单晶硅太阳电池腐蚀液及绒面结构的研究

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单晶硅太阳电池腐蚀液及绒面结构的研究

摘要

利用光伏发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。制备高效率低成

本的太阳能电池对于大规模利用光伏发电有着十分重要的意义，而通过一定的措

施减少太阳电池表面反射率、增强电池表面对入射光的吸收有利于提高太阳电池

的转换效率。

本文同时从化学角度和物理角度考虑对单晶硅太阳电池表面形貌进行改进，

提出有机碱腐蚀液四甲基氢氧化铵（TMAH）制备单晶硅太阳电池绒面以及单晶

硅太阳电池中的单面制绒结构的应用。

对于TMAH溶液制备单晶硅太阳电池绒面，分别研究了溶液中TMAH浓度

及异丙醇（IPA）浓度、反应温度及反应时间对制绒效果的影响。硅片表面的反

射率随TMAH浓度升高为先降后升的变化规律，TMAH浓度达到2%时（此时溶

液含有10%IPA），表面反射率下降到最低为13.38%；改变IPA的含量（溶液中

含有2%TMAH），反射率随IPA浓度升高也是先降后升的规律，8%IPA能使得

表面反射率降到最低，达到13.43%。硅片表面反射率随溶液温度升高而下降，

80°C和90°C时，反射率分别为13.47%和13.40%，考虑的实验可控性和成本，

宜选取的反应温度为80°C。以反应时间为变量，TMAH腐蚀硅片的最佳反应时

间为30min，反射率降到13.39%。于是得到TMAH溶液制备单晶硅太阳电池绒

面的最佳反应条件为：2%TMAH+8%IPA溶液，在80°C下反应30min。通过

TMAH绒面太阳电池和传统NaOH绒面电池的对比来看，TMAH绒面金字塔均

匀性好、覆盖率高，表面反射率降低约1%，各向性能参数均有所提高，最大输

出功率Pm达到2.37W，转换效率η达到16.03%。

单面制绒结构采用SiNx膜作为单晶硅太阳电池背表面的保护层，阻挡制绒

溶液与背表面反应，从而形成没有金字塔结构的平坦背表面。浓度>40%的HF

与水按1：100混合，对PECVD沉积的SiNx减反膜腐蚀速率约为5.543?/min。

60nm厚的SiNx膜能够阻挡NaOH制绒溶液与硅片进行反应。由30%NaOH组成

的减薄溶液腐蚀绒面金字塔，60s可以基本去除金字塔，反射率与原始硅片减薄

后一致，为31.64%。120s后硅片表面变得更加平坦，反射率达到35.63%。通过

不同的工艺制备三种形貌的背表面，其中，单面制绒平背表面电池的所有性能参

数较其他两种背表面电池均有所提高；减薄平背表面电池的FF，Pm和η稍高于

正常绒面背表面电池，但由于厚度减小导致了Isc和Voc不高。理论分析了得出

Rs对FF的影响大于Rsh。单面制绒结构电池的铝背场均匀性较好，其厚度约为

13μm，与理论值相近。在440nm~1000nm波长范围内测得电池的外量子效率

（EQE），发现组2电池的EQE最高；组3电池对于长波部分的EQE比组1电

池要好一些。

关键词：四甲基氢氧化铵，绒面，铝背场，太阳电池