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酸刻蚀型多晶硅制绒液配方分析

发布时间:2012/7/25 16:49:46 来源:李工 字体: 
多晶硅制绒液广泛应用于光伏行业硅片的加工,禾川化工引进国外高端配方破译技术,专业从事多晶硅制绒液配方分析,配方检测,成分分析,成分检测,配方还原,禾川为光伏企业提供整套技术解决方案一站式服务。

导语:制绒,光伏行业术语,处理太阳能级硅片的一种工艺方法,硅太阳能电池片生产的一道工序.本文详细介绍了多晶制绒液的原理,常见组分 配方体系 配方参考等.请注意,本文中配方的具体数值经过修改,如要了解更多,可联系我们的技术咨询顾问;0512-82190669

目录常见组分 配方体系 配方参考

关键词:稠油多晶制绒液 多晶制绒液配方 禾川化工

一.背景

在太阳能电池制备过程中,为提高其性能和效率,必须让更多的太阳光进入晶体硅。有效的办法是在硅表面进行修饰, 使硅表面形成绒面结构(即硅表面均匀分布着陷阱坑), 有效的绒面结构可以使得入射光在硅片表面进行多次反射和折射,改变入射光在硅片中的前进方向。一方面,延长了光程,从而使光有更多的机会进入到晶体硅中, 这就是多晶硅的陷光效应,增加了硅片对红外光的吸收率;另一方面,使得等多的光子在靠近PN结附近的区域被吸收产生载流子,这些光生载流子更容易被收集,因此增加了载流子的收集效率。

二.酸修饰多晶硅制绒液常见组分:

酸修饰多晶硅植绒液,一般由无机酸组成,其配方组成有氧化剂、络合剂、辅助腐蚀剂等。通常选用HF/HNO3/H2O 系列溶液对多晶硅表面腐蚀,可在晶体硅表面获得有一定分布的陷阱坑,但多晶硅表面腐蚀坑形貌及其分布与制绒液配方、制绒的工艺参数密切相关;还因酸制绒过程速度比较快, 因此实现有效调控,使多晶硅表面陷阱坑分布密度和陷阱坑的深度成为重点。

2.1 氧化剂

HNO3可作为氧化剂成分, 可以和单质硅发生氧化还原反应,在硅片表面形成SiO2层。

2.2 络合剂

HF作为络合剂去除SiO2层,从而在多晶硅片上形成好的绒面结构。
理论上NaNO2也可以作为腐蚀液中的氧化剂,用NaNO2替代HNO3,可能的反应方程式如下:
Si+4NaNO2+2H2O —— SiO2+4NO+4[NaOH] (1)
SiO2+6HF——[H2SiF6]+2H2O (2)
Si+4NaNO2+6HF——[H2SiF6]+4NO+4[NaOH] (3)
与酸腐蚀液HF/ HNO3 / H2O 相比,一方面NO2的存在,消除了反应的缓冲时间,另一方面NO2-离子的氧化能力要比HNO3电离的NO3- 弱,因此形成的SiO2 速度要慢,腐蚀稳定。

2.3 辅助腐蚀剂

在多晶硅表面腐蚀液中加入( NH4 ) 2C2O4 ,类似于加入CH3COOH,增加腐蚀的各向异性特性,改变硅片的制绒形貌。如果把两种方法有效结合起来,理论上应该可以获得比较好的
修饰效果。

2.4.硅片制绒面的评价方法

将刻蚀制成的硅绒面,利用积分反射仪测量其表面反射率,进而评估硅片表面的光电转换率;利用扫描隧道显微镜观察硅片表面形貌及粗略估计刻蚀深度,并观测金字塔的大小及均匀程度。

三.常见的配方体系

3.1 HF/HNO3/H2O型

HF( 40%) 50ml
HNO3 ( 68%) 250ml
H2O 150ml
按照上述比例配制溶液, 制成传统配方, 在20℃下腐蚀130s。经实验得出,传统酸配方腐蚀呈现各向同性腐蚀特性,硅表面有蚯蚓状的腐蚀坑, 但腐蚀坑比较浅, 单位面积腐蚀坑密度不高, 这种表面结构很难使光在凹坑内有多次往返, 导致光反射率高,平均反射率约32%。

3.2 HF/ NaNO2/H2O型

HF( 40%) 360ml
NaNO2 1.2g
H2O 120ml
按照上述比例配制溶液,在室温下腐蚀130s。此配方也会导致多晶硅各向同性腐蚀, 硅表面有许多形状如蚯蚓状、深度较大的腐蚀坑, 而且分布密集, 如此修饰后的表面会导致光在腐蚀坑里多次往返,使光不容易反射到空气中,从而导致更多的光进入多晶硅, 能有效提高太阳能电池的转换效率,平均表面反射率为29%

3.3 HF/HNO3/( NH4) 2C2O4/H2O型

HF( 40%) 50ml
HNO3 ( 68%) 250ml
( NH4) 2C2O4 5.16g
H2O 75ml
按照上述比例配制溶液,在室温下腐蚀90s。实验研究发现, 加入( NH4) 2C2O4 /H2O后能有效提高腐蚀速度, 而且单位面积腐蚀坑密度比较小。SEM 图片上显示大且浅的腐蚀坑, 这样的结构使光在腐蚀坑里往返次数不多, 导致光反射率大, 不利于光的收集, 实验测量反射率高达41%。但按这个配方长时间腐蚀多晶硅片, 硅表面没有出现峡谷式的腐蚀通道。

四.硅片制绒液检简单工艺:

4.1 两步酸刻蚀法

首先在HF/ NaNO2/H2O腐蚀液中腐蚀晶体硅表面30s, 然后放到HF/HNO3/( NH4) 2C2O4 /H2O腐蚀液中腐蚀20s。通过积分反射仪测量反射率曲线, 该表面整体反射率曲线比较低, 综合反射率下降到24.8%。

五.制绒液参考配方

组分
投料量(g/L
聚乙二醇
10~20
异丙醇
20~50
碳酸钠
0~2
氢氧化钠
0~1
柠檬酸钠
0~1
果糖钠
0~1
纤维素
0~3
亚硫酸钠
10~20
乳酸钠
5~10
木质素磺酸盐
0~3
余量

六.市面常见制绒液:

碱性制绒液、酸性制绒液、单晶硅制绒液、多晶硅制溶液、制绒添加剂
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