在单晶硅太阳能电池表面制作绒面结构，可以降低太阳能电池表面的反射率，提高光生载流子密度，从而达到提高电池的光电转换效率，降低生产成本的目的。本文通过研究单晶硅太阳能电池的常见工业制绒方法，提出单晶硅太阳能电池的新的制绒方法，供相关人员参考。 1 基本情况 随着现代工业的发展，人们对能源的需求日趋加大，引发了全球性的能源危机。太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源，太阳能电池以其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应的主要支柱。太阳能电池作为一种新兴能源已经走上世界舞台。 目前，从市场上所使用的半导体材料来看，晶体硅太阳能电池依旧是市场的主角。晶体硅太阳能电池主要是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，一直保持着90%以上的市场占有率，牢牢统治着整个太阳能市场。高转换效率、低成本是太阳电池发展的主要趋势。如何提高太阳能电池的转换效率，降低生产成本一直是研究的一个重点，而有效的减少太阳能在硅片表面的反射损失提高电池的陷光效应是提高太阳能电池转换效率的一个重要手段。因此在降低太阳能电池表面反射率方面采用了多种方法，例如：表面制绒和沉积减反膜。在晶体硅太阳能电池表面制备绒面已经是太阳能电池工艺中必不可少的一个重要步骤，有绒面的太阳能电池能减少光的反射，增加光的吸收，提高短路电流，从而提高太阳能电池的光电转换效率。而通过化学腐蚀的方法在晶体硅表面制备绒面，以其工艺的简单、快捷、有效而备受亲睐。 2 单晶硅太阳能电池的常见工业制绒方法 太阳能电池表面制作绒面已经有几十年的历史，对于单晶硅太阳电池来说，可以利用各向异性腐蚀的原理，在（100）晶面的硅片上生成正向金字塔的绒面结构。其主要机理就是单晶硅太阳电池的表面通过碱性溶液在（100）晶向的各项异性腐蚀可以在硅片表面形成类似于金字塔的结构，这样可以在硅片表面形成多次反射，大幅度的提高太阳能电池对光的吸收。当前国内外有很多研究小组在从事关于单晶硅表面碱溶液腐蚀的研究，所采用的多为NaOH（KOH）、Na3PO4或Na2CO3等碱溶液，并加入异丙醇（IPA）或乙醇作为添加剂，以获得较理想的表面反射率和实验重复性。由于异丙醇较高的成本以及对环境有污染的原因，不利于工业生产，寻找无需加入异丙醇的新的碱溶液配方已成为该领域的研究热点。 工业上常见的单晶硅绒面的制作方法有以下几种： 2.1采用氢氧化钾（或者氢氧化钠）与异丙醇（或者乙醇）在单晶硅太阳能电池表面上制作绒面。优点是：工艺成熟，易于控制，目前已经用在大规模工业生产上；缺点是：醇类物质易挥发，特别是IPA易燃、易爆，爆炸限为2.0%―12.7%，遇明火极易发生爆炸，而且价格很高。因此，寻找异丙醇的替代物或者不需添加异丙醇的制绒液成为后来的研究热点。 2.2硅酸钠作为制绒液（不需任何添加剂）。优点是：不需要IPA等价格较高的添加剂，成本较低；缺点是：腐蚀时间过长，均匀性和反射率都不及传统的制绒技术，且重复性不好，只能用作实验研究。但是如果用少量的硅酸钠与传统的氢氧化钠和异丙醇的混合液体系来制作绒面，则会得到更加均匀，反射率更低的表面结构。 2.3碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液作为腐蚀液来制作绒面，目前在国外一些公司采用这种方法制作绒面。优点是：碳酸钠和碳酸氢钠的价格便宜，成本相对较低，另外，碳酸钠是一种弱碱，不会像氢氧化钠反应那么剧烈；缺点是：碳酸盐溶液在温度稍低的情况下容易结晶，给工业生产带来了很大的不便。 2.4浙江大学硅材料国家重点实验室发明的用磷酸钠溶液来制绒的技术，腐蚀25min后就可以在硅片表面形成金字塔大小均匀，覆盖率较高的绒面结构，并且其表面反射率也很低。更重要的是这种腐蚀剂的成本很低，不污染环境，可重复性较好，有可能用在大规模工业生产中。 2.5醋酸钠和氢氧化钠的混合液制绒。醋酸根离子可以很好地起到替代IPA的作用，而且醋酸钠比碳酸钠和磷酸钠都要便宜。使用此方法制绒后得到的硅片，无论从表面形貌还是表面反射上来说，都要比原来的制绒方法要好，但是这种制绒方法的缺点是由于氢氧根离子的浓度没有氢氧化钠溶液中的浓度大，因此，此制绒方法的制绒时间仍然很长，需要进一步优化。 2.6使用次氯酸钠溶液和乙醇的混合液制绒。该方法制备工艺简单，成本较低，且对环境无污染，最重要的是该方法制绒后的硅片表面反射率较低，且金字塔颗粒较小，有很广阔的应用前景。但是目前尚处于实验室研究阶段，尚未用于大面积工业化生产。 3 单晶硅太阳能电池的制绒新方法 在上述第（6）使用次氯酸钠溶液和乙醇的混合液的制绒方法中所使用的乙醇在制绒温度下极易挥发，所以我们针对此缺点，进行了相应的改善，用1，4环己烷二甲醇（CHTH）替代乙醇配制制绒液，制备单晶硅的绒面，以期能获得良好的绒面结构。 CHTH是一种醇类，英文是1，4-Cyclohexanedimethanol，中文叫1，4-环己烷二甲醇，分子式是C8H16O2，是由一个苯环连接两个羟基组成的，CHTH是白色蜡状固体，具有在环状结构上的1，4位对称取代的伯羟基团的二元醇，与水和低分子量醇混溶，溶于酮，几乎不溶于脂肪族烃和乙醚。其升华点（101.325kPa）160℃，沸点是283℃，熔点31.5℃，闪点161℃，密度是1.150g/cm3。通过关于CHTH的物理和化学性质的了解，可以得出CHTH有很高的沸点且于水混溶，在传统80-90℃单晶硅的制绒温度下也一定具有很好的稳定性，所以我们把它应用到我们未来的单晶硅片绒面制备上，取代异丙醇或者是乙醇，与次氯酸钠溶液混合，按一定的比例配制成溶液，对单晶硅片制绒，具体的实验以及分析我们也将在接下来的实验工作中详细讨论，我们有理由相信，用CHTH替代乙醇必将对单晶硅绒面的制备产生积极的影响。 |
