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             太阳能单晶硅片制绒液技术原理

            单晶硅太阳电池由于其相对高的效率和低的成本而备受关注。人们为了提高电池效率、降低电池成本进行了很多有益的探讨。在晶体硅电池中,表面制绒一直备受关注。通过表面制绒不仅可以降低表面的反射率,而且还可以在电池的内部形成光陷阱,从而显著地提高太阳电池的转换效率。目前已有的表面制绒方法有:化学腐蚀法、反应离子刻蚀法、光刻法、机械刻槽法等。其中,光刻法一直处于实验室阶段,优点是可以制备出更规则的绒面结构。反应离子刻蚀和机械刻槽法虽然能得到很低的表面反射率,但是由于生产速度慢、成本高而一直没有实现产业化。化学腐蚀法因成本低、生产率高且方法简单,一直在产业上广泛应用。

            硅晶体中晶向不同的硅原子排列间距有异,因此碱溶液对各晶向的腐蚀速度也不相同,各向异性腐蚀速率除了由晶向决定外, 还和腐蚀液类型、温度、配比等有关。按照Arrhenius定律,腐蚀速率R= R0 exp(-Ea/KT),从实验中可确定各种腐蚀剂的激活能Ea和与指数因子R0。对于不同的腐蚀剂Ea和R0不同,对同一腐蚀剂(如NaOH和KOH等),也会随配比的不同而改变。化学腐蚀法一般是一定浓度的NaOH或KOH溶液中添加一定比例的IPA和硅酸钠,在75~95℃下将硅腐蚀30min,便在单晶硅表面得到具有理想的金字塔结构的绒面,关于金字塔绒面的形成机理,一般的解释有微电池电化学腐蚀原理和晶体在各个不同晶向上具有不同的原子面密度。但这些理论不能解释添加剂(如乙醇、异丙醇等)的加入对各向异性因子的影响和溶液重复性差等问题。到目前为止,金字塔绒面的形成机理尚不完全清楚,一直处在争论中,其中最具有说服力的是Seidel 于1990 年提出的电化学模型。该模型认为各向异性腐蚀是由于硅表面悬挂键密度和背键结构、能级不同而引起的。

            本项目是对目前比较成熟的化学腐蚀法制绒工艺进行改进,引入混合有机碱腐蚀试剂及我们自主研发的高分子有机物制绒配合剂,从而改变了化学腐蚀液体系,进而改善了制备单晶硅的表面织构化工艺,具有开创性作用。从我们前期的研究中发现制绒效果很好,我们自主研发的高分子有机制绒配合剂具有价格便宜、来源广泛、绿色环保、无挥发性等特点,有机碱具有制绒无残留、制绒效果好和对制绒设备腐蚀率更小的特点,彻底解决了现有工业生产时NaOH,IPA和硅酸钠制绒体系中由于IPA挥发性高、价格昂贵、有毒、污染环境和NaOH的制绒残留及较强的设备腐蚀性等引起的一系列环境问题和安全生产问题,为太阳能单晶硅片的绿色生产和安全生产提供了保障。

             

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