单晶硅太阳能电池绒面的制备

【摘要】：为了制作高效率的硅太阳能电池,硅片表面的光反射率应降到最低。硅片表面形貌充分的降低了硅片表面的反射率。太阳电池的表面反射率是影响太阳电池光转化效率的重要因素之一。利用各向异性腐蚀硅片表面,提高入射光吸收效率,进而提高硅太阳能电池的转换效率。因此硅片表面腐蚀对提高太阳能电池效率具有重要意义。 当前国内外已有很多人研究单晶硅表面碱溶液的腐蚀,有席珍强等研究的磷酸钠,有杨志平等研究的硅酸钠,Nishimoto等报道的碳酸钠,碳酸氢钠的混合液,You等报道的TMAH(四甲基氢氧化氨)溶液等,但实验结果重复性差,同时存在有机物成本高、污染大的缺点。而对于多晶硅则是采用酸腐蚀液刻蚀硅片表面,只是溶液的配比不同以及反应条件不一样。因此,硅片表面腐蚀的研究已经引起了人们的高度重视。 本论文主要通过改变添加剂异丙醇溶液的浓度,研究其对单晶硅片表面形貌的影响,发现异丙醇溶液作为氢氧化钠刻蚀溶液的添加剂,对晶体硅太阳能电池表面腐蚀制绒非常重要。在氢氧化钠-异丙醇混合液中加入不同浓度的硅酸钠、醋酸钠和碳酸钠溶液对单晶硅表而形貌的影响,以及单独使用醋酸钠溶液刻蚀单晶硅片所形成的绒面及其对反射率的影响。主要的工作总结如下： (1)对晶向为100的p型单晶硅片进行表面刻蚀,制作减反射绒面。实验用质量分数为3%的氢氧化钠溶液分别和不同浓度的异丙醇溶液,在温度为80。C,时间为40min的条件下对单晶硅片进行刻蚀。实验显示,质量分数为8%的异丙醇溶液刻蚀的硅片表面形貌最好,并在波长为700-900nm之间能够获得较低的反射率,且最佳反射率为10.42%。在上述实验条件下再分别加入质量分数为0.5%、0.3%的碳酸钠溶液,单晶硅片表面分别获得反射率为11.22%、14.27%的减反射绒面。质量分数为0.5%的碳酸钠溶液的加入对其制作绒面的反射率影响不太大,而质量分数为0.3%的碳酸钠溶液的加入则提高了制作绒面的反射率,反而不利于绒面的形成。 (2)根据采用正交实验优化单晶硅太阳电池表面织构化工艺所得出刻蚀的最优理论方案,并用实验验证。最优理论方案是：氢氧化钠1.5%,异丙醇5%,温度85℃,时间25min,硅酸钠4%,得出最佳绒面反射率是11.07%。通过用实验验证其理论,得到最佳绒面反射率是12.98%,此实验在误差允许的范围内与理论基本相符。此外,在氢氧化钠为3%,异丙醇为8%,温度为80℃,时间为40min条件下,分别加入质量分数为0.3%、0.5%的硅酸钠溶液,发现其都能获得均匀的减反射绒面,且通过与未加入硅酸钠溶液所制作的绒面的表面形貌比较发现,硅酸钠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。只不过0.5%的硅酸钠溶液比0.3%的硅酸钠溶液更能为反应提供更多的成核起点,排列更为紧密。 (3)对晶向为100的p型单晶硅片进行表面刻蚀,制作减反射绒面。本实验选用了一种新型的腐蚀剂,即醋酸钠(CH3COONa)溶液,用来腐蚀单晶硅太阳电池。实验中通过分别改变醋酸钠溶液的浓度、温度以及腐蚀时间对硅片表面进行腐蚀。实验发现,通过醋酸钠溶液的腐蚀后在硅片表面形成腐蚀坑大小适中、分布均匀的绒面结构。在醋酸钠溶液的浓度为20%,温度为95。C,时间为40min的条件下腐蚀单晶硅片,在波长为700-1000nm之间获得较低的平均表面反射率,且最佳平均反射率为12.14%。从实验结果和成本因素考虑,这种腐蚀剂的成本很低,不易污染环境且重复性好,有利于大规模工业化制绒。 (4)对晶向为100的p型单晶硅片进行表面刻蚀,制作减反射绒面。本实验是在传统氢氧化钠-异丙醇混合液中分别加入不同浓度的醋酸钠溶液、硅酸钠溶液和碳酸钠溶液对单晶硅片进行刻蚀。实验发现：分别加入醋酸钠溶液、碳酸钠溶液并没有在降低表面反射率方面起到很大作用,而只有加入硅酸钠溶液降低了表面反射率,有利于形成较好的腐蚀绒面。因此,在传统氢氧化钠-异丙醇混合液中添加一定浓度硅酸钠溶液能够制备出平均反射率较低的减反射绒面。 【关键词】：单晶硅 表面形貌 织构 反射率 氢氧化钠 醋酸钠
【学位授予单位】：内蒙古师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 综述13-23
• 1.1 太阳能电池研究的意义13-15
• 1.1.1 提高太阳能电池转换效率的途径13-14
• 1.1.2 晶体硅太阳能电池的发展14-15
• 1.2 单晶硅材料15-19
• 1.2.1 硅的基本性质15-16
• 1.2.2 硅材料的介绍16-17
• 1.2.3 直拉单晶硅17-18
• 1.2.4 区熔单晶硅18-19
• 1.3 本学位论文的主要内容19-21
• 参考文献21-23
• 第二章 各向异性腐蚀法织构单晶硅电池绒面的基础理论23-28
• 2.1 单晶硅电池的绒面结构23-24
• 2.2 各向异性腐蚀原理及腐蚀机制模型24-25
• 2.3 金字塔绒面减反射效果理论分析模型25-26
• 2.4 绒面制备的工艺流程26
• 2.5 实验所用试剂及设备26-27
• 参考文献27-28
• 第三章 异丙醇溶液对单晶硅太阳能电池表面织构化的影响28-34
• 3.1 选题思想28
• 3.2 实验28
• 3.3 结果与讨论28-33
• 3.3.1 添加异丙醇对单晶硅表面腐蚀的影响29-31
• 3.3.2 加入碳酸钠溶液对氢氧化钠-异丙醇混合液制作的绒面的影响31-33
• 参考文献33-34
• 第四章 单晶硅太阳能电池表而织构的正交实验验证34-39
• 4.1 选题思想34
• 4.2 实验准备工作34
• 4.3 实验原理34-35
• 4.4 结果与讨论35-37
• 4.4.1 加入硅酸钠溶液对氢氧化钠-异丙醇混合液制作的绒面的影响35-37
• 4.5 结论37-38
• 参考文献38-39
• 第五章 一种新型腐蚀剂-醋酸钠溶液对单晶硅太阳电池表面织构化的作用39-47
• 5.1 选题思想39
• 5.2 实验39-40
• 5.3 结果与讨论40-44
• 5.3.1 相同浓度醋酸钠溶液在同温度及不同时间的条件下对单晶硅片的腐蚀40-41
• 5.3.2 不同浓度醋酸钠溶液在相同时间及温度的条件下对单晶硅片表面的腐蚀41-43
• 5.3.3 相同浓度醋酸钠溶液在相同时间及不同温度的条件下对单晶硅片表面的腐蚀43-44
• 5.4 结论44-46
• 参考文献46-47
• 第六章 强碱弱酸盐溶液对单晶硅太阳能电池表面织构化的影响47-56
• 6.1 选题思想47
• 6.2 实验47-48
• 6.3 结果与讨论48-54
• 6.3.1 加入醋酸钠溶液对氢氧化钠-异丙醇混合液制作绒面的影响48-50
• 6.3.2 加入硅酸钠溶液对氢氧化钠-异丙醇混合液制作的绒面的影响50-52
• 6.3.3 加入碳酸钠溶液对氢氧化钠-异丙醇混合液制作的绒面的影响52-54
• 6.4 结论54-55
• 参考文献55-56
• 总结及展望56-58
• 攻读硕士期间发表和完成的论文58-59
• 致谢59

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