葡萄糖對單晶硅太陽能電池制絨的影響

蔡淑紅，石 晶，姜 燕，譚凱峰，劉波濤

(中國船舶重工集團第七一八研究所，河北 邯鄲 056027)

葡萄糖對單晶硅太陽能電池制絨的影響

蔡淑紅，石 晶，姜 燕，譚凱峰，劉波濤

(中國船舶重工集團第七一八研究所，河北 邯鄲 056027)

本課題考察了葡萄糖作為制絨添加劑對單晶硅太陽能電池制絨的影響，試驗結果表明，當使用1.3%NaOH和6%乙醇的水溶液作為制絨液時，葡萄糖濃度為(0～400)ppm時，隨著葡萄糖濃度的不斷增加，單晶硅片表面金字塔結構尺寸和平均反射率不斷減小，結構越來越規則；當葡萄糖濃度為400ppm時，得到的單晶硅片金字塔形狀完整，尺寸大小為(2～4)μm，平均反射率為11.29%，制絨效果較為理想。

葡萄糖；單晶硅片；制絨

制絨是指通過化學或物理方法在硅片表面形成起伏不平的絨面，制絨后的硅片可以極大的降低光的反射率，提高短路電流，使硅片吸收更多的太陽能，從而提高太陽能電池的光電轉換效率[1-2]。

太陽能電池表面制絨已有幾十年的研究歷史，目前，工業生產中單晶硅片制絨主要采用化學腐蝕法通過堿與硅的各向異性反應在硅片表面制造金字塔結構絨面(如圖1)，從而達到降低光的反射率，提高太陽能電池轉化率的目的。

圖1 單晶硅片金字塔結構的掃描電鏡圖Fig.1 The SEM of the pyramid of monocrystalline silicon wafer

高溫條件下，化學腐蝕法制絨主要通過堿液與單晶硅片發生如下化學反應生成金字塔結構絨面[4-6]：

Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑

本課題使用1.3% NaOH和6%乙醇的水溶液作為制絨液對硅片表面進行制絨處理，得到的單晶硅表面金字塔尺寸較大且存在空隙，效果并不理想，為了解決此問題，將葡萄糖作為制絨添加劑加入到制絨液中，以獲得較為理想的制絨效果。

1 試驗部分

1.1 試劑及設備

單晶硅片：(100)晶向P型125 mm單晶硅片，電阻率1～3Ω·cm，乙醇(分析純，95%)，氫氧化鈉(分析純)。

電動攪拌器：JJ-1型，深圳天南海北實業有限公司生產；恒溫水浴鍋：S-26型，上海森信實驗設備有限公司；掃描電鏡： JSM-6360型，日本電子株式會社；反射率測定儀：D8，上海致東光電。

1.2 單晶硅片制絨試驗

1.2.1 單晶硅片前處理

試驗前將單晶硅片置于95%的乙醇中浸泡1min，之后超聲波清洗5min，干燥箱中干燥備用。

1.2.2 單晶硅片制絨

試驗中使用1.3% NaOH和6%乙醇的水溶液作為制絨液，首先將20L制絨液在80℃水浴鍋中恒溫25min，之后將按1.2.1處理過的單晶硅片插入制絨花籃中，在650r/min 的攪拌速率下反應15min，反應結束后將制絨硅片用蒸餾水清洗并干燥。

試驗結束后，采用JSM-6360型掃描電鏡觀察單晶硅片表面結構，D8反射率測定儀對單晶硅片表面進行反射率測定。

2 結果與討論

2.1 葡萄糖濃度對單晶硅片制絨的影響

試驗過程中主要考察了不同濃度的葡萄糖對單晶硅片制絨效果的影響，試驗結果如表1，制絨后單晶硅片的掃描電鏡圖見圖2。

從表1和圖2的結果看，葡萄糖濃度過低時，所得金字塔尺寸較大，且金字塔之間存在較大空隙；濃度過高時，金字塔間空隙消失，但金字塔尺寸大小不一；當葡萄糖濃度為400ppm時，效果最好。

表1 葡萄糖濃度對單晶硅片制絨的影響Table 1 The effect of the concentration of glucose on texturization of monocrystalline silicon

從制絨后單晶硅片的掃描電鏡圖像(圖2)中可以看出，1號硅片絨面金字塔結構之間存在明顯空隙，且金字塔尺寸較大；隨著葡萄糖濃度的增大，單晶硅片掃面電鏡圖片中金字塔之間空隙消失，金字塔尺寸逐漸變小；當葡萄糖濃度為400 ppm時，掃描電鏡圖片中金字塔形狀完整，尺寸均勻，大小為(2～4)μm，制絨效果較為理想。當葡萄糖濃度增大至500 ppm時，單晶硅片絨面金字塔結構規則性和均勻性變差，這是因為隨著制絨體系中葡萄糖濃度的不斷增大，大量葡萄糖分子吸附在硅片表面，阻礙了單晶硅片與堿液的制絨反應。

圖2 不同濃度葡萄糖反應后硅片的掃描電鏡圖片Fig.2 SEM images of monocrystalline silicon wafers with different concentration of glucose

2.2 葡萄糖濃度對單晶硅片平均反射率的影響

圖3為使用不同濃度葡萄糖制絨后，單晶硅片的平均反射率曲線，從圖中可以看出，當葡萄糖濃度在(0～400)ppm時，隨著葡萄糖濃度的增加，制絨后單晶硅片的反射率不斷降低，這是因為當葡萄糖濃度較低時，形成的金字塔尺寸較大且存在較多縫隙，因此硅片反射率較高，隨著葡萄糖濃度的不斷增大，硅片表面金字塔間空隙消失，尺寸變小且越來越均勻，因此反射率變小；當制絨液中葡萄糖濃度超過400 ppm后，反射率變大，這是由于單晶硅片表面金字塔結構規則性變差導致的[7]。

圖3 葡萄糖濃度對單晶硅片反射率影響曲線Fig.3 The effect of the concentration of glucose on the reflectivity of monocrystalline silicon wafers

3 結論

本文以葡萄糖作為制絨添加劑，考察了不同濃度葡萄糖對單晶硅片制絨效果的影響，試驗結果表明，使用1.3% NaOH和6%乙醇的水溶液作為制絨液，葡萄糖濃度為400 ppm時，得到的單晶硅片金字塔結構形狀完整且均勻，大小為(2～4)μm，平均反射率為11.29%，制絨效果較好。

[1] 王海東，王 鶴，楊 宏. 晶體硅太陽電池逆電流的研究[J].電子工藝技術，2012，33(1) : 7-9.

[2] Smith A W，Rohatgi A．Ray tracing analysis of the inverted pyramid texturing geometry for high efficiency silicon solar cells[J].Solar Energy Materials and Solar Cells，1993，29(11):37-49．

[3] Pierre V，Olivier E，Emmanuel M，et al.The surface texturization of solar cells: a new method using V-grooves with controllable sidewall angles[J].Solar Energy Material and Solar Cells，1992，26(1-2):71-78．

[4] 沈 凱，滿石清.乙二胺在單晶硅太陽能電池表面制絨中的應用[J].材料導報，2012，26(6) : 16-18.

[5] 古賀生.單晶硅太陽能電池制絨新技術研究[D].杭州：浙江大學，2011: 14-17.

[6] Nishimoto Y，Namba K． Investigation of texturization for crystalline silicon solar cells with sodium carbonate solutions[J].Solar Energy Material and Solar Cells，2000，61(4):393-402．

[7] 石 晶，李 杰.乳酸在單晶硅太陽能電池制絨中的作用[J].艦船防化，2013(2):22-25.

(本文文獻格式：蔡淑紅，石 晶，姜 燕，等.葡萄糖對單晶硅太陽能電池制絨的影響[J].山東化工,2017,46(15):45-46.)

The Effect of Glucose on Texturization of Monocrystalline Silicon Solar Cell

CaiShuhong,ShiJing,JiangYan,TanKaifeng,LiuBotao

(The 718th Research Institute of CSIC,Handan 056027,China)

The effect of glucose on texturization of monocrystalline silicon solar cell was investigated in this paper. The results showed that with the aqueous solution of 1.3% NaOH and 6% ethanol as texturing solution of monocrystalline silicon solar cell，the pyramid sizes and the surface reflectivities were reduced with the increase of the concentration of the glucose in the range of (0～400)ppm and the structure of the pyramid were becoming more and more regular. When the concentration of the glucose was 400 ppm, the pyramid of monocrystalline silicon with the size of (2～4)μm and the average reflectance of 11.29% has a good shape.

glucose;monocrystalline silicon;texturing

2017-06-08

蔡淑紅(1987—)，女，河北遷安人，碩士，助理工程師，從事單晶硅制絨催化劑及精細化學品的研究。

TM914.4+1

A

1008-021X(2017)15-0045-02