毕业设计（论文）-单晶硅太阳电池表面织构化精选.doc

学生毕业设计（论文） 题 目 单晶硅太阳电池表面织构化 学 院 光伏工程学院 专 业 光伏材料加工与应用技术 班 级 08级光伏（1）班 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2010.10  目 录 1.引言 4 2.实验原理和实验过程 4 2.1 实验原理 4 2.2 实验过程 5 3 实验结果及讨论 5 4.表面织构化技术应用 7 5结论 9 6致谢 10 7.参考文献 11  摘要：一种新型的腐蚀剂,磷酸钠(Na3 PO4·12H2O) 溶液,首次被用来腐蚀单晶硅太阳电池。在70 ℃下,用3 %的磷酸钠(Na3 PO4·12H2O) 溶液腐蚀25min 就能在硅片表面形成金字塔大小均匀、覆盖率高的绒面结构,并且其表面反射率也很低。通过SEM 观察发现:开始时,随着腐蚀时间的增加,金字塔的密度越来越大,最后达到饱和;而且对于不同的浓度,温度,这种饱和时间不同;如果腐蚀时间过长,金字塔的顶部就会发生崩塌,从而导致表面发射率的升高。虽然异丙醇( IPA) 在氢氧化钠(Noah) 溶液中会明显地改善织构化的效果,但是在磷酸钠(Na3 PO4 ·12H2O) 溶液中却会对织构化有很强的负面效应。最后,在实验的基础上对腐蚀机理进行了深入地探讨并认为:择优腐蚀是金字塔形成的最基本的原因,而缺陷、PO3 -4 或HPO2 -4 和异丙醇等仅仅是促进大金字塔形成的原因。这种腐蚀剂的成本很低,不易污染工作环境且可重复性好,所以有可能用于大规模生产。 关键词:单晶硅;织构;磷酸钠;腐蚀 1.引言 在太阳电池表面形成绒面结构不仅可以降低表面的反射率,而且还可以在电池的内部形成光陷阱,从而显著地提高太阳电池的转换效率[1 ] 。对于单晶硅太阳电池,主要利用择优腐蚀原理,在硅片的表面形成金字塔结构而达到此目的。目前最常用的腐蚀液是Noah ( 或KOH) 、水和异丙醇的混合物[2～6 ] 。其中,异丙醇不仅可以帮助解除氢气(H2 )气泡在硅片表面上的吸附,而且还可以促进大金字塔的形成。这种溶液对硅片织构化的效果好,而且可重复性也很好;但是异丙醇不仅成本高,而且易污染工作环境。最近,有人提出用Na2CO3 (或K2CO3) 溶液来对单晶硅进行织构化处理[7 、8 ] 。其原理是利用CO2-3水解产生OH- ,而且CO2 -3 或HCO-3 还起着异丙醇的作用,从而对单晶硅进行表面织构化。由于不需要异丙醇,所以成本低且不易污染环境。然而,使用该腐蚀剂的腐蚀效果的重复性较差,这使其很难在大规模生产中得以应用。本文将首次采用磷酸钠(Na3PO4·12H2O) 溶液对单晶硅太阳电池表面进行织构化处理,并对腐蚀过程以及异丙醇的加入对织构化的影响作较深入的研究。最后,在实验的基础上对织构化的机理作以探讨。 2.实验原理和实验过程 2.1 实验原理 从化学角度, 我们知道, Na2CO3 和Na3PO4 ·12H2O 都是强碱弱酸盐,在水中会发生水解,其离子反应方程式如下: CO2-3 + H2O [ HCO-3 + OHPO3-4 + H2O [ HPO2 -4 + OH- 　　在平衡状态下,可以算出水解产生的OH- 的摩尔浓度如下[9 ] : [OH- ] = -Kh2 +K2h4 + Kh ×C 　　式中, Kh , C 分别为水的离解系数和原始溶液的摩尔浓度。因为K2hn Kh ×C 且Kh =KwKa,所以水解得到OH- 的浓度大约为OH- ] =C × KwKa 其中Ka 和Kw 分别为水解系数、一定温度下水的离子积常数。从上式可以定性地得到:在一定的温度下,如果溶液的原始摩尔浓度相同,那么产生的OH- 的摩尔浓度[OH- ]则反比于K015a 。对于磷酸钠和碳酸钠,其水解系数分别为4117 ×10 - 13和4168 ×10 - 11 (298 K) [10 ] ,所以对于相同摩尔浓度的磷酸钠和碳酸钠,磷酸钠水解产生的OH- 的摩尔浓度[OH- ]大约是碳酸钠产生的[OH- ]的10 倍。从这个角度讲, 磷酸钠(Na3PO4 ·12H2O) 溶液应比Na2CO3 溶液优越一些。 2.2 实验过程 实验所用的硅片是P 型、电阻率为3～5Ω·cm的直拉单晶硅。试样的大小是20mm ×20mm ,且双面都经化学抛光。先将试样在酒精中进行取油脂及玷污处理,尔后在低于10 %的HF 溶液中浸泡1min以去除自然氧化层,最后经去离子水冲洗后,在不