[发明专利]用于刻蚀太阳能电池硅片表面的制绒液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及用于刻蚀太阳能电池硅片表面的制绒液及其应用，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

硅基太阳能电池是工业界生产最为广泛的太阳能电池，其中存在的重要的技术问题在于硅表面的反射率较高。为解决这个技术问题，将具有绒面结构的硅片应用到太阳能电池中是降低太阳能电池成本并进一步提高光电转化效率的有效途径之一，自1998年被发现以来，广受研究者和工业界的重视。

为了获得尽可能最高的效率，需要所谓的损伤蚀刻。该蚀刻通常在约70℃或70℃以上的温度下约20％氢氧化钾或碱液中进行。由于较低的蚀刻速率，即使在这些条件下，也需要约＞5min的蚀刻时间以获得需要的效果。该蚀刻在衬底上产生粗糙的表面。在表面上产生的锥角很平坦，整体上不适合减少表面上的反射或者甚至多次反射。然而，为了获得高的电池效率，需要这种反射效应。因此，许多出版物和专利都涉及减少任何类型的太阳能电池上的反射。对于单晶硅，损伤蚀刻之后，通过使用约5-10％的氢氧化钾或碱液(粗糙蚀刻)蚀刻硅晶片可以减少反射。各向异性蚀刻的结果；取向的基底材料上蚀刻出；晶向的无序金字塔结构和约1-10μm的边缘长度。然而，当使用多晶硅时，该工艺不成功，是由于基底材料不具有控制的晶向，而是具有多个取向面。

近年来，倒金字塔结构的绒面结构越来越受到广大厂家和研究学者的重视。所谓倒金字塔结构即为棱边边长与底边边长相等的倒正四棱锥，即其高与底边边长的比为通常是由(100)面开始刻蚀，最终形成由(111)面围落而成的倒金字塔结构，通过刻蚀作用随机形成在硅片的表面，该结构能够对太阳光进行三次反射，理论上反射率可以降低至5％～15％。

通常为了获得倒金字塔绒面结构的硅片，一般采用酸性制绒液对硅片进行刻蚀，再采用碱液对硅片进行结构修饰而获得。

例如专利CN105047734A和CN105428434A公开的多晶硅片制绒方法，其采用氢氟酸和氧化剂对多晶硅片进行刻蚀，再通过碱液对多晶硅片进行结构修饰而获得倒金字塔结构。再例如，专利CN201610898676公开的多晶硅片制绒方法，其采用铜银离子、氢氟酸和氧化剂对多晶硅片进行刻蚀，再通过碱液对多晶硅片进行结构修饰而获得倒金字塔结构。

而单晶方面，CN201410384313公开了一种单晶硅片的制绒方法，其通过铜离子、氢氟酸和氧化剂对单晶硅片进行刻蚀直接获得具有倒金字塔结构的硅片。

然而上述制绒液应用较为单一只能用于单晶或多晶，并且还需要进一步的结构修饰。另外，由于倒金字塔结构的形状是固定的，仅是尺寸不同而已，对太阳光的反射角度是固定的，对减反的作用以及硅片电池效率也很难有更进一步的提升。

发明内容

本发明的第一方面是提供了一种用于刻蚀太阳能电池硅片表面的制绒液，所述制绒液既可以用于单晶硅片表面制绒也可以用于多晶硅片表面制绒，并且可以使单晶硅片或多晶硅片表面随机分布有倒四棱锥组，所述倒四棱锥组包括一种或多种高与底边边长的比为大于1.2：1的倒四棱锥；其包含银离子、铜离子、HF和氧化剂。

在一个实施方案中，所述银离子源选自硫酸银和硝酸银中的一种或多种。

在另一个实施方案中，所述铜离子源选自氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或多种。

在又一个实施方案中，所述氧化剂选自高锰酸钾、溴化钾、过硫酸盐和双氧水中的一种或多种。

在进一步地实施方案中，所述制绒液由0.5-10mmol/L的银离子、10-200mmol/L的铜离子、1-8mol/L的HF和0.1-8mol/L的氧化剂组成。

在一个具体地实施方案中，所述制绒液中包含1-10mmol/L的银离子、20-180mmol/L的铜离子、2-6mol/L的HF和0.3-5mol/L的氧化剂。

在一个实施方案中，在所述制绒液中，银离子和铜离子的摩尔比为1∶5-100。

在进一步地实施方案中，在所述制绒液中，银离子和铜离子的摩尔比为1∶10-60。

本发明的第二方面是提供所述制绒液在制备多晶或单晶硅片表面绒面结构中的应用。

附图说明

图1：显示了未经碱液修饰的包含倒四棱锥绒面结构的多晶硅片SEM图，从图中标注处可以看出硅片上绒面结构呈现出典型的倒四棱锥结构，两个侧面夹角在48°左右，倒四棱锥的高与底边边长的比在1.2-1.5∶1之间；倒四棱锥的底边边长在100nm-600nm左右；其高度在140nm-840nm左右。