摘 要

人类对太阳能的利用由来已久，而在地球不可再生能源日渐枯竭，环境恶化与人类生存矛盾加剧的今天，我们亟待研发更加高效和绿色的光伏技术来帮助我们延续文明。而多晶硅表面减反射技术的更新迭代给我们带来希望。科研工作者们用等离子化学刻蚀、酸性湿法刻蚀等方法在多晶硅表面刻蚀具有陷光性能的微结构孔来降低反射率取得了丰硕成果，但光电转换效率仍较大提高空间。近几年金属辅助湿法刻蚀以其工艺简单、生产成本低廉、高效性等独特性而被受关注和广泛工业化应用。

本文以银离子作为辅助金属离子，探索了酸性湿法黑硅方法中温度和时间对挖孔和扩孔后多晶黑硅反射率的影响，分析湿法刻蚀黑硅的各步骤原理以及对低反射多晶硅表面微结构进行了表征和分析，得到以下结论：在55℃时随挖孔时间增加，黑硅反射率缓慢升高且有利于后续扩孔反应的进行，最后得到平均反射率17.62%的多晶黑硅。

关键词：太阳能电池、光伏、反射率、多晶黑硅、湿法刻蚀、微结构孔

Abstract

Humans have been using solar energy for a long time, and today, when the earth's non-renewable energy is depleting, and the contradiction between environmental degradation and human survival is intensifying, we urgently need to develop more efficient and green photovoltaic technology to help us continue civilization. The updated iteration of polycrystalline black silicon surface anti-reflection technology brings us hope. Researchers have used plasma chemical etching, acid wet etching and other methods to etch the micro-structured pores with trapping properties on the surface of polycrystalline silicon to reduce the reflectivity, but the photoelectric conversion efficiency still greatly increases the space. In recent years, metal-assisted wet etching has attracted attention and extensive industrial application due to its unique process, low production cost and high efficiency.

In this paper, silver ions were used as auxiliary metal ions. The influence of temperature and time on the reflectivity of polycrystalline black silicon after boring and reaming was explored. The principle of each step of wet etching black silicon was analyzed. The surface microstructure of low-reflection polysilicon was characterized and analyzed. The following conclusions were obtained: at 55 °C, the reflectivity of black silicon increased slowly and facilitated the subsequent hole-expanding reaction. Finally, the average reflectance of polycrystalline black silicon was 17.62%.

Keywords: solar cell；photovoltaic reflectivity；black polycrystalline silicon；wet etching；microstructural hole

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2太阳能电池研究背景及其意义 2

1.3晶硅太阳能电池基本结构及其相关原理 5

1.3.1晶硅太阳能电池基本结构及原理 5

1.3.2多晶硅光伏电池光生电原理 6

1.4多晶黑硅发展历程及其织构化工艺 8

1.4.1多晶黑硅研究应用历程 8

1.4.2多晶黑硅表面织构化处理方法及优缺点 9

1.4.3金属辅助化学刻蚀黑硅的原理 11

1.5多晶黑硅表面织构化处理要求 13

1.6本章小结 13

1.7本文研究的意义及内容 14

第二章 实验流程及性能表征 15

2.1主要实验原料试剂 15

2.2实验流程 16

2.2.1实验步骤流程图 16

2.3具体实验步骤及反应条件、反应机理 16

2.4实验探究及规律性能表征 18

2.5实验分析与讨论 24

2.6本章小结 25

第三章 结果与展望 26

3.1结论 26

3.2展望 26

参考文献 28

致谢 32

第一章 绪论

1.1引言

结构决定物质性质，性质反映结构。而多晶硅表面的结构形貌特征对太阳能光电子器件光电转换性能有着决定性意义。可再生能源中太阳能可以说是最重要的新能源之一,比起其他的可再生清洁能源前景更好，制造成本更低更加高效，能量的储藏量高，比普通发电方式更加安全清洁。发展迅速的光伏产业使多晶硅电池的需求进一步上升，多晶硅更低的材料成本却有着相同的光电转换效果。虽然这几年单晶硅大火于光伏市场，多晶硅在光伏电池市场依然占据了极其重要的地位，依旧是太阳能电池非常关键的原材料。而多晶硅表面刻蚀微结构孔（即表面制绒）是制备多晶太阳能电池的首要工艺，也是整个太阳电池生产应用过程中极为重要的工艺步骤。制绒的原理是硅片表面的受损层之上制备出一种虫洞表面，这种表面能够使阳光在其凹凸的虫洞状结构中不断的反射和吸收，从而减少多晶硅表面对光的反射率，进而达到了提高电池的光电转换率的工艺目的。太阳能电池技术的突破有两个重点，即提高光能向电能转化的效率和更经济便宜成本的工艺方法。提高效率比较有效的方法是加大电池对光的吸收，不仅能使太阳光在多晶硅的外表面通过的路程增加，还使得光在绒面的内部多次反射，降低了光的反射丢失。所以多晶硅电池绒面的陷光性越好制成的太阳能电池光电转换效率也就越高。大多数情况下光照射在硅片表面时三分之一左右的光子会被丢失掉。而表面制绒是降低光损耗最常用的方法，目前多晶硅太阳能电池使用最多的工艺是氢氟酸、硝酸的酸性刻蚀孔槽制绒的方法。此工艺工序简易，便于大批量生产。光电性能良好的半导体多晶硅，是制造太阳能光电子器材的基石性原料。但多晶硅光电子器件一般都要对其表面进行织构化（刻蚀孔槽孔）处理，使之具备更好的光能捕获性能[9]。多晶体的表面减反射处理，最有效的工艺是在硅表面进行刻蚀孔槽修饰，使多晶硅表面形成绒面结构，表面均匀分布陷光微结构孔。这样的表面微结构孔使得光能在硅表面多次反射、折射和吸收。从而使得带有能量的光子有更多的机会进入到晶体硅中激发光生电流。而在银离子辅助酸性湿法刻蚀黑硅工艺中，影响最终表面织构化处理效果的因素有很多，初抛温度，挖孔、扩孔时间、温度，刻蚀液的浓度配比等，有待进一步探索其中影响因素和作用机理，以便更好优化制绒工艺，增强陷光性能，提高光电转换效率。

1.2太阳能电池研究背景及其意义

材料的发明使用与人类历史息息相关。从石器出现到青铜器和铁器，再从塑料发明为代表的高分子到晶体管为伊始的无机固体电子学，再到微电子技术、计算机的应用、宇宙大开发等等的利用，随着科学技术的突飞猛进，20世纪的人类络绎不绝地创造着丰富的物质文明，殊不知支撑着这种物质文明的根本却是地壳内低廉而丰富的化石能源。不可再生能源的过度开采和低效率利用，随之带来的环境污染，全球气候变暖，冰川融化土地荒漠化等等早已经给人类可持续发展带来严峻挑战。我们亟待开发利用可持续能源以利在当代，功在千秋。太阳能以其无可媲美的绿色清洁、总量宏大、可持续强、易于集聚等优势越来越受到科学家们的关注。追根溯源，地球上所能利用的能量九成以上都直接来自太阳光照或间接由太阳能转化。可以说辐射到地球上的太阳光被大气和地表面吸收，再转换成物质内能、热能和其他形式的能量，在保持地球大气温度的同时，通过各种各样的气象活动，能量传递和转换，维护着动植物圈的生态平衡，保持着地球生物圈正常的生态循环[9]。如图1.2.1所示为全球和中国未来能源储备情况。

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