[发明专利]一种用于优化黑硅表面结构的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，是涉及一种用于优化黑硅表面结构的处理方法。

背景技术

黑硅(blacksilicon)是指几乎可以吸收所有可见光、反射率极低的硅表面或硅基薄膜，是最新研究发现的一种能大幅提高光电转换效率的新型半导体材料。与一般的硅材料相比，黑硅材料几乎能陷住所有的可见光，故外观看上去是黑色的；并且其表面结构为有序的锥形微结构，光子进入该结构后不会直接被反射出来，而是经过多次反射后进入到硅体里面，减少了光的反射，提高了光的利用率。由于黑硅材料具有优异的抗反射特性，因此，其在光伏领域有着重要的应用前景。

目前，黑硅的制备方法主要有以下几种：激光刻蚀法、反应离子刻蚀法(RIE)和金属催化剂溶液刻蚀法(MCT)，其中，反应离子刻蚀法因其制备得到的黑硅表面结构陷光特性好、反射率低、产品合格率高，成为制备黑硅的最常用的方法之一。反应离子刻蚀法的工作原理具体为：在低真空状态下，利用辉光放电产生等离子体，在加速电场的作用下，粒子高速轰击在硅片表面，进行物理刻蚀，另外粒子也与表面发生化学反应，产生化学刻蚀作用。请参照图1，图1为反应离子刻蚀法设备的结构示意图，该设备拥有一个高真空反应室，反应压力范围在1.3Pa～130Pa，真空室内有两块平板电极，硅片放置在阴极上，通入气体首先变成活性离子，然后在电场的加速下轰击硅片表面，同时活性粒子和硅反应，达到制备黑硅的目的。如图2～3所示，图2～3为采用不同制备方法得到的黑硅表面结构的扫描电镜照片，其中，图2为采用HF/HNO₃体系溶液刻蚀法制备得到的黑硅表面结构的扫描电镜照片，图3为采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅表面结构的扫描电镜照片。比较可知，采用不同制备方法得到的黑硅表面结构有较大差异，采用HF/HNO₃体系溶液刻蚀法制备得到的黑硅表面结构形状为孔洞状，大小为3μm～7μm，而采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅表面结构形状为针状，大小为200nm～400nm；同时，采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅相比采用HF/HNO₃体系溶液刻蚀法制备得到的黑硅反射率由20％下降到7％，反射率的降低进一步增加了黑硅对光的吸收，提高电池的短路电流。

但是，采用反应离子刻蚀法制备得到的黑硅表面结构具有较大的比表面积，不易进行钝化处理，表面结构形成了过多的复合中心，复合严重。最终制得的电池片虽然短路电流有所上升，但是开路电压大幅下降，电池片的效率并没有显著提高，而且由于开路电压降低，在电池片制成组件后，封装损失大大上升，组件功率没有任何改善甚至有所下降。因此，如何兼顾黑硅表面结构的光学优势并降低由此带来的复合损失，是目前研究人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于优化黑硅表面结构的处理方法，采用本发明提供的处理方法对黑硅表面结构进行处理，在保证黑硅具有较低反射率的同时，能够提高电池效率和组件功率。

本发明提供了一种用于优化黑硅表面结构的处理方法，包括以下步骤：

a)将黑硅原料在氢氟酸溶液中进行清洗，得到待处理的黑硅；

b)将待处理的黑硅在碱性溶液中进行反应，再经水洗，得到处理后的黑硅；

c)将处理后的黑硅进行酸处理，得到优化后的黑硅表面结构。

优选的，步骤a)中所述清洗的温度为5℃～20℃，时间为1min～10min。

优选的，所述步骤a)还包括：

将清洗后的黑硅原料进行水洗，得到待处理的黑硅。

优选的，步骤b)中所述碱性溶液包括氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液中的一种或多种。

优选的，步骤b)中所述碱性溶液的质量浓度为1％～35％。

优选的，步骤b)中所述反应的温度为5℃～25℃，时间为1min～10min。

优选的，步骤b)中所述水洗的温度为5℃～80℃，时间为1min～10min。

优选的，步骤c)中所述酸处理的过程具体为：

将处理后的黑硅浸渍在酸溶液中进行酸洗，再经水洗，得到优化后的黑硅表面结构。

优选的，所述酸溶液为氢氟酸、盐酸和水的混合酸溶液。

优选的，所述酸洗的温度为5℃～20℃，时间为1min～10min。