用化学腐蚀制备多孔硅减反射的研究.doc

用化学腐蚀制备多孔硅减反射的研究 摘要 ：酸液腐蚀技术越来越多的应用于多晶硅太阳电池工业化生产。但一般酸液腐蚀表面减反射效果尚不理想，而且其自催化性使其在应用过程中出现可控性差、重复性差等问题。本文详细研究了多孔硅在HF/HN03溶液中的形成机制。同时也分别研究了不同溶液配比、温度、水的添加对腐蚀速率的影响规律，在最佳制备条件下：在400-800nm范围内有效反射率小于3%，在800-1000nm范围内反射率小于5%，该技术有望大规模应用于多晶硅太阳电池生产中。 关键：多硅；减反射；酸蚀；21世纪，人类面临环境污染和能源短缺这两个最大的挑战，而太阳能的利用应是解决这两个问题的最好方案。当前世界上使用的能源88％是由矿物燃料提供的，矿物燃料的大量使用对生态环境有严重的破坏，并且这些能源也越来越近于枯竭，寻找可再生能源实属当务之急；而这些能源的大量使用对生态环境的破坏与日俱增，因而使用清洁的可再生能源更是刻不容缓。矿物燃料的燃烧每年向大气释放5×109吨的CO2以及氮氧化物等有害气体，是造成温室效应和酸雨的主要因素。温室效应使地球变暖：年全球平均气温比195l-1980年30年平均气温高0.32℃，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测，21世纪将是五万年来最热的100年。全球气温将在目前基础上升高1.5-4.5℃，使地球“高烧不退”，由此而造成的严重后果是冰川融化，海平面升高，气候变化无常，水、、森林大火等灾害频繁，且影响水土状况，加速物种灭绝，危害人类和社会经济生活。矿物燃料所释放出的氮氧化物也破坏臭氧层，而臭氧层的破坏其后果也是灾难性的，据美国3M药品厂提供美国政府公布的数字称：2075年前臭氧层将减少40％，这将导致美国增加154亿皮肤癌病例，造成340万人死亡。由于矿物燃料的大量燃烧，破坏生态环境对经济造成巨大损失，Lohdi对此作了定量估计，平均一年损失2360亿美元，每人每年损失400-500美元。可见，很有必要用清洁能源——太阳能代替矿物燃料。发电有以下优点：(1)它只靠阳光发电，不受地域(水能、风能则有此限制)限制，可在任何使用地就地生产电力；(2)太阳寿命达60亿年，因而PV电源可以说是无限能源；(3)发电过程是简单地物理过程，无任何废气废物排出，对环境基本上没有任何影响；(4)太阳电池是固态器件装置，无运转部件，无磨损，寿命长，可靠性高，没有任何噪音；(5)发电站由太阳电池连接而成，可按所需功率装配成任意大小；(6)既便于作为独立能源，也可与别的电源联网使用。 我国的多晶硅电池。目前，太阳电池价格较高，极大的限制了它的应用范围和发展速度。光伏发电能否成为下一世纪主要能源的成之一，关键在于其成本能否尽快下降到可与常规能源竞争的程度。降低成本在材料方面主要研究以硅材料为基础的各种太阳电池如单晶硅、多晶硅、薄膜硅等。从硅太阳能电池发展趋势看硅片表面研究的意义 太阳能电池近年来以前所未有的速度发展，但还未达到普通消费者主动购买的地步。究其原因是其高成本不能与常规能源竞争。笔者对降低成本方面做了一些查阅与了解。首先是薄膜硅技术及其产业化水平得到了一定发展。其次，切割技术得到快速发展，硅片越来越薄，薄硅片的发展给原有的电池工艺提出了挑战。因为原有的工艺可能增加硅片的碎片率，这样每瓦消耗的硅材料并没有减少多少，没有从根本上降低材料的成本和解决硅材料短缺的问题。其外，多晶硅电池的出现本身也是为了降低成本，在工艺方面主要致力于降低电池表面的光反射，一般采用的有减反射膜和表面织构化工艺。单层减反射膜只对特定波长有好的减反射作用，而通过表面织构化在硅片表面形成绒面，可以产生二次反射，对不同波长的光都有较好的减反射作用。多晶硅太阳电池由于其表面存在多种晶向，不如单晶硅那样能经由NaOH腐蚀就可以得到理想的绒面结构，从而降低了其表面光的反射，提高了电池效率。如果能寻找一种理想的多晶硅绒面技术，对于提高多晶硅电池效率、降低成本将具有重要意义。 多晶硅太阳电池绒面制备技术 在研究多晶硅太阳电池的过程中，人们找到了一些影响电池效率的关键技术，包括快速热处理(RTP)、基体材料杂质吸除、表面钝化和体钝化以及表面绒面化等，这几项技术中只有表面绒面化没有得到很好的解决，而其他几项技术都比较成熟，在工业化生产中都已经大规模应用。 太阳电池的生产工艺中，表面绒面化在降低反射方面发挥着重要的作用，通过再次收集表面反射光而达到降低表面反射损失的作用单晶硅电池主要采用碱的各向异性腐蚀，在晶面上得到随机分布的金字塔结构，或者是先用光刻，然后各向异性腐蚀晶面而在电池表面形成金字塔结构，入射光在它上面可以进行多次的反射，具有很好的减反射效果。但是多晶硅各个晶粒的晶向不一样，使用碱腐蚀，仅能在取向的晶粒上得到好的金字塔表面，不能在其它取向的晶粒上得到