单晶硅高效制绒方法的研究

论文摘要

光伏发电是太阳能利用的重要组成部分,它是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源,对于光伏产业,高效率和低成本永远是不变的追求。目前,对于高效单晶硅电池,其表面反射率是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一。在太阳电池表面织构化可以有效降低太阳电池的表面反射率,目前太阳能电池单晶硅片制绒已是一项比较成熟的工艺,最常使用的是化学腐蚀法制备单晶硅绒面,但普遍存在着制绒时间较长的问题,一般制绒时间为30 min40 min,本论文主要以提高单晶硅太阳能电池制绒的生产效率为手段,即实现高效制绒,以提高制绒时单晶硅片表面在碱溶液中的腐蚀速率为目标,结合太阳电池制绒时的实际生产应用过程,研究提高单晶硅太阳电池制绒生产效率的关键因素和环节,确定具体的生产工艺方案,最终实现了在10 min15 min的时间内在单晶硅表面生长出“金字塔”结构分布均匀,表面反射率较低的优质绒面。本论文对如下内容进行了研究:首先在常规制绒工艺的基础上,提高制绒液中碱的浓度来提高硅表面腐蚀的速率,在较短时间内形成绒面。研究了较短时间内NaOH/异丙醇（isopropyl alcohol, IPA）体系制绒时的温度、时间和溶液组分对绒面的影响。用扫描电子显微镜观察绒面的表面形貌,用光谱响应测试仪测量制绒后硅片表面的反射率并相互比较。最终实现了,在含2.5%NaOH（质量分数,下同）和10%IPA的溶液中,80℃恒温处理15 min即可制备出比较均匀的绒面。实验发现制绒前在溶液中加入3%Na2SiO3,效果更佳,反射率最低可达9.5%。同时还研究了表面活性剂1,4-环己二醇（CHX）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）代替异丙醇制绒,研究发现,CHX腐蚀速率快,但形成的绒面形貌较差;十二烷基苯磺酸钠成本低,但是腐蚀缓慢,制绒时间较长,故异丙醇仍然是性价比最好的添加剂。制绒前的清洗和去损伤层对常规的制绒有较好的效果,但本文实验发现,制绒前RCA清洗虽然使绒面更均匀,反射率更小,但优势不明显,且增大了成本,耗时长,对环境也造成一定的污染;制绒前粗抛去损伤层使得硅片腐蚀速率缓慢,短时间内无法形成结构完整的金字塔绒面,所以制绒前清洗和去损伤层都不适用于高效制绒。本文还尝试了以十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate, SDS）作为表面活性剂,用四甲基氢氧化铵（tetramethylammonium hydroxide, TMAH）/异丙醇（TMAH/IPA）作为腐蚀剂代替传统的NaOH/IPA腐蚀剂制备单晶硅绒面。研究了溶液中的TMAH含量、反应时间和温度,以及加入SDS对绒面的影响。结果表明:硅片在含有2%（质量分数,下同）TMAH/5%IPA的腐蚀液,80℃恒温下腐蚀10 min即可制备出具有金字塔结构的减反射绒面。在腐蚀液中加入0.0004%的十二烷基硫酸钠可以减小金字塔尺寸,降低表面反射率,提高绒面的质量。

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摘要

Abstract

第一章绪论

第二章文献综述

2.1 太阳能简介

2.2 光伏发电的研究历史暨发展状况

2.3 太阳电池种类和器件

2.3.1 太阳电池材料和种类

2.3.2 太阳电池的原理和生产工艺

2.4 晶硅太阳电池制绒

2.4.1 单晶硅的绒面制备

2.4.2 多晶硅的绒面制备

2.5 本论文的研究目的和内容

第三章实验方案、设备及原料

3.1 实验方案

3.1.1 NaOH/异丙醇（IPA）体系制绒的优化

3.1.2 去损伤层和清洗对快速制绒的影响

3.1.3 TMAH/IPA 体系实现高效制绒

3.2 实验装置

3.3 测试设备及仪器

3.4 实验原料

第四章 NaOH/IPA 制绒体系的优化进行高效制绒

4.1 NaOH/异丙醇（IPA）体系

4.1.1 异丙醇加入量对绒面制备的影响

4.1.2 反应温度对绒面的影响

4.1.3 反应时间对绒面的影响

2SiO₃ 的影响'>4.1.4 Na₂SiO₃的影响

4.2 搅拌的影响

4.3 其他表面活性剂

4.3.1 1,4-环己二醇（CHX）

4.3.2 十二烷基苯磺酸钠（SDS）

4.4 本章小结

第五章表面清洗和去损伤对高效制绒的影响

5.1 制绒前清洗的影响

5.2 制绒前去损伤层的影响

5.3 本章小结

第六章四甲基氢氧化铵应用于单晶硅高效制绒

6.1 溶液中的TMAH 含量对绒面的影响

6.2 反应时间和温度对绒面的影响

6.3 TMAH 与NaOH 的对比

6.4 表面活性剂SDS 的影响

6.5 本章小结

第七章总结与展望

7.1 总结

7.2 创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

图题索引

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