金刚线切割多晶硅制绒研究进展

金刚线切割是一种高效率、低成本的硅片切割技术,然而与传统酸法(HF/HNO3)制绒工艺不兼容的问题极大地阻碍了其在多晶硅片切割领域的大规模化应用.研究新一代高效率、低成本的金刚线切割多晶硅制绒技术对太阳能电池提效降本具有重要意义.本文较为全面地综述了金刚线切割技术的运用现状和问题,对当前较为主流的几种制绒技术(直接制绒技术、气相刻蚀法、反应离子刻蚀和金属辅助化学刻蚀)从制绒原理、技术特点和各自的研究和应用现状等方面进行对比分析.相比较而言,金属铜辅助化学刻蚀技术具有刻蚀效率高、操作简单,且能在硅表面形成均匀的倒金字塔黑硅绒面等优势,而有望成为金刚线切割多晶硅制绒技术的新方法.

金刚线切割单晶片纳米金属铜催化可控制绒研究

金属催化刻蚀制绒方法(MCCE)有望突破金刚线切割硅片表面高效制绒所面临挑战而备受关注.针对传统金属催化刻蚀过程中使用贵金属(Ag、Au、Pt等)作为催化剂成本较高的问题,本文采用廉价金属铜作为催化剂,进行金刚线切割单晶硅片的可控制绒研究.选取HF-HNO_3、HF-FeCl_3-Cu(NO_3)_2、HF-H_2O_2-Cu(NO_3)_2三种刻蚀体系对硅片进行刻蚀处理.研究结果表明,常规HF-HNO_3酸刻蚀体系未能有效去除线痕且陷光性能不佳;而铜铁催化刻蚀体系虽解决线痕问题,但其仍具有高反射率;铜催化辅助刻蚀体系引入的倒金字塔结构能够有效地解决线痕非均匀性问题,且在400~1 000 nm的波长范围内,获得最低平均反射率4.46%.论文提出的金属铜催化可控制绒方法在保证成本较低的同时能够获得良好的制绒效果,表现出较好的产业化前景.

一步纳米银催化刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列

通过采用一步纳米金属颗粒辅助化学刻蚀法(MACE)成功制备了多孔硅纳米线,并主要研究了硅片掺杂浓度、氧化剂AgNO3浓度以及HF浓度对硅纳米线阵列形貌结构的影响规律.研究结果表明:较高的掺杂浓度更有利于刻蚀反应的发生和硅纳米线阵列的形成,这是由于高掺杂浓度在硅片表面引入了更多的杂质和缺陷,同时高掺杂浓度的硅片与溶液界面形成的肖特基势垒更低,更容易氧化溶解形成硅纳米线阵列;在一步金属辅助化学刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列的过程中,溶液中AgNO3浓度对于其刻蚀形貌和结构起到主要作用,AgNO3浓度过低或过高时,硅片表面会形成腐蚀凹坑或坍塌的纳米线簇,Ag NO3浓度为0. 02 mol·L-1时,硅纳米线会生长变长,最终形成多孔硅纳米线阵列.随着硅纳米线的增长,纳米线之间的毛细应力会使得一些纳米线顶部出现团聚现象;且当HF溶液浓度超过4. 6 mol·L-1时,随着HF酸浓度的增加,硅纳米线的长度随之增加.同时,硅纳米线的顶部有多孔结构生成,且硅纳米线的孔隙率随HF浓度的增加而增多,这是由于纳米线顶部大量的Ag+随机形核,导致硅纳米线侧向腐蚀的结果.最后,根据实验现象提出相应模型对多孔硅纳米线的形成过程进行了解释,归因于银离子的沉积和硅基底的氧化溶解.