CN102618937A - 一种单晶硅太阳电池的制绒工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅太阳电池的制绒工艺，包括如下步骤：(1)将单晶硅片放入弱碱性清洗液进行清洗，去除硅片表面损伤；(2)将清洗后的单晶硅片放入氢氧化钾和异丙醇的混合液中，在硅片表面形成金字塔结构的绒面；(3)将步骤(2)完成后的硅片放入混合溶液中进行制绒，使其表面形成多孔金字塔结构的绒面；所述混合溶液为HF溶液、AgNO3溶液和H2CrO4溶液的混合液；(4)清洗硅片。本发明开发了一种新的单晶硅太阳电池的制绒工艺，实验证明，最终经过处理的单晶硅表面反射率在可见光范围内可以稳定在5%以下，取得了显著的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种单晶硅太阳电池的制绒工艺，属于太阳能技术领域。
背景技术
随着石化资源的日益枯竭，可再生能源的应用受到越来越多的关注。作为可再生能源的一部分，太阳能应用正以迅猛的速度在发展。太阳能光伏发电绝大部分依靠晶体硅太阳电池，由于光伏发电成本较高，制约着太阳能电池的广泛应用，因而，提高光电转换效率以降低成本成为普遍的趋势。入射光在晶体硅太阳电池表面的反射损失是光电转换效率损失中的一个重要方面，现有的办法是在硅片表面制作绒面以达到降低表面反射率的目的。
现有的常规制绒工艺为碱反应形成金字塔绒面结构，通过入射光在金字塔结构的多次反射来降低反射率。实验发现，对于现有的金字塔绒面结构，在可见光波段范围内，其平均反射率一般在10%以上；而在光波长小于350nm时，反射率可以达到30%以上。由此可见，对整个太阳光谱而言，常规制绒后硅片表面的反射损失依然比较大，特别是高能量的短波损失。
为了进一步降低硅片表面的反射率，对入射光有限制作用的多孔硅是一个比较好的备选方案。如中国发明专利申请CN102299207A公开了一种用于太阳电池的多孔金字塔型硅表面陷光结构制备方法，其主要步骤如下：a、清洗硅片；b、采用碱刻蚀制备金字塔结构表面；c、离子溅射镀银；d、采用贵金属纳米粒子催化刻蚀；e、去除残留的银，得到硅表面多孔金字塔型陷光结构；f、抽真空干燥，干燥器中保存。
虽然上述制备方法得到的硅片的表面反射率较低，但其存在如下问题：(1) 由于其采用了离子溅射镀银工艺，会对硅片造成一定的损伤，会影响其电性能；(2) 离子溅射镀银是在硅片表面溅射一层银颗粒，消耗了大量的贵金属，提高了生产成本；(3) 溅射镀银膜的方式可能会引入一些有害杂质，大面积制备存在一定的不均匀性，与现有碱溶液制绒工艺兼容性差。因此，开发一种新的与现有工艺兼容的单晶硅太阳电池的制绒工艺，以提高多孔金字塔结构的均匀性，具有积极的现实意义。
发明内容
本发明目的是提供一种单晶硅太阳电池的制绒工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单晶硅太阳电池的制绒工艺，包括如下步骤：
(1) 将单晶硅片放入弱碱性清洗液中进行清洗，去除硅片表面损伤；
(2) 将清洗后的单晶硅片放入氢氧化钾和异丙醇的混合液中，在硅片表面形成金字塔结构的绒面；
(3) 将步骤(2)完成后的硅片放入混合溶液中进行制绒，使其表面形成多孔金字塔结构的绒面；
所述混合溶液为HF溶液、AgNO3溶液和H2CrO4溶液的混合液，三者的浓度分别为5~15mol/L、0.0001~0.0004mol/L和0.05~0.5mol/L；
反应时间为5~20min，反应温度为10~70℃；
(4) 清洗硅片。
上述技术方案中，所述步骤（1）中，弱碱性清洗液可以为柠檬酸钠或氨水。
上述技术方案中，所述步骤(1)中，清洗温度为70~90℃，清洗时间为5~20min。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，氢氧化钾的质量浓度为1~3%，异丙醇的体积浓度为3~8%。
上述技术方案中，所述步骤(2)的反应温度为70~85℃，反应时间为20~60min。
本发明利用HF/AgNO3/H2CrO4的混合溶液在具有金字塔结构的硅片表面制备均匀的多孔硅，最终形成多孔金字塔结构的绒面。其中，低浓度的硝酸银的作用是在硅片表面涂覆一层分散的银颗粒，铬酸的作用是氧化硅片，最终氢氟酸将硅片氧化生成的SiO2以硅氟酸的形式从硅片表面输运至溶液中，这样氧化反应发生处的硅表面再一次与氧化剂接触并反应，接着氧化产物被输运至溶液中，从而使反应周而复始的进行。实验证明，最终经过处理的单晶硅表面反射率在可见光范围内可以稳定在5%以下，取得了显著的效果。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1．本发明开发了一种新的单晶硅太阳电池的制绒工艺，实验证明，最终经过处理的单晶硅表面反射率在可见光范围内可以稳定在5%以下，取得了显著的效果。
2．本发明的制备方法简单易行，处理时间短，与现有工业生产工艺兼容性好，适于推广应用。
3．本发明采用浓度较低的AgNO3溶液进行制绒，AgNO3溶液能够在硅片表面形成分散均匀的银颗粒，因而制得的多孔金字塔结构的绒面的均匀性较好，稳定性高。
附图说明
图1是本发明实施例一中单晶硅表面的SEM图；
图2是本发明实施例一中单晶硅绒面的反射光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种单晶硅太阳电池的制绒工艺，包括如下步骤：
1）将厚度为180±10μm，大小为20mm× 20mm的硅片投入浓度为5%柠檬酸钠溶液中，在90℃条件下反应5min，初步去除硅片表面脏污和损伤；
2）将清洗后的硅片放入KOH和异丙醇的混合溶液中，其中KOH的浓度为3%，异丙醇的体积浓度为8%，于85℃条件下反应30min，在硅片表面形成大小均匀的金字塔结构；
3）将上步得到的具有金字塔结构的硅片放入装有混合溶液的聚四氟乙烯密封容器中，在50℃下，反应5min，所述混合溶液为10mol/L HF+0.0001mol/L AgNO3+0.2mol/L H2CrO4的混合液，在金字塔表面形成多孔金字塔结构（见图1所示）；
4）最后用去离子水冲洗硅片表面，去除铬酸溶液在硅片表面的褐红色残留。
金字塔结构表面的多孔状结构有利于入射光的吸收，本实施例所制得的单晶硅太阳电池绒面的表面反射率的极低，在400~800nm可见光范围内其平均反射率为4.0%（见图2）。
实施例二
一种单晶硅太阳电池的制绒工艺，包括如下步骤：
1）将厚度为180±10μm，大小为20 mm× 20 mm的硅片投入浓度为5%柠檬酸钠溶液中，在90℃条件下反应5min，初步去除硅片表面脏污和损伤；
2）将清洗后的硅片放入KOH和异丙醇的混合溶液中，其中KOH的浓度为3%，异丙醇的体积浓度为8%，于85℃条件下反应30min，在硅片表面形成大小均匀的金字塔结构；
3）将步骤2）的具有金字塔结构的硅片放入装有混合溶液的聚四氟乙烯密封容器中，在10℃下，反应20min，所述混合溶液为5mol/L HF + 0.0002mol/L AgNO3 + 0.5mol/L H2CrO4的混合液，在金字塔表面形成多孔金字塔结构；
4）最后用去离子水冲洗硅片表面，去除铬酸溶液在硅片表面的褐红色残留。
本实施例所制得的低表面反射率的单晶硅太阳电池绒面，在400~800nm可见光范围内其平均反射率为4.5%。
实施例三
1）将厚度为180±10μm，大小为20 mm× 20 mm的硅片投入浓度为5%氨水中，在80℃条件下反应5min，初步去除硅片表面脏污和损伤；
2）将清洗后的硅片放入KOH和异丙醇的混合溶液中，其中KOH的浓度为3%，异丙醇的体积浓度为8%，于85℃条件下反应30min，在硅片表面形成大小均匀的金字塔结构；
3）将步骤2）的具有金字塔结构的硅片放入装有混合溶液的聚四氟乙烯密封容器中，在70℃下，反应8min，所述混合溶液为15mol/L HF + 0.0004mol/L AgNO3 + 0.05mol/L H2CrO4的混合液，在金字塔表面形成多孔金字塔结构；
4）最后用去离子水冲洗硅片表面，去除铬酸溶液在硅片表面的褐红色残留。
本实施例所制得的低表面反射率的单晶硅太阳电池绒面，在400~800nm可见光范围内其平均反射率为4.3%。
Claims (5)
1.一种单晶硅太阳电池的制绒工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将单晶硅片放入弱碱性清洗液中进行清洗，去除硅片表面损伤；
(2) 将清洗后的单晶硅片放入氢氧化钾和异丙醇的混合液中，在硅片表面形成金字塔结构的绒面；
(3) 将步骤(2)完成后的硅片放入混合溶液中进行制绒，使其表面形成多孔金字塔结构的绒面；
所述混合溶液为HF溶液、AgNO3溶液和H2CrO4溶液的混合液，三者的浓度分别为5~15mol/L、0.0001~0.0004mol/L和0.05~0.5mol/L；
反应时间为5~20min，反应温度为10~70℃；
(4) 清洗硅片。
2.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池的制绒工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述弱碱性清洗液为柠檬酸钠或氨水。
3.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池的制绒工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，清洗温度为70~90℃，清洗时间为5~20min。
4.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池的制绒工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，氢氧化钾的质量浓度为1~3%，异丙醇的体积浓度为3~8%。
5.根据权利要求1所述的单晶硅太阳电池的制绒工艺，其特征在于：所述步骤(2)的反应温度为70~85℃，反应时间为20~60min。
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