CN202189816U

CN202189816U - 太阳能硅片表面蚀刻装置及太阳能硅片的结构

Info

Publication number: CN202189816U
Application number: CN2011202613670U
Authority: CN
Inventors: 沈彪; 李向清; 胡德良
Original assignee: JIANGYIN AIDUO PV TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Aiduo Photovoltaic Technology Co Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2021-07-22

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能硅片表面蚀刻装置及太阳能硅片的结构，该装置包含浸泡硅太阳能硅片的容器，在容器内装有酸性溶液及化学活性低于硅的金属化合物的混合溶液；太阳能硅片与所述混合溶液至少一表面接触，混合溶液中的金属化合物与太阳能硅片表面形成化学置换反应，使太阳能硅片的表面均匀附着有若干个金属原子，而在太阳能硅片被附着的表面并形成氧化区，氧化区受酸性溶液的侵蚀，进而形成若干个凹入表面的凹陷。该结构应用于太阳能电池中时，可增加太阳光二次入射的比率，来加强抗反射的目的。用浸泡方式以及化学置换反应即可成形，大大降低了加工工艺的复杂度以及制作成本，还可控制所述凹陷均匀铺设在所述太阳能硅片的表面。

Description

太阳能硅片表面蚀刻装置及太阳能硅片的结构

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能硅片蚀刻装置及太阳能硅片的结构，其目的在于，提供一种利用化学置换反应来改变结晶硅的化学性质，可轻易且快速形成具有若干个凹陷的太阳能硅片蚀刻装置及其太阳能硅片的结构。

背景技术

由于目前人类主要依赖的各种能源来源，如铀、天然气与石油等，在未来数十年之内就会使用殆尽，科学家已投入大量心力与资金，用于开发替代能源的应用上，如太阳能、风力、波力及地热，且都获致不错的成果。但是，风力、波力及地热的运用皆具有其地域限制性，必须在某些环境才可以使用，如火山区或海岸边，且其所使用的设备庞大，如风车及深海海水的取水管线。因此，科学家一致看好太阳能的应用，并投入大量人力发展相关的转换装置，即太阳能电池。

目前世界上各个研究单位利用各种材料及利用各种技工工艺来制做太阳电池，而所得到的太阳能电池的光电转换效率并不尽相同；此外，太阳电池的材料可区分为单晶硅、多晶硅、非晶硅；三五族，包括呻化嫁、磷化锢、磷化嫁锢；二六族，包括碲化镉、硒化铟铜等。而目前最高的光电转换效率分别为：单晶硅24.7％、多晶硅19.8％、非晶硅14.5％、砷化鎵25.7％、硒化铟铜18.8％。一般而言，实验室阶段的太阳能电池的光电转换效率己可达30％以上，但是市面上所出售的量产阶段的太阳能电池，其光电转换效率一般低于20％，仍有进一步改进的空间。而在成本及光电转换效率的双重比较下，目前以结晶硅的应用较多(包括单晶硅及多晶硅)，但在一些较低阶的应用上，如太阳能计算器或太阳能手表，则使用光电转换效率较低但价格较便宜的非晶硅做为太阳能电池的材料。

此外，由于太阳电池的整体价格太高，且太阳能硅片成本占太阳电池的总成本一半以上。因此，科学家需要竭尽所能地想办法提高太阳能电池的光电转换效率，并寻求有效降低成本的加工工艺，以提高太阳能电池的实用性。目前，科学家提高太阳电池的光电转换效率的方法是提供光吸收的面积(如利用硅纳米线做为与入射光子反应的材料)或增加入射光子的数量(如设置抗反射层或形成粗糙表面而增加反射率)。但是，硅纳米线的制程繁杂，且需要使用金属触媒以促进硅纳米线的生长。这些金属触媒不仅额外增加成本，且对于硅纳米线而言，这些金属触媒为不纯物且会阻碍电子在硅纳米线中的传输，影响太阳能电池的光电转换效率。此外，设置抗反射层必须利用复杂的光罩及蚀刻工艺将太阳能硅片的表面蚀刻成三角锥状，且利用蒸镀方式在三角锥状表面涂布抗反射层。而这些工艺都会增加太阳电池的价格且降低其生产效率，不利于大量生产以增加其市场占有率。

再者，形成粗糙表面可利用湿蚀刻或干蚀刻方式蚀刻，其中，湿蚀刻公益一般使用化学药剂(例如酸性药剂)，将太阳能硅片的表面蚀刻成一个个的凹洞，若干个凹洞增加了太阳能硅片的表面积，进而增加了入射光子的数量；而该湿法蚀刻工艺仅能形成微米级的凹陷，而无法形成纳米级；另外，所述干蚀刻工艺亦即使用光罩进行曝光、显影、蚀刻等方式，在太阳能硅片的表面形成一个个的凹洞，虽然可利用光罩的图形来控制凹洞的大小(例如可形成微米级或纳米级的凹洞)，但其工艺较为繁杂，且需要制作精密度较高的光罩，成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种利用化学置换反应来改变结晶硅的化学性质，可轻易且快速形成具有若干个凹陷的太阳能硅片蚀刻装置及太阳能硅片的结构。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述装置包含浸泡太阳能硅片的容器，在所述容器内装有酸性溶液及化学活性低于硅的金属化合物的混合溶液；所述太阳能硅片与所述混合溶液至少一表面接触，所述混合溶液中的金属化合物与太阳能硅片表面形成化学置换反应，使所述太阳能硅片的表面均匀附着有若干个金属原子，而在所述太阳能硅片被附着的表面并形成氧化区，所述氧化区受酸性溶液的侵蚀，进而形成若干个凹入表面的凹陷。

作为优选的技术方案，所述的酸性溶液为氢氟酸，所述的金属化合物为硝酸铜，而附着于太阳能硅片表面的金属原子为铜。

作为优选的技术方案，所述的蚀刻装置还设有用以固定所述太阳能硅片，并使所述太阳能硅片与所述酸性溶液接触的固定组件。

进一步优选的技术方案是，所述固定组件设有至少一吸嘴。

进一步优选的技术方案还可以是，所述固定组件为夹具。

作为优选的技术方案，所述氧化区为太阳能硅片经氧化作用所形成二氧化硅的区域。

本实用新型的技术方案还提供了一种太阳能硅片的结构，在所述太阳能硅片的表面形成有若干个与酸性溶液中的金属化合物形成化学置换反应的氧化区，各氧化区进而受酸性溶液的蚀刻，进而形成若干个凹入表面的凹陷。

作为优选的技术方案，所述酸性溶液为氢氟酸，所述金属化合物为硝酸铜。

进一步优选的技术方案是，所述各氧化区附着有由金属化合物经氧化作用所形成的若干个铜原子。

作为优选的技术方案，所述氧化区为太阳能硅片经氧化作用所形成的二氧化硅区域。

本实用新型的优点和有益效果在于：

1、该太阳能硅片蚀刻结构应用于太阳能电池中时，可增加太阳光二次入射的比率，来加强抗反射的目的，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

2、与现有太阳能硅片制作方式需要搭配上光阻、曝光与蚀刻等黄光加工工艺相比较，本实用新型仅用浸泡方式以及化学置换反应即可成形，大大降低了制程的复杂度以及制作成本。

3、本实用新型利用太阳能硅片浸泡于容器中的方式，可控制所述凹陷均匀铺设在所述太阳能硅片的表面。

附图说明

图1为本实用新型中容器与混合溶液的结构示意图；

图2为本实用新型中太阳能硅片蚀刻装置的结构示意图；

图3为本实用新型中太阳能硅片浸泡于容器中的结构示意图；

图4为本实用新型中太阳能硅片表面与金属化合物进行化学置换反应的结构示意图；

图5为本实用新型中太阳能硅片表面形成若干个凹陷的结构示意图；

图6为本实用新型中太阳能硅片蚀刻结构的结构立体图。

图中：1、蚀刻装置；11、容器111、酸性溶液；112、金属化合物；113、混合溶液；12、固定组件；131、氧化区；13、太阳能硅片；21、金属原子；3、太阳能硅片蚀刻结构；31、凹陷。

[具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1、图2所示，本实用新型太阳能硅片蚀刻装置及太阳能硅片的结构，该蚀刻装置1至少包含有一容器11，在容器11中装有酸性溶液111及化学活性较硅低的金属化合物112的混合溶液113；固定组件12，该固定组件12设于该容器11上方并固定有至少一太阳能硅片13；至少有一片太阳能硅片13，该太阳能硅片13固定于固定组件12上，并受该固定组件12的作动而朝容器11移动，并使该太阳能硅片13与该混合溶液113接触，如图3所示；当然，该固定组件可以设有至少一吸嘴，该吸嘴以真空吸取方式来固定太阳能硅片，或是可以为夹具结构来夹取该太阳能硅片；使太阳能硅片13表面形成有若干个与酸性溶液中的金属化合物形成化学置换反应的氧化区131，各氧化区131进而受酸性溶液的侵蚀，进而形成若干个凹入表面的凹陷31，用己完成该太阳能硅片蚀刻结构3，如图6所示。

其中，该混合溶液113中含有酸性溶液(例如氢氟酸，HF)以及化学活性较硅低的金属化合物，例如IB族过渡金属的化合物，而本实施例中以硝酸铜(AgNO₃)为佳，而当太阳能硅片1其中一表面浸泡于该混合溶液113中，该太阳能硅片13与该混合溶液113进行下列的反应步骤：

A、该混合溶液中的金属化合物(硝酸铜，AgNO₃)与该太阳能硅片形成化学置换反应，亦即该太阳能硅片进行氧化作用，而该硝酸铜(AgNO₃)进行还原作用，其反应化学式如下：

AgNO₃+e^-→Ag↓+NO₃

B、该硝酸铜(AgNO₃)进行还原作用所形成的若干个金属原21(即铜原子)则均匀附着于太阳能硅片13的表面，如图4所示；

C、而该太阳能硅片13被附着的表面并形成若干个氧化区131，该氧化区131即为太阳能硅片进行氧化作用后所形成的二氧化硅(SiO₂)；

D、各氧化区131为失去一价电子所形成的二氧化硅(SiO₂)其容易受氢氟酸的侵蚀作用而溶解去除；

E、各氧化区131溶解去除后，则于该太阳能硅片13表面形成若干个凹入表面的凹陷31，则形成太阳能硅片蚀刻结构3，如图5及图6所示。

本实用新型与现有的蚀刻装置或蚀刻结构具有下列优点：

2、与有制作方式需搭配上光阻、曝光与蚀刻等黄光工艺相比较，本实用新型仅采用浸泡方式以及化学置换反应即可成形，大大降低了生产工艺的复杂度以及制作成本。

3、本实用新型利用太阳能硅片浸泡于容器中的方式，可控制该凹陷均匀铺设于该太阳能硅片的表面。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述装置包含浸泡硅太阳能硅片的容器，在所述容器内装有酸性溶液及化学活性低于硅的金属化合物的混合溶液；所述太阳能硅片与所述混合溶液至少一表面接触，所述混合溶液中的金属化合物与太阳能硅片表面形成化学置换反应，使所述太阳能硅片的表面均匀附着有若干个金属原子，而在所述太阳能硅片被附着的表面并形成氧化区，所述氧化区受酸性溶液的侵蚀，进而形成若干个凹入表面的凹陷。

2.如权利要求1所述的太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述的酸性溶液为氢氟酸，所述的金属化合物为硝酸铜，而附着于太阳能硅片表面的金属原子为铜。

3.如权利要求1所述的太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述的蚀刻装置还设有用以固定所述太阳能硅片，并使所述太阳能硅片与所述酸性溶液接触的固定组件。

4.如权利要求3所述的太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述固定组件设有至少一吸嘴。

5.如权利要求3所述的太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述固定组件为夹具。

6.如权利要求1所述的太阳能硅片表面蚀刻装置，其特征在于，所述氧化区为太阳能硅片经氧化作用所形成二氧化硅的区域。

7.一种太阳能硅片的结构，其特征在于，在所述太阳能硅片的表面形成有若干个与酸性溶液中的金属化合物形成化学置换反应的氧化区，各氧化区受酸性溶液的蚀刻，进而形成若干个凹入表面的凹陷。

8.如权利要求7所述的太阳能硅片的结构，其特征在于，所述酸性溶液为氢氟酸，所述金属化合物为硝酸铜。

9.如权利要求8所述的太阳能硅片的结构，其特征在于，所述各氧化区附着有由金属化合物经氧化作用所形成的若干个铜原子。

10.如权利要求7所述的太阳能硅片的结构，其特征在于，所述氧化区为太阳能硅片经氧化作用所形成的二氧化硅区域。