[发明专利]一种制备硅基纳米柱阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新结构太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种制备硅基纳米柱阵列的方法，主要用于电池效率的提高以及研制基于硅基纳米柱的异质结太阳能电池。

背景技术

随着全球环境的恶化和能源的短缺，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火力发电成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。在太阳能电池的发展历史中，非晶硅薄膜太阳能电池和晶体硅基太阳能电池都已经历了近半个世纪的发展历程。晶体硅太阳能电池效率较高，非晶硅薄膜太阳能电池的成本较低，但二者优势结合起来形成效率更高、成本更低的第三代太阳能电池结构受到的关注却较少。如果能将21世纪的标志技术：纳米结构制造融合其中，形成第三代太阳能电池，将有助于解决长期困扰这两个领域的效率低，成本高的瓶颈问题，实现太阳能技术的飞跃。本发明所制备的硅基纳米柱阵列结构正是为了将纳米柱阵列结构融入太阳能电池的应用领域，构成第三代太阳能电池的雏形。

在硅基纳米柱阵列的制备方面：英国石油公司(BP)联合美国加州理工大学通过Au或Al等金属颗粒催化气相生长方法制备硅纳米柱阵列。此法工艺条件虽稳定，可重复；但无法去除Au或Al等催化金属，造成金属离子的引入，使太阳能电池的特性恶化。而且此方法生长的硅纳米柱并非垂直分布，不利于后续器件的制备。此外，美国波特兰大学和佛罗里达州立大学采用化学旋涂混有硅纳米晶的生物减反膜，并通过硅颗粒掩蔽干法刻蚀晶体硅形成规则的纳米柱。此法虽然可以大规模生产，且能得到规则分布的纳米柱阵列。然而，此技术并未能够应用到太阳能电池领域。而且硅纳米晶会被刻蚀造成掩蔽效果差，从而起不到掩蔽效果，造成晶体硅纳米柱的腐蚀，影响最终电池特性。

此外，申请号为200910100965.3的中国发明专利《一种硅基纳米柱阵列异质结薄膜太阳能电池》中是通过Ni等金属纳米晶作为掩蔽，干法刻蚀形成硅基纳米柱阵列的，该方法随制备步骤简单，且与传统的硅太阳能电池工艺兼容。但硅纳米柱阵列分布无规则，且干法刻蚀条件难摸索。而且由于干法刻蚀对硅纳米柱所造成的损伤无法修复，形成缺陷，最终严重恶化电池的特性。

本发明人在进行利用湿法腐蚀的试验研究中发现，此法制作步骤简单，制作成本低等特点。通过室温下的湿法化学腐蚀，并经过硝酸溶液清洗，最终形成规则的、垂直于衬底表面的硅基纳米柱阵列，其制作成本低，效率高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种制备硅基纳米柱阵列的方法，在与已有的太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出创新结构，以期提高太阳能电池的转化效率，利用该技术易于制备规则分布的硅基纳米柱阵列，并最终走向实用化、工业化，创造价值。

(二)技术方案

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

一种制备硅基纳米柱阵列的方法，该方法包括：

A、配置氢氟酸基腐蚀液；

B、利用该腐蚀液对硅衬底进行腐蚀；

C、利用酸溶液清洗硅片，去除表面金属颗粒，该金属颗粒是银颗粒；

D、利用氢氟酸对硅片进行漂洗，形成纳米柱阵列。

上述方案中，步骤A中所述氢氟酸基腐蚀液是用体积比为1∶1的氢氟酸、硝酸盐溶液配置的。

上述方案中，步骤A中所述氢氟酸基腐蚀液中氢氟酸浓度为4.6M。

上述方案中，步骤B中所述硅衬底是纯度大于99.9999％的太阳能级硅衬底，或者是纯度大于99.9999999999％的集成电路级硅衬底，或者是N型掺杂的硅衬底，或者是P型掺杂的硅衬底，或者是晶面指数为(100)的硅衬底。

上述方案中，步骤B中所述利用该腐蚀液对硅衬底进行腐蚀，是在腐蚀时将腐蚀液置于防酸装置中，腐蚀时间为10分钟～5小时，腐蚀液温度为20℃～50℃，并进行搅拌以保持浓度一致。

上述方案中，步骤C中所述利用酸溶液清洗硅片之前，进一步将腐蚀过的硅衬底先利用去离子水清洗2分钟～3分钟。

上述方案中，步骤C中所述利用酸溶液清洗硅片，是利用硝酸溶液将硅片浸泡至少1小时，以去除表面的金属层。

上述方案中，步骤C中所述利用酸溶液清洗硅片之后，进一步利用去离子水清洗2分钟～3分钟。

上述方案中，步骤D中所述利用氢氟酸对硅片进行漂洗形成纳米柱阵列，是将表面存在氧化层的硅微米柱阵列浸泡在稀释的氢氟酸溶液中，漂掉表面的氧化硅。

上述方案中，步骤D中所述利用氢氟酸对硅片进行漂洗形成纳米柱阵列，所用的氢氟酸溶液包括所有的稀释比例。

(三)有益效果