文档介绍：实验分析与设计
采用正交实验优化单晶硅太阳电池表面织构化工艺
摘要:采用正交实验的方法对碱各向异性腐蚀制备单晶硅绒面进行了优化, %, 在表面沉积减反射膜(ARC)后的平均反射率为2 .56 %。制绒液中NaOH 的质量分数为1 ~ 3%时, 制备的单晶硅绒面反射率较低。Na2SiO3 的存在为反应提供了更多的起始点, 所制作的绒面排列更为紧密, 但Na2 SiO3 的浓度过高会阻碍反应进行, 得不到理想的绒面。IPA 可以加速反应产生的氢气泡从硅片表面逃逸, 减弱NaOH 的腐蚀强度, 获得良好的各向异性因子。随着制绒反应时间延长,硅片表面的金字塔长大, 反射率降低, 这个过程是“金字塔”不断长大和被削平的过程。常温下难以制得绒面, 要在减少醇挥发的情况下尽量提高反应温度。
关键词:单晶硅;表面织构化;正交实验;各向异性
2007 年世界太阳电池产量达4 。279 GW , 比2006 年增长了69 % , 其中以单晶硅太阳电池为主。与多晶硅太阳电池相比, 可有效地在单晶硅太阳电池表面制作陷光结构, 从而大大减少太阳光在硅片表面的反射损失。
化学制作绒面的原理是碱溶液对单晶硅不同晶面的溶解速率不同, 以致在单晶硅表面形成了随机分布的金字塔, 增加了光在硅片表面的反射吸收次数, 从而降低了太阳电池的表面反射率。目前, 国内外从事单晶硅表面碱溶液腐蚀的研究人员分别采用NaOH , KOH ,N a3PO4 ,NaHCO3 和Na2SiO3等溶液进行单晶硅表面织构的制备。为了获得良好的单晶硅表面反射率和实验的可重复性, 及对金字塔结构的形成机理和影响因素有更为透彻的理解, 本文选择NaOH 作为反应物、异丙醇作为添加剂, 通过正交实验对单晶硅表面织构化技术进行优化, 并研究溶液成分、配比、腐蚀时间等因素对太阳电池表面
织构的影响, 为工业生产提供依据。
1 实验原理和实验过程
1 .1 实验原理
在高温下, 硅与碱发生如下的化学反应:Si +2OH- +H2O =SiO32 - +2H2 ←, 因而通常用热的碱溶液来腐蚀硅片。由于硅晶体中晶向不同的硅原子排列间距有异, 因此碱溶液的腐蚀速度也不相同。文献中将晶体硅的(100)面与(111)面的被腐蚀的速率之比定义为“各向异性因子”(Anisot ropic Factor ,AF) 。通过改变碱溶液的浓度和温度, 可以有效地改变各向异性因子, 使[ 100] 方向的腐蚀速度较快,而在[ 111] 方向的腐蚀速度较慢。当AF =10 时, 对各向异性制备绒面效果最佳。(100)面的腐蚀速度比(111)面大数十倍以上, 所以[ 100] 晶向的单晶硅片经各向异性腐蚀后最终在表面形成许许多多表面为(111)的四面方锥体。
1 .2 实验过程
实验所使用的硅片是上海九晶公司生产的(100)晶面的单晶硅片, 阻率为0 .5 ~ 3 Ψ· cm , 样品尺寸为25 mm ×25 mm。首先将硅片放入乙醇中进行超声清洗, 然后在85 ℃下, 质量分数20 %的NaOH 水溶液中进行腐蚀, 以去除表面损伤层, 上下表面各去除约10 μm 的厚度。最后根据实验的设计, 在不同的腐蚀液浓度、温度、添加剂用量和时间下进行表面绒面制备。实验中用恒温水浴锅(H .S