CN107946386A - 一种黑硅电池的绒面制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种黑硅电池的绒面制备方法，包括：在硅片表面旋涂光刻胶制作光刻胶面；对所述光刻胶面进行激光曝光；对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理；在经过结构化预处理的光刻胶面上制作金属层；清洗掉所述光刻胶层；在所述硅片上进行湿法刻蚀，形成黑硅绒面。本申请的制备方法，制备过程简单，得到的黑硅绒面纳米孔结构尺寸可控，提高了纳米绒面制备的可控性，具有可重复性，可以极大改善光的吸收。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，特别是涉及一种黑硅电池的绒面制备方法。
背景技术
目前光伏产业仍然以晶硅太阳能电池为主，为了提高太阳能电池对入射光的吸收，商用的单晶和多晶硅片普遍采用表面制绒处理，单晶片的表面绒面为金字塔结构，多晶片的表面绒面为蠕虫状结构，其在可见光范围内的光吸收率分别可以达到88％和80％左右，但是电池表面的反射率仍然较高，特别是在紫外和红外波段。研究人员发现当晶硅表面的绒面结构尺寸降低到纳米量级时，得到的硅片表面呈黑色，即称为“黑硅”。黑硅电池可以做到对可见光全吸收，提高太阳能电池的光电转换效率。
黑硅技术发展至今，出现了多种绒面制备工艺，如反应离子刻蚀法、电化学腐蚀法、金属辅助化学腐蚀法等等，但是这些方法制备的绒面表面结构不可控，具有极大的不稳定性，由此也导致黑硅电池利用效率的不稳定。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种黑硅电池的绒面制备方法，制备过程简单，得到的黑硅绒面纳米孔结构尺寸可控，提高了纳米绒面制备的可控性，具有可重复性，可以极大改善光的吸收。
本发明提供的一种黑硅电池的绒面制备方法，包括：
在硅片表面旋涂光刻胶制作光刻胶面；
对所述光刻胶面进行激光曝光；
对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理；
在经过结构化预处理的光刻胶面上制作金属层；
清洗掉所述光刻胶层；
在所述硅片上进行湿法刻蚀，形成黑硅绒面。
优选的，所述对所述光刻胶面进行激光曝光为：
将所述硅片放置在激光光路中，进行第一次激光曝光，然后将所述硅片旋转90°，进行第二次激光曝光。
优选的，所述对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理为：
采用显影液清洗所述硅片，然后再用去离子水清洗所述硅片以去除硅片表面的所述显影液。
优选的，所述在经过结构化预处理的光刻胶面上制作金属层为：
在经过结构化预处理的光刻胶面上蒸镀金属层。
优选的，所述在所述硅片上进行湿法刻蚀为：
将所述硅片放置在氢氟酸、硝酸和去离子水的混合溶液中进行反应。
优选的，所述第一次激光曝光时间为5-30s，所述第二次激光曝光时间为5-30s。
优选的，所述蒸镀的温度为300-350℃，蒸镀电流为60-80mA，蒸镀时间为5-10min，蒸镀金属的厚度为10-50nm。
优选的，所述氢氟酸、所述硝酸和所述去离子水的体积比为：0.1-1:1-4:0.5-2.5。
优选的，反应温度为室温，反应时间30-200s。
通过上述描述可知，本发明提供的黑硅电池的绒面制备方法，由于包括：在硅片表面旋涂光刻胶制作光刻胶面；对光刻胶面进行激光曝光；对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理；在经过结构化预处理的光刻胶面上制作一层金属层；清洗掉光刻胶层；在硅片上进行湿法刻蚀，因此得到的黑硅绒面纳米孔结构尺寸可控，提高了纳米绒面制备的可控性，具有可重复性，可以极大改善光的吸收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种黑硅电池的绒面制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种黑硅电池的绒面制备方法的流程示意图。
本申请实施例提供的一种黑硅电池的绒面制备方法，包括如下步骤：
S1：在硅片表面旋涂光刻胶制作光刻胶面；
本发明的电池结构包括常规单晶、多晶电池，PERC、n型双面电池、IBC电池等多种高效电池结构，其中硅片也包括N型硅片或P型硅片，选用的硅片可以是单晶、多晶、及类单晶结构，这里需要说明的是，对硅片的具体结构和种类不做具体限定；在对硅片表面进行旋涂光刻胶之前，先采用无水乙醇和去离子水的混合液清洗硅片，待硅片晾干后再于硅片表面旋涂一层光刻胶，其中光刻胶的薄膜厚度为10-100nm，需要说明的是，清洗过程中对无水乙醇与去离子水的浓度比例并没有要求，只要能够达到去除硅片表面污染物的效果即可。如若必要，可以选择无水乙醇的质量分数比70％，去离子水的电阻率18MΩ·cm。
S2：对所述光刻胶面进行激光曝光；
需要说明的是，进行激光曝光的激光设备优选为单波长激光，以进一步提高准直性，激光波长为380-460nm，激光功率为50-100mW。
S3：对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理；
对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理，以使得硅片表面只保留有具有孔状结构的光刻胶，从而形成起伏不平且均匀的光刻胶面，实现表面织构化。
S4：在经过结构化预处理的光刻胶面上制作金属层；
需要说明的是，制作金属层的工艺可以是蒸镀、电镀或者磁控溅射等现有工艺，金属层可以为金层、银层或者铜层等，先在光刻胶面上沉积金属纳米颗粒，当然金属层的层数也可以根据需要而进行调整，然后再通过进一步控制金属纳米颗粒的大小和分布，以有利于对控制绒面的结构形貌。
S5：清洗掉所述光刻胶层；
需要说明的是，制作金属层后，通过对光刻胶层的清洗，光刻胶层上的金属会被清洗掉，而光刻胶面中表面结构化预处理产生的孔洞中的金属则会保留下来，这一部分的金属颗粒用于催化后续硅片的刻蚀过程，以得到有规律的孔洞结构。这里需要说明的是，清洗过程中可以选择用丙酮或者氢氟酸进行清洗，且对丙酮和氢氟酸的浓度没有特别要求，工业级别的溶液即可，如HF质量分数40％，丙酮为分析纯级别，只要能达到相同的技术效果即可。
S6：在所述硅片上进行湿法刻蚀，形成黑硅绒面。
采用湿法刻蚀对硅片绒面结构进行修正刻蚀，将金属颗粒去除，使得纳米孔结构尺寸可控，降低将硅片绒面结构制备成电池后载流子的表面复合，也进一步降低硅片表面反射率。
通过上述描述可知，本申请实施例提供的上述一种黑硅电池的绒面制备方法，由于包括：在硅片表面旋涂光刻胶制作光刻胶面；对光刻胶面进行激光曝光；对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理；在经过结构化预处理的光刻胶面上制作一层金属层；清洗掉光刻胶层；在硅片上进行湿法刻蚀，因此得到的黑硅绒面纳米孔结构尺寸可控，提高了纳米绒面制备的可控性，具有可重复性，可以极大改善光的吸收。
进一步的，在上述制备方法中，还包括如下技术特征：
对所述光刻胶面进行激光曝光为：将所述硅片放置在激光光路中，进行第一次激光曝光，然后将所述硅片旋转90°，进行第二次激光曝光。
所述第一次激光曝光时间为5-30s，所述第二次激光曝光时间为5-30s。
两次曝光以在光刻胶上形成交叉纹路，从而为后续光刻胶上孔洞的形成提供基准点，激光设备优选为单波长激光，以增加准直性高，其中单波长激光的功率越大，所需曝光时间越短。这里需要说明的是，曝光时间和曝光次数也可以根据不同的需求而进行调整，两次曝光使得光刻胶上呈现出孔洞的排列形式，也可以多次曝光以使得光刻胶上呈现出不同形状的排列形式。
进一步的，在上述制备方法中，还包括如下技术特征：
所述对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理为：
采用显影液清洗所述硅片，然后再用去离子水清洗所述硅片以去除硅片表面的所述显影液。
通过显影液清洗被激光曝光后的光刻胶，以形成呈周期性网孔图案排列的光刻胶面。
显影液为与光刻胶相配套的显影液，浓度可以为原液浓度，这里需要说明的是对光刻胶的种类和显影液的种类均没有特殊的要求，只需光刻胶与显影液配套使用能够达到相同的技术效果即可，如SU8系列的配套光刻胶及显影液。当然，也可以根据不同的需要对相关溶液进行稀释，比如若是稀释了显影液后，显影时间也会随之延长。
进一步的，在上述制备方法中，还包括如下技术特征：
所述在经过结构化预处理的光刻胶面上制作一层金属层为：
在经过结构化预处理的光刻胶面上蒸镀一层金属层。优选的，所述蒸镀的温度为300-350℃，蒸镀电流为60-80mA，蒸镀时间为5-10min，蒸镀金属的厚度为10-50nm。金属层可以为金层、银层或者铜层等，先在光刻胶面上沉积一层金属纳米颗粒，通过控制金属纳米颗粒的大小和分布，以有利于对控制绒面的结构形貌。
进一步的，在上述制备方法中，还包括如下技术特征：
所述在所述硅片上进行湿法刻蚀为：
将所述硅片放置在氢氟酸、硝酸和去离子水的混合溶液中进行反应，氢氟酸、硝酸和去离子水的体积比为：0.1-1:1-4:0.5-2.5，反应温度为室温，反应时间30-200s，刻蚀孔洞直径20-100nm，孔深100-500nm。
常规黑硅绒面制备方法一般采用湿化学刻蚀法，其中湿法刻蚀的方法具体为在刻蚀液中添加有硝酸银，还原成硅片附着的任意小颗粒，而后在金属所在的地方继续刻蚀，此种方法过于不可控。
综上所述，利用上述方案提供的黑硅电池的绒面制备方法，得到的黑硅绒面纳米孔结构尺寸可控，提高了纳米绒面制备的可控性，具有可重复性，可以极大改善光的吸收。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，包括：
在硅片表面旋涂光刻胶制作光刻胶面；
对所述光刻胶面进行激光曝光；
对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理；
在经过结构化预处理的光刻胶面上制作金属层；
清洗掉所述光刻胶层；
在所述硅片上进行湿法刻蚀，形成黑硅绒面。
2.根据权利要求1所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，
所述对所述光刻胶面进行激光曝光为：
将所述硅片放置在激光光路中，进行第一次激光曝光，然后将所述硅片旋转90°，进行第二次激光曝光。
3.根据权利要求1所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，所述对激光曝光后的光刻胶面进行结构化预处理为：
采用显影液清洗所述硅片，然后再用去离子水清洗所述硅片以去除硅片表面的所述显影液。
4.根据权利要求1所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，所述在经过结构化预处理的光刻胶面上制作金属层为：
在经过结构化预处理的光刻胶面上蒸镀金属层。
5.根据权利要求1所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，所述在所述硅片上进行湿法刻蚀为：
将所述硅片放置在氢氟酸、硝酸和去离子水的混合溶液中进行反应。
6.根据权利要求2所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，所述第一次激光曝光时间为5-30s，所述第二次激光曝光时间为5-30s。
7.根据权利要求4所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，所述蒸镀的温度为300-350℃，蒸镀电流为60-80mA，蒸镀时间为5-10min，蒸镀金属的厚度为10-50nm。
8.根据权利要求5所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，所述氢氟酸、所述硝酸和所述去离子水的体积比为：0.1-1:1-4:0.5-2.5。
9.根据权利要求5所述的黑硅电池的绒面制备方法，其特征在于，反应温度为室温，反应时间30-200s。
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