，例如用氢氟酸/硝酸盐溶液或银镜反应制备，此方法获得的金属颗粒是相当不规则的，这将直接导致最终制备的倒金字塔结构开口尺寸不可控、密度差、均匀性不够好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够提高硅片表面银纳米粒子分布的均匀性、使得采用金属辅助化学刻蚀方法制备的倒金字塔绒面结构的均匀性、密度更好，尺寸更可控，最终提高大面积硅倒金字塔绒面的光电性能的单晶硅基倒金字塔绒面的干湿混合制备方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种单晶硅基倒金字塔绒面的干湿混合制备方法，该方法为先在硅片表面制备一层金属薄膜，然后，通过高温退火使得金属薄膜收缩成金属纳米颗粒，接着，采用金属辅助化学刻蚀与酸扩孔修饰在硅片表面制备纳米孔状结构，再接着，使用王水去除硅片表面的金属纳米颗粒，最后，通过碱溶液的各向异性刻蚀作用，在硅片表面制备结构相对均匀、密度较好的倒金字塔结构。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的单晶硅基倒金字塔绒面的干湿混合制备方法，该方法的具体步骤如下：

（1）将原硅片进行RCA标准工艺清洗；

（2）干法制备金属薄膜：在硅片表面制备一层15nm的金属薄膜；

（3）对硅片进行高温退火，使金属薄膜形成金属纳米颗粒：将覆盖有金属薄膜的硅片在大气氛围600℃下保持60min，随后自然降温至室温，使金属薄膜在高温作用下收缩成金属纳米颗粒；

（4）纳米孔制备：将退火后的硅片置于HF与H₂O₂ 混合溶液中，室温下反应9min；

（5）去离子水冲洗：将步骤（4）的硅片放入王水中浸泡10min，洗去硅表面的金属纳米颗粒，再使用去离子水冲洗5min；