[发明专利]一种基于激光干涉诱导反应的晶体硅制绒工艺

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏应用，具体为一种基于激光干涉诱导反应的晶体硅制绒工艺。

背景技术

在太阳电池表面制备绒面可以有效减少太阳电池对太阳光的反射，从而提高太阳电池的效率。

目前多晶硅太阳电池中常用的制绒工艺为将多晶硅片在特定配比的HF/HNO3溶液中进行腐蚀，在硅片表面形成椭圆形或蚕状腐蚀坑，从而减少对光的反射，但该方法制备的晶体硅片的反射率高达20%以上，远远高于单晶硅片利用氢氧化钠的各向异性腐蚀制备的金字塔状绒面，这也是多晶硅太阳电池效率较低的一个重要原因，而且HF/HNO3都具有强腐蚀性，在与硅的反应中产生有毒的氮氧化合物气体，也容易对工人造成伤害并污染环境。

此外，较低浓度氢氧化钠或氢氧化钾溶液和硅在室温下反应速度极慢，在温度升高到一定温度时，才会同硅发生激烈的反应，其反应化学式为：

可见氢氧化钠或氢氧化钾等强碱溶液同硅反应并没有有毒气体释放，同时该类废液的处理相对容易，不易对环境产生污染，但该类强碱溶液对硅的腐蚀为各向异性的，只能在（100)晶向的硅片上形成金字塔形的绒面，而在其他晶向的晶粒处并不能形成有效的减反射结构，因此并不能直接用强碱溶液制备多晶硅片的绒面。

现有的激光制绒工艺大多采用激光直接扫面刻槽，该工艺制备的绒面的宽度大于20μm，因此需要槽的深度达到20μm以上才能有较好的减反射性能，但因此带来后续电池生产流程中碎片率过高。同时由于激光高温处理的过程使硅片表面产生大量的缺陷，形成缺陷中心，从而造成该工艺的电池的效率难于提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光干涉诱导反应的晶体硅制绒工艺，该制绒工艺不需要太高功率的激光器，节约能源和加工成本；而且其工艺是被控制在光斑以内而对其他位置的硅片影响很小；此外，其制作过程简便快捷；在制绒过程中不会产生有毒气体，避免了对工人的身体健康和环境带来的不利影响；其能大大提升工艺过程的速度，具有很好的产业化前景；能极大地提高电池的效率。

为了达到上述技术目的，本发明按照以下技术方案实现：

本发明所述的一种基于激光干涉诱导反应的晶体硅制绒工艺，其具体步骤是：

（1）腐蚀处理：硅片通过腐蚀去除表面的机械损伤；

（2）将硅片放入室温的一定浓度的碱性溶液中；

（3）通过激光局部加热浸泡在强碱溶液中的晶体硅片从而发生化学反应：选择合适的激光波长、脉冲频率、激光功率，将激光光束进行均匀化处理，通过分光镜或光栅形成干涉图样；

（4）形成绒面：用干涉激光扫描整个硅片，直到硅片表面形成均匀的绒面。

上述步骤（2）强碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，溶液的温度保持在室温25℃或以下。

上述步骤（2）激光光束经过扩束处理，可以极大提高工艺过程的速度。

上述步骤（3）中激光光束通过分光镜或光栅使激光在硅片上方发生干涉，干涉产生的条纹光斑的宽度小于15μm。

上述步骤（3）中激光光束产生的条纹光斑将照射的硅片表面加热到50℃～100℃，以使加热区域同周边的强碱溶液发生反应，在该位置形成腐蚀坑，即硅片表面形成均匀的绒面。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明利用激光的干涉缩小激光的光斑，利用激光对硅片的瞬时和局部加热解决强碱溶液对晶体硅片的各向异性腐蚀，其优点如下：

（1）由于只需要对硅片局部加热到50-100℃，相对于直接用激光进行制绒，不需要太高功率的激光器，从而节约能源和加工成本；

（2）脉冲激光的加热时间极短（纳秒到毫秒），在溶液中有更快的散热速度，因此在硅片表面的升温区域被控制在激光光斑照射的位置，反应也被控制在光斑以内而对其他位置的硅片影响很小；

（3）绒面的大小可以通过调节干涉条纹的尺寸来调节，而干涉条纹的尺寸可以通过调节干涉条件获得，制作过程简便快捷；

（4）在制绒过程中不会产生有毒气体，反应过程被控制在光斑照射区域，也不需要异丙醇等有机试剂的参与，避免了对工人的身体健康和环境带来的不利影响；

（5）激光通过扩束后，可以获得很大的光斑，从而大大提升工艺过程的速度，具有很好的产业化前景；

（6）该制绒方法可以实现单面制绒，对背面没有影响，制备成电池后背面可以对长波波段产生更好的反射，从而增加对长波波段的吸收，提高电池的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明：