[发明专利]一种链式湿化学法制备可控结构多晶黑硅的方法

说明书

本发明公开了一种链式湿化学法制备可控结构多晶黑硅的方法，采用链式设备，包括以下步骤：用氢氟酸和硝酸混合液去除硅片表面的损伤层；用硝酸铜、硝酸银、双氧水、氢氟酸的混合溶液在硅片表面形成刻蚀洞；用硝酸溶液去除硅片表面银/铜离子；高浓度硝酸、氢氟酸及纳米结构修饰溶液对硅片表面刻蚀洞进行修饰；用氨水和双氧水进一步去除表面可能残留的金属杂质；用氢氟酸和盐酸的混合溶液清洗硅片；烘干即可制得黑硅。本发明的方法简单，设备及原料成本低，制备的黑硅的反射率高，表面规则度高，且表面结构可调控，性能稳定，可以用于太阳能多晶硅电池。

技术领域

本发明属于黑硅制备技术领域，具体涉及一种链式湿化学法制备可控结构多晶黑硅的方法。

背景技术

黑硅是一种表面改性的微结构硅，将硅片经过适当的刻蚀或腐蚀，使硅片表面形成具有纳米尺度的各种圆锥、圆柱的森林结构或密集分布的孔洞结构，这种结构具有良好的陷光作用，使硅片表面呈现黑色，所以称之为黑硅。由于黑硅具有图形化的表面结构，有规则的硅柱阵列，所以具有宽光谱的高吸收率，能够显著降低硅片表面的反射率，可以有效提高太能能电池转化效率。

目前有许多实验室能够通过不同的方法制备出黑硅，如飞秒激光脉冲法、等离子体刻蚀法及金属催化辅助刻蚀法等。飞秒激光脉冲法是将多晶硅硅片置于六氟化硫或硫化氢等气氛中，使用400-1000nm波长的飞秒激光扫描刻蚀硅片，得到纳米黑硅，改变激光通量和单位面积接收的脉冲数可以控制黑硅微结构的高度、纵横比以及间距。等离子体刻蚀法是将硅片浸没在等离子体中，在脉冲偏压下反应离子被注入进入硅片晶格内，与硅片发生反应，生成孔状或针状组织，通过调节工艺参数，可以实现黑硅材料的可控制备。金属辅助催化刻蚀法是在硅片表面沉积如金、银、铜、铂等金属，再浸入氢氟酸和双氧水刻蚀液体系。在金属的诱导催化下，硅片表面形成纳米多孔硅。

飞秒激光制备黑硅表面微结构相对规则，但设备昂贵，制备的黑硅面积小，工艺复杂。等离子体处理相比于飞秒激光作用面积大，可大规模制备，在一定程度上黑硅的形貌可控并且不依赖于晶向，可用于制备多晶硅黑硅，但设备较昂贵，黑硅表面的均匀性较难控制。

采用金属辅助刻蚀法对设备的依耐性低、制备成本低，易于实现大面积黑硅制备，能耗低，与现有的电池生产线兼容性好。目前金属辅助刻蚀法所采用的刻蚀金属盐一般为银的硝酸盐，大量使用价格昂贵且有较大的环境污染风险；有研究发现单独使用铜盐辅助刻蚀形成的黑硅的结构均匀性较差，不易控制黑硅的形貌，重复性较差；而现有的银铜双金属辅助刻蚀法设备成本高且工艺较为复杂，生产的黑硅的反射率偏高，刻蚀黑硅的表面图形不易控制。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种链式湿化学法制备多晶黑硅的方法，成本低廉、工艺稳定，黑硅结构可控且可获得极低的反射率。

本发明的技术方案为：一种链式湿化学法制备可控结构多晶黑硅的方法，采用链式设备，包括以下步骤：

(1)用氢氟酸和硝酸混合液去除硅片表面的损伤层；

(2)用硝酸铜、硝酸银、双氧水、氢氟酸的混合溶液在硅片表面形成刻蚀洞；

(3)用硝酸溶液去除硅片表面银/铜离子；

(4)高浓度硝酸、氢氟酸及NSR(纳米结构修饰溶液Nano Structure Rebuilding)的混合溶液对硅片表面刻蚀洞进行修饰；

(5)用氨水和双氧水进一步去除表面可能残留的金属杂质；

(6)用氢氟酸和盐酸的混合溶液清洗硅片；

(7)烘干即可制得黑硅。

本发明刻蚀硅片利用的原理如下：