濕法化學(xué)蝕刻硅太陽能電池的光電特性

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1、介紹

2、通過在含有H2O2的HF溶液中蝕刻，商業(yè)硅太陽能電池在兩個步驟中被紋理化。銀納米粒子作為催化位點，有助于蝕刻過程。確定了在表面制備納米孔的蝕刻時間。用光譜儀測量了硅太陽能電池表面納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性。樣品的全反射系數(shù)低于未經(jīng)處理的硅太陽能電池。硅太陽能電池的整體效率取決于銀離子濃度和濕法刻蝕時間的選擇制備條件。太陽能電池的紋理化表面顯示出效率的提高，并且電路的光電流高于沒有紋理化的參考硅太陽能電池。給出了各種硅電池的伏安曲線，討論了伏安曲線與表面形貌的關(guān)系。

3、實驗

4、所有材料的反應(yīng)都在室溫下進行。當(dāng)接收用硝酸銀和過氧化氫拋光的單晶(100)摻砷硅片時，電阻率為0.001-0.005cm，將硅片切成1.01.0cm2的面積，室溫下用丙酮和去離子水超聲清洗10分鐘。購買織構(gòu)化單晶硅太陽能電池，并在室溫下用丙酮和去離子水超聲清洗10分鐘。

5、濕蝕刻通過在室溫下將硅(100) n型和硅太陽能電池浸入5%硝酸銀m/m和HF 5M的混合物中一段時間來進行。然后，將樣品浸入H2O2 5% m/m和HF 5M的第二水溶液中一定時間，范圍從30 s到10 min。

6、用原子力顯微鏡研究了樣品表面的形貌。從樣品獲得的原子力顯微鏡圖像由顯微鏡以交流、敲擊和接觸模式使用硅懸臂的尖端記錄。

7、結(jié)果和討論

8、銀納米粒子的沉積和硅納米孔的形成。用氟化氫和氧化劑蝕刻硅和硅太陽能電池，以獲得允許光捕獲的結(jié)構(gòu)化表面。這里，我們使用單晶N型硅片作為襯底，它具有與單晶硅太陽能電池幾乎相同的特性。在這兩種情況下，在n型層上進行蝕刻。在蝕刻過程中，將帶有銀顆粒的襯底浸入氟化氫和氧化劑的溶液中。

9、x射線衍射分析。圖1顯示了當(dāng)用5%m/m硝酸銀和HF 5M處理18秒時，沉積在N型(100)硅上的結(jié)晶銀納米顆粒的X射線衍射圖。光譜顯示在2=38.2、44.5和64.8處有三個峰，分別屬于金屬銀fcc結(jié)構(gòu)的(111)、(200)和(220)反射。根據(jù)XRD圖譜，計算出的晶格參數(shù)為a=b=c=4.07846，與值a=4.086一致。所用方程為D=0.9 / cos ，其中D為平均晶粒尺寸，為衍射實驗中使用的輻射波長，為衍射角，為觀察峰半峰(FW)處的全寬。最強衍射峰(111)用于計算微晶尺寸。在5%硝酸銀溶液中浸泡18秒的銀樣品的微晶尺寸為62納米，樣品硅為18/0。

10、光譜反射率。硅(100)和硅太陽能電池的光譜反射率如圖2a所示。該圖顯示了樣品曝光后的反射率。首先，將其暴露于硝酸銀/氫氟酸溶液中18秒，其次，將其分別暴露于H2O 2/氫氟酸溶液中0秒、30秒和120秒。對于硅(100)晶片樣品(硅-18/0、硅-18/30和硅-18/120)，在300至800納米的波長范圍內(nèi)，反射率值低于拋光硅晶片(硅-0/0)。硅樣品(Si18/0)表面銀納米粒子的存在有效降低了反射率。這種效果類似于在平坦的硅表面和氮化硅紋理表面上使用金納米粒子的報道結(jié)果。還注意到，波長超過550納米的拋光硅片的不同反射行為與其他組報道的相似。圖2b顯示了在相同條件和蝕刻時間下，用18 s硝酸銀/氟化氫處理的商用硅太陽能電池中紋理化多孔陣列的測量反射光譜。商用硅太陽能電池(SC-18/0)表面金屬納米顆粒的存在有效降低了反射率，這與在硅片上觀察到的情況類似。然而，對于波長超過550納米的太陽能電池樣品中的反射，反射率更接近。正如所預(yù)期的，與太陽能電池參考(SC-Ref)相比，在太陽輻射具有最大強度的波長范圍內(nèi)，用蝕刻溶液處理的太陽能電池中的反射率降低。對于改性的太陽能電池樣品，在300至800納米的范圍內(nèi)，加權(quán)平均反射小于10%。對于硅片和商用硅太陽能電池，這種結(jié)構(gòu)反射率的降低歸因于硅片和硅太陽能電池粗糙度的增加，這是由于樣品表面的紋理化。由于兩組樣品中的納米多孔結(jié)構(gòu)，觀察到反射率的抑制得到改善。

11、伏安曲線為了測量樣品的伏安曲線，我們在商用硅太陽能電池表面制作了不同刻蝕時間的陣列。與標(biāo)準(zhǔn)硅太陽能電池相比，銀輔助刻蝕織構(gòu)化的硅太陽能電池表面增加了0.9 mA/cm2 Jsc，絕對效率提高了0.8%。電效率的提高歸因于表面有孔的太陽能電池反射率的降低。討論了即使使用低分辨率表面紋理，光吸收也可以顯著增強。從這個意義上說，在不引入大量表面缺陷的情況下使用紋理顯示了這些工藝在光學(xué)轉(zhuǎn)換器件制造中的潛在應(yīng)用。我們已經(jīng)證實，在硅表面摻雜銀納米粒子沒有不利影響，因為它不會增加表面復(fù)合。圖3顯示了商用硅太陽能電池(SC-Ref)和紋理太陽能電池在不同蝕刻時間的太陽能基準(zhǔn)的I-V曲線。其中，我們最好的黑硅納米結(jié)構(gòu)太陽能電池SC-18/30包含在兩個插件中，以進行最佳比較。在蝕刻溶液中，在更高的處理時間觀察到效率降低。

總結(jié)

14、　　我們通過兩步銀輔助化學(xué)蝕刻工藝在硅片和商用硅太陽能電池上制備了紋理表面。采用濕化學(xué)法合成了銀納米粒子，將兩種基底浸入含氟化氫和過氧化氫的溶液中.銀納米粒子在硅晶片上顯示出近似球形的顆粒。原子力顯微鏡圖像顯示基底表面有大量尺寸分布均勻的孔隙。拓?fù)浞治鲋杏^察到銀離子溶液在較長時間內(nèi)粒徑增加和蝕刻時間較長時深度增加。對于硅晶片和商用硅太陽能電池，反射率測量結(jié)果顯示總反射率在更長的蝕刻時間下降低。我們發(fā)現(xiàn)，獲得太陽能電池最佳效率所需的最佳實驗條件是通過在銀鹽酸溶液中浸泡18 s和在蝕刻溶液中浸泡30 s來實現(xiàn)的。在具有較長蝕刻時間的樣品中觀察到光電流效率值的降低。這些結(jié)果表明，這種效率損失與太陽能電池上的高孔深度有關(guān)，這是由于與表面積增加相關(guān)的表面復(fù)合增加。盡管如此，該過程顯示出提高太陽能電池效率的良好潛力，同時最小化這些器件的制造成本。

15、　　審核

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