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摘要
本文研究了一种用碳酸钠和碳酸氢钠溶液进行单晶硅太阳能电池织构化的新技术。通过一系列不同参数的对比实验，如Na2CO3和碳酸氢钠的浓度、溶液温度和刻蚀时间，来说明半球表面反射率的相关性。经过四组实验，我们在不同的硅表面获得了均匀可靠的金字塔形织构化。此外，我们发现通过添加碳酸氢钠可以获得更好的金字塔结构.已经发现在85℃下30分钟由20 wt%碳酸钠和4 wt%碳酸氢钠组成的混合溶液在硅表面上产生均匀的金字塔结构。纹理化的硅表面在太阳光谱的主要范围(400纳米-800纳米)中表现出较低的平均反射率(约12.84%)。因为这种组织化方法经济、无害、污染小。我们觉得它适合大规模生产。
介绍
对于小型电源来说，光伏技术是一种可靠且经济的技术，其中最重要的因素之一是光电转换效率。为了提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率，采用织构化降低硅片表面反射率，增强光吸收。在单晶硅的情况下，报道了许多关于氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液与异丙醇(IPA)的混合物的研究，因为碱性溶液各向异性地蚀刻硅并在硅表面上产生小金字塔。
许多解决方案可用于通过改善硅晶片结构光捕获来提高硅太阳能电池的效率，但是其中，碳酸盐/碳酸氢盐溶液可被认为是最无害、最危险和最昂贵的。报道了一种利用碳酸盐/碳酸氢盐溶液对太阳能电池基片进行有效纹理化的方法。同时，研究了反射率随Na2CO3和碳酸氢钠浓度、溶液温度和刻蚀时间的变化。
实验
第一步是通过在超声波清洗机中用无水乙醇清洗晶片10分钟来去除样品上的油脂。在下一步中，将样品浸入稀释的氢氟酸(氢氟酸，4重量%)中1分钟，以去除天然氧化物，并在去离子水中漂洗几次。当所有的清洁工作结束后，样品被烘箱加热以去除表面的水分。
清洗后的晶圆垂直放置在一个特别设计的自制装置中。然后在不同浓度的碳酸钠(Na2CO3)和碳酸氢钠(碳酸氢钠)中蚀刻晶片。在实验过程中，应控制好反应温度和时间。当反应结束时，将所有被侵蚀的晶片再次洗涤到无水乙醇溶液和去离子水中10分钟。之后，在干燥箱中干燥进行测试。在实验中，我们使用紫外-可见分光光度计获得了硅片表面的反射率数据。此外，通过扫描电子显微镜(SEM)测量表面形态的图像。
结果和讨论
不同碳酸钠浓度对质地的影响
初步研究了Na2CO3浓度对表面反射率的影响。溶液温度为85℃，蚀刻时间为30分钟。分别使用15重量%、20重量%、25重量%和30重量%的Na2CO3对纹理化的样品测量反射率。如图2所示。 发现反射率随着Na2CO3浓度增加到20 wt%而降低，当Na2CO3浓度超过20 wt%时，反射率开始升高。图。2显示了在400 nm-800 nm光谱范围内的加权平均反射率，我们可以看到最低值为14.98%。图。3是单晶硅片织构的SEM图像，已经显示出金字塔结构。所有这些实验结果意味着当我们使用单一试剂时，最好使用20 wt%的Na2CO3。
不同浓度碳酸氢钠对质地的影响
除了现有的20 wt%浓度的Na2CO3，现在我们添加一些不同浓度的碳酸氢钠(2 wt%、4 wt%、6 wt%和8 wt%)。同样，我们确定溶液温度为85℃，腐蚀时间为30分钟。从图4的反射率曲线来看。 当碳酸氢钠浓度增加到4%时，我们可以看到最小反射率。图。5显示最低加权平均反射率为12.84%。图。6是扫描电镜照片。看来这种组合试剂体系可以成功织构化太阳能电池用单晶硅。
不同溶液温度对质地的影响
接下来，我们研究了表面反射率对溶液温度的影响。根据先前的研究，Na2CO3和碳酸氢钠的浓度固定在20 wt%和4 wt%。蚀刻时间保持30分钟不变。图。图7显示了反射率的不同温度依赖性。如图 8所示。 溶液温度显然对织构有很大影响。当溶液温度低于85℃时，很难组织化。虽然在较高的温度下我们可以获得较好的反射率，但很难控制稳定性和获得理想的金字塔结构。因此最佳温度为85℃，加权平均反射率为12.84%。这些样品的扫描电镜图如图所示9。
不同蚀刻时间对纹理的影响。 略
图1 不同浓度碳酸钠纹理下的单晶硅晶片的反射率 图2 不同浓度碳酸钠纹理下的单晶硅晶片的平均反射率
结论
在这项工作中，晶体硅太阳能电池的纹理化技术使用碳酸钠和碳酸氢钠溶液进行了研究。我们可以发现，通过改变溶液的Na2CO3和碳酸氢钠浓度、溶液温度和蚀刻时间，可以优化样品的反射率值，从而获得与基于异丙醇的溶液中获得的反射率值相当的低反射率值。
结果表明，我们的优化工艺在85℃下使用含20 wt% Na2CO3和4 wt%碳酸氢钠的溶液持续30分钟。织构化后，对于单晶硅片，我们可以获得可靠且均匀的金字塔形织构化表面，平均加权反射率为12.84%。我们的方法对高效太阳能电池的工业化生产寄予厚望。
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