一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝的製作方法

2023-11-03 01:17:17 3

專利名稱：一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能光伏應用，具體為一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝。
背景技術：
在太陽電池表面製備絨面可以有效減少太陽電池對太陽光的反射,從而提高太陽電池的效率。目前多晶矽太陽電池中常用的制絨工藝為將多晶矽片在特定配比的HF/HN03溶液中進行腐蝕，在矽片表面形成橢圓形或蠶狀腐蝕坑，從而減少對光的反射，但該方法製備的晶體矽片的反射率高達20%以上，遠遠高於單晶矽片利用氫氧化鈉的各向異性腐蝕製備的金字塔狀絨面，這也是多晶矽太陽電池效率較低的一個重要原因，而且HF/HN03都具有強腐蝕性，在與矽的反應中產生有毒的氮氧化合物氣體，也容易對工人造成傷害並汙染環境。此外,較低濃度氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液和矽在室溫下反應速度極慢,在溫度升高到一定溫度時，才會同矽發生激烈的反應，其反應化學式為
Si + 20H~l ^ M2O-*SO ·14 2H, f可見氫氧化鈉或氫氧化鉀等強鹼溶液同矽反應並沒有有毒氣體釋放，同時該類廢液的處理相對容易，不易對環境產生汙染，但該類強鹼溶液對矽的腐蝕為各向異性的，只能在(100)晶向的矽片上形成金字塔形的絨面，而在其他晶向的晶粒處並不能形成有效的減反射結構，因此並不能直接用強鹼溶液製備多晶矽片的絨面。現有的雷射制絨工藝大多採用雷射直接掃面刻槽，該工藝製備的絨面的寬度大於20 μ m，因此需要槽的深度達到20 μ m以上才能有較好的減反射性能，但因此帶來後續電池生產流程中碎片率過高。同時由於雷射高溫處理的過程使矽片表面產生大量的缺陷，形成缺陷中心，從而造成該工藝的電池的效率難於提升。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，該制絨工藝不需要太高功率的雷射器，節約能源和加工成本；而且其工藝是被控制在光斑以內而對其他位置的矽片影響很小；此外，其製作過程簡便快捷；在制絨過程中不會產生有毒氣體，避免了對工人的身體健康和環境帶來的不利影響；其能大大提升工藝過程的速度，具有很好的產業化前景；能極大地提高電池的效率。為了達到上述技術目的，本發明按照以下技術方案實現本發明所述的一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其具體步驟是(I)腐蝕處理矽片通過腐蝕去除表面的機械損傷；(2)將矽片放入室溫的一定濃度的鹼性溶液中；、
(3)通過雷射局部加熱浸泡在強鹼溶液中的晶體矽片從而發生化學反應選擇合適的雷射波長、脈衝頻率、雷射功率，將雷射光束進行均勻化處理，通過分光鏡或光柵形成幹涉圖樣；(4)形成絨面用幹涉雷射掃描整個矽片，直到矽片表面形成均勻的絨面。上述步驟(2)強鹼溶液 為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，溶液的溫度保持在室溫25V或以下。上述步驟(2)雷射光束經過擴束處理，可以極大提高工藝過程的速度。上述步驟(3)中雷射光束通過分光鏡或光柵使雷射在矽片上方發生幹涉，幹涉產生的條紋光斑的寬度小於15 μ m。上述步驟(3)中雷射光束產生的條紋光斑將照射的矽片表面加熱到50°C 100°C，以使加熱區域同周邊的強鹼溶液發生反應，在該位置形成腐蝕坑，即矽片表面形成均勻的絨面。與現有技術相比，本發明的有益效果本發明利用雷射的幹涉縮小雷射的光斑，利用雷射對矽片的瞬時和局部加熱解決強鹼溶液對晶體矽片的各向異性腐蝕，其優點如下(I)由於只需要對矽片局部加熱到50-10(TC，相對於直接用雷射進行制絨，不需要太高功率的雷射器，從而節約能源和加工成本；(2)脈衝雷射的加熱時間極短(納秒到毫秒)，在溶液中有更快的散熱速度，因此在矽片表面的升溫區域被控制在雷射光斑照射的位置，反應也被控制在光斑以內而對其他位置的矽片影響很小；(3)絨面的大小可以通過調節幹涉條紋的尺寸來調節，而幹涉條紋的尺寸可以通過調節幹涉條件獲得，製作過程簡便快捷；(4)在制絨過程中不會產生有毒氣體，反應過程被控制在光斑照射區域，也不需要異丙醇等有機試劑的參與，避免了對工人的身體健康和環境帶來的不利影響；(5)雷射通過擴束後，可以獲得很大的光斑，從而大大提升工藝過程的速度，具有很好的產業化前景；(6)該制絨方法可以實現單面制絨，對背面沒有影響，製備成電池後背面可以對長波波段產生更好的反射，從而增加對長波波段的吸收，提高電池的效率。


下面結合附圖和具體實施例對本發明做詳細的說明圖I是本發明實施例一所述的基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨系統示意圖。圖2是本發明實施例二所述的基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨系統示意圖。
具體實施例方式實施例一如圖I所示，本發明所述的一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其具體步驟是( I)腐蝕處理將樣品即矽片9通過腐蝕去除表面的機械損傷；
(2)將矽片9放入室溫的一定濃度裝有強鹼性溶液的強鹼溶液槽8內中，在本實施例中，強鹼性溶液可以為氫氧化鈉溶液，該強鹼性溶液的溫度保持在室溫25°C或以下。(3)通過雷射局部加熱浸泡在強鹼溶液中的晶體矽片從而發生化學反應開啟雷射器1，選擇合適的雷射波長、脈衝頻率、雷射功率，將雷射光束經過擴束裝置2、3擴束處理後，再通過分光鏡4及反射鏡5、6、7—起形成幹涉圖樣，幹涉產生的條紋光斑的寬度小於15 μ m，。(4)形成絨面用幹涉雷射掃描整個矽片9，機將雷射光束產生的條紋光斑將照射的矽片9表面加熱到50°C 100°C，以使加熱區域同周邊的強鹼性溶液發生反應，在該位置形成腐蝕坑，即在矽片9的表面形成均勻的絨面。實施例二 本實施例與上述實施例一基本相同，其不同之處在於如圖2所示，在上述步驟
(3)中，通過光柵4』替代實施例一中的分光鏡4及反射鏡5、6、7來形成幹涉圖樣。本發明並不局限於上述實施方式，凡是對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精神和範圍，倘若這些改動和變型屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發明也意味著包含這些改動和變型。
權利要求
1.一種基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其具體步驟是 (1)腐蝕處理矽片通過腐蝕去除表面的機械損傷； (2)將矽片放入室溫的一定濃度的鹼性溶液中； (3)通過雷射局部加熱浸泡在強鹼溶液中的晶體矽片從而發生化學反應選擇合適的雷射波長、脈衝頻率、雷射功率，將雷射光束進行均勻化處理，通過分光鏡或光柵形成幹涉圖樣； (4)形成絨面用幹涉雷射掃描整個矽片，直到矽片表面形成均勻的絨面。
2.根據權利要求I所述的基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其特徵在於上述步驟(2)中的強鹼溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，溶液的溫度保持在室溫25°C或以下。
3.根據權利要求I所述的基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其特徵在於上述步驟(2)中的雷射光束經過擴束處理。
4.根據權利要求I所述的基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其特徵在於上述步驟(3)中雷射光束通過分光鏡或光柵使雷射在矽片上方發生幹涉，幹涉產生的條紋光斑的寬度小於15 V- m。
5.根據權利要求I所述的基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝，其特徵在於上述步驟(4)中雷射光束產生的條紋光斑將照射的矽片表面加熱到50°C 100°C，以使加熱區域同周邊的強鹼溶液發生反應，在該位置形成腐蝕坑。
全文摘要
本發明屬於太陽電池技術領域，具體公開基於雷射幹涉誘導反應的晶體矽制絨工藝。其具體步驟是(1)腐蝕處理矽片通過腐蝕去除表面的機械損傷；(2)將矽片放入室溫的一定濃度的鹼性溶液中；(3)通過雷射局部加熱浸泡在強鹼溶液中的晶體矽片(4)形成絨面用幹涉雷射掃描整個矽片，直到矽片表面形成均勻的絨面。該制絨工藝不需要太高功率的雷射器，節約能源和加工成本；而且其工藝是被控制在光斑以內而對其他位置的矽片影響很小；此外，其製作過程簡便快捷；在制絨過程中不會產生有毒氣體，避免了對工人的身體健康和環境帶來的不利影響；其能大大提升工藝過程的速度，具有很好的產業化前景；能極大地提高電池的效率。
文檔編號H01L21/268GK102709163SQ20121016525
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者劉超, 梁齊兵, 沈輝 申請人:中山大學