| 四
黑硅太阳电池性能制约关键工序、控制要点和性能提升方案初探 4.1黑硅制备 4.1.1黑硅的反射率和表面复合间的相互制约 在黑硅的制备过程中，随着制备时间（刻蚀时间-Etch time）的增加，黑硅层厚度（和硅纳米线、棒长度成正比）也在增加，黑硅的反射率继续变低或趋于饱和[23-25,30,31]。这一现象在RIE法[23]和MAE法[31]制备的黑硅中都有出现，典型的例子如图2所示。其中，图2（a）为MAE法经不同刻蚀时间制备的黑硅的反射率[31]，图2（b）是RIE法经不同刻蚀时间反射率、黑硅厚度变化的情况[23]。  图
2（a） MAE 法不同刻蚀时间制备的黑硅的反射率 ； （ b）RIE 法在不同刻蚀时间下的反射率和黑硅厚度
；
表二 不同BSC间的性能参数对比  注：Voc——开路电压（单位：mV）； Jsc——短路电流密度（单位：mA/cm2）； FF——填充因子（百分比）； Eff——光电转换效率（百分比）；Rs——电池串联电阻（单位：）；Rsh——电池并联电阻（单位：）。 反射率的降低有助于避免光损失，但是相应的黑硅表面积也随之增加，这会加剧载流子的表面复合，影响电池的性能。Hsu, W. Chuck等人[32]对比了不同黑硅厚度（不同的表面积）的太阳电池性能（结果如表二所示），发现：随着黑硅层厚度的增加，电池参数普遍有恶化倾向。因此，减反射性能和其它电池参数间是存在竞争的，黑硅层厚度（硅纳米结构的长度）存在一个使各性能指标达到平衡的最优化值。 4.1.2黑硅制备工艺优化 由上述4.1.1的分析可知：为避免大的黑硅表面积所导致的表面复合，在将黑硅的反射率维持在一个可接受的、较低的水平的同时，应该尽可能的减薄黑硅层的厚度，即较短的黑硅制备（刻蚀）时间。Toor, Fatima等人[29]对黑硅制备工艺进行改良，硅片经碱制绒后，再用传统的MAE法制备黑硅，实现了传统的倒金字塔绒面和硅纳米结构相结合的多尺度减反射绒面，其减反射性能和内量子效率(IQE)如图3所示。从图中可以看出：相同刻蚀时间下，400-1200纳米（nm）范围内的反射率和平均反射率，两步制绒的黑硅(图中用Pyramid标示)都较一步法MAE制绒（图中用Planar标示）要低[图3(a)]。而两步制绒的黑硅其IQE表现也比一步法MAE制绒要好，且短波光谱响应随刻蚀时间的减少而提升，最佳IQE的黑硅制绒时间为1分钟（min）[图3(b)]，对应的黑硅层厚约为100nm（），这和Hsu, W. Chuck等人[32]的研究结果一致。由此可以看出：通过优化黑硅制备工艺，可以减薄黑硅层厚度，降低黑硅表面复合，提升短波光谱响应。 |
