晶体硅电池表面光功能织构及其制备的研究进展分析

晶体硅电池表面光功能织构及其制备的研究进展分析

李建

东莞南玻光伏科技有限公司 广东东莞 523000

[摘要] 随太阳能光伏发电产业的持续发展，晶体硅电池作为此产业当中主流产品。太阳能转换效率是光伏产品的核心指标，若想提升产品转换效率，就需要从其表面织构与其制备层面研究着手。本文主要探讨晶体硅电池表面部位光功能的织构与其制备的当前研究进展情况。

[关键词]电池；晶体硅；表面；光功能；织构；制备

前言：

表面功能织构层面研究，往往涉及多学科的整体性交叉设计，以及较多制造科学相关问题。晶体硅电池属于太阳能发电的一种主流产品，为能够更好地借助表面部位光功能的织构，提高光能利用率，有效提升晶硅电池的光电转换效率，必要对此开展综合分析。

1、研究进展情况

1.1 在纳米类型表面织构层面

以化学、物理等方法为基础，在硅片表面所制备出纳米级光功能织构，该类型的硅片总体反射率低。为改善硅片表面反射率低的问题，一种叫黑硅的表面织构被提出，现今以金属催化的化学刻蚀（MCCE）方法、反应离子的刻蚀（RIE）方法为主。MCCE方法，以银离子为基础，辅助实施化学刻蚀，把特定浓度AgNO3、HO2、HF等相关溶液，以特定比例，予以混合配制。而后，刻蚀节点上，硅片表面便会附着一些Ag的粒子，硅为阳极，Ag粒子呈阴极，硅片表面位置便会产生一定刻蚀的微小通道，硅基体经快速地刻蚀处理之后，纳米级的孔隙便会形成，而硅片的整个表面部位便会产生纳米级线面的一种结构；RIE方法，是对晶体硅的表面部位实施纳米级别织构加工，获取＜1%反射率黑硅表面的织构，能够达到相应的纳米级要求，但无法更加有效的控制器加工作业精度，黑硅表面潜在缺陷问题，将吸光率增益抵消掉，光电转换呈低效率。故改善或优化黑硅电池的表面缺陷，属于光电转换总体效率提升的研究重点。

1.2 在微米类型表面织构层面

一是，针对缺乏均匀性的表面织构。晶体硅晶胞是面心立方一种金刚石材质的结构，该晶体内部则有着不同的方向，在原子排列具体方式、实际的疏密程度各个层面有明显差异。单晶硅经强碱刻蚀处理后，因不同晶界面被腐蚀的速度不一致，在100面腐蚀最快，从而在单晶硅整个表面便会产生金字塔类型的织构。而在刻蚀处理前期，因其表面形态欠缺一致性，以至于化学制绒及刻蚀处理之后，产生金字塔型的织构均匀性不佳；多晶硅的表面所含晶粒及晶界较多，晶粒有着不同的取向，刻蚀后仅能够有不规则的相应凹坑织构形成，其吸光率低于单晶硅[1]。工业领域现阶段通常选定NaOH/KOH的碱性溶液作为化学制绒溶剂，通过对NaOH/KOH实际浓度、刻蚀时间、反应温度和环境温度等进行合理控制，并采用合适的催化剂加入其中，从而在单晶硅整个表面产生金字塔织构，并且形貌、尺寸会得到明显改善，达到比较理想的效果；

二是，针对均匀性的表面织构层面。化学制绒呈高效率化和低成本层化的优越性，但它所获取的表面整体光功能织构缺乏均匀性，表面最优的一种织构获取则无法实现，且有环境污染等问题。与化学制绒对比，则物理制绒可获取优良减反射一种效果，物理制绒所获表面织构尺寸＜2 pm，且相对均匀，对晶体硅类型电池而言，可实现薄片化。物理制绒，当前包含着机械刻槽和载能性的粒子束这两种加工处理手段。采用机械刻槽这一加工工艺，在晶体硅表面能够加工出相对均匀的织构，且单晶硅的表面还能够加工出来微沟槽型的一种结构阵列，此种微沟槽型的织构，则单晶硅电池可达到较高的光能吸收率。

1.3在复合型光功能的织构层面

晶体硅电池表面做复合型光功能织构，能够达到更高吸光率，实现更高的光生伏特效应，是高效性晶体硅电池一个研究方向。借助等离子刻蚀及纳米压印技术，能够将不同光功能的织构膜有效制备出来[2]。晶体硅电池表面实现PMMA平面的一层薄膜有效复合，经等离子相应刻蚀处理，在PMMA薄膜整个上面位置，将不同尺寸的锥形织构加工出来。如图1当中a-i所示的是绒面晶体硅；而图1当中a-ii，为光面性质晶体硅、光功能类型织构膜所复合而成的电池表面。而图1b，则为PMMA的平面膜和光面性质晶体硅一种复合表面，PMMA类型膜表面位置，覆盖着氧化铝型的颗粒；图1c～d，则是等离子相应刻蚀技术之下，在PMMA膜位置所加工制备获取到尺寸不同的一种光功能类型织构；图1e，为复合不同相应织构膜型晶体硅的电池实测反射率各项数据信息，这种晶体硅电池表面部位复合型光功能织构膜能够将反射损失降为＜1%，此项研究验证了该模型是一种高质量复合型织构，光吸收率更高，但是制备总成本相对较高。依托纳米压印技术，可以以相对较低的制备成本，获取复合类型的织构膜。依托于热压印技术，能够把光面的晶体硅电池表面有效复合成形貌不同PVC的织构膜，吸光率可提升约4%～7%，且光电的转换效率可提升4.95%。常温环境当中，依托于紫外纳米的压印技术，能够将分辨率较高织构膜更有效且快速的加工出来，这种复合型电池光电所达到的转换效率约11.73%，且这种表面纳米织构，其含自洁净功能特性；现有部分研究专家选定多孔式纳米级的氧化铝为模板，放置室温环境内，借助紫外纳米压印技术，在晶体硅的表面可获取蛾眼状的织构膜，这种复合电池基本上总体反射损失可减少4%，此种一种复合型电池的光电总体转换效率达到19%。现阶段，纳米压印总体加工精度较低，若想确保高微或是纳米织构这种模具总体加工精度可持续提高，便需科学优化或改善微/纳这种织构膜的成型工艺，高效制备一种低成本和高精度类型微/纳的光功能一种织构膜，这将是晶体硅型复合电池在今后达到产业化建设发展的主流研究方向。

图1复合类型光功能总体织构膜情况的示意图

2、研究展望

2.1针对晶体硅电池表面部位实施直接制备作业层面

表面部位光功能的织构今后可倾向于纳米级，未来将要开发运用更多精密性或者是超精密性加工技术和设备等。微纳级的表面效应，将有效反映出吸光率还有光生伏特基础效应各项影响机理，导致晶体硅的表面位置光功能织构更为高效、无损伤性、精细化制备工艺、装备等层面增加实践研究，对于我国的太阳能整个发电领域、机械制造行业领域进步发展而言，有着积极促进作用。

2.2 针对复合类型光功能的织构实施制备作业层面

晶体硅的复合型光功能织构的电池制备，含有较多的学科知识，微细化织构材料成型的多项工艺、复合技术及其工艺、操作各项标准，需要系统化设计整个加工过程，充分考虑多尺度类型结构及工艺、各项因素等，积极探索低成本、高精度化微/纳光功能的织构膜制备，属于高效率化晶体硅的电池未来研究及发展方向。

3、结语

综上所述，通过此次围绕着晶体硅电池表面部位光功能的织构与其制备的当前研究进展情况所开展总结分析可了解到，针对此方面研究正在不断深入，晶体硅电池今后重点研究方向将是对晶体硅整个表面部位光功能的织构更为高效、无损伤性、精细化制备工艺、装备层面更为深入研究，且不断探索出低成本、高精度化微、纳光功能的织构膜制备工艺或方式，便于积极推进着晶体硅电池整个产业的发展。

参考文献：

[1]彭海烽.复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究[D].集美大学,2020，14（033）：287-290.

[2]蒋雯.皮秒激光与电化学复合刻蚀制备表面织构及其摩擦性能研究[D].江苏大学,2020，39（025）：324-356.