多孔硅的电化学制备及其性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanzhengpeng2
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在硅片表面用电化学阳极腐蚀法能形成一层海绵状多孔结构,即多孔硅。由于多孔硅独特的微观结构与减反射特性,能降低入射光的损失,提高光的转化效率,被作为太阳能电池的减反射膜,即多孔硅减反射膜,这种技术能媲美传统的表面织构化与沉积减反射膜,因此开展对多孔硅的研究具有重要的科学价值。论文首先阐述了多孔硅作为太阳能电池减反射膜的研究现状、现行制备方法以及当前对其形成机理的不同认识。通过实验,对不同电化学腐蚀法制备多孔硅进行了对比研究,探讨了各自工艺特点和技术要素,研究了各工艺参数对电化学腐蚀法制备多孔硅形貌及性能的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外光谱、电化学测试等方法对实验结果进行了深入分析,实验结果论述如下:对比实验表明,双槽电化学腐蚀法制备的多孔硅比单槽电化学腐蚀法制备的多孔硅表面形貌更均匀、孔隙更密集、表面反射率更低。在n型单晶硅上采用双槽电化学腐蚀法并在适当的技术参数条件下能制备出表面形貌均匀、孔隙密集、表面反射率低的多孔硅。以HF/C2H5OH/HNO3为腐蚀体系,溶液配比为1:2:1、温度T=25℃,分别改变电流密度和腐蚀时间,得出以下规律:随着电流密度的增大,孔径逐渐增大,孔间距逐渐减小,孔隙率先增大后急剧减小,反射率先减小后急剧增大;随着腐蚀时间的增大,多孔硅的厚度不断增大,孔壁上的次生小孔越来越多,孔隙率先增大后减小,反射率先减小后增大,在电流密度J=30mA/cm2、腐蚀时间t=90min时反射率最低,在波长为4001100nm测量范围内,平均反射率为5.6%。在p型单晶硅上采用双槽电化学腐蚀法并在适当的技术参数条件下也能制备出表面形貌均匀、孔径大小一致、表面反射率低的多孔硅,但平均反射率稍高。以HF/C2H5OH/HNO3为腐蚀体系,溶液配比为1:2:1、温度T=25℃,改变电流密度和腐蚀时间,得出以下规律:随着电流密度的增大,孔径逐渐增大,厚度先增大后减小,孔隙率先增大后急剧减小,反射率先减小后急剧增大;随着腐蚀时间的增大多孔硅的厚度先增大后出现过度腐蚀而变薄,孔隙率先增大后减小,反射率先减小后增大,在电流密度J=20mA/cm2、腐蚀时间t=90min时反射率最低,在波长为4001100nm测量范围内,平均反射率为8.3%。以HF/C2H5OH为腐蚀体系(溶液配比为1:1,温度T=25℃),在p型多晶硅上制备多孔硅。考察了电流密度和腐蚀时间对多孔硅制备的影响,结果表明:在该腐蚀体系下得到的绒面形态为裂纹状,随着电流密度的增大,裂纹的宽度逐渐增大,裂纹的深度也逐渐增大,孔隙率逐渐增大,反射率先减小后增大;随着腐蚀时间的增大,裂纹逐渐变宽、变深,孔隙率不断增大,反射率先减小后增大,在电流密度J=5mA/cm2、腐蚀时间t=60min时反射率最低,在波长为4001100nm测量范围内,平均反射率为16.2%。以HF/H2O/C2H5OH为腐蚀体系,以腐蚀时间、电流密度、溶液配比为因素,做正交实验,得到该腐蚀体系下的最佳工艺为:腐蚀时间为45min、电流密度为10mA/cm2、溶液配比为1:1:3,该工艺条件下制备的多孔硅的反射率最低,在波长为4001100nm测量范围内,平均反射率为12.7%。实验结果表明,采用双槽电化学腐蚀方法并控制适当的加工参数在硅表面制备减反射层是一种简便、成本低廉、效果良好且环境友好的方法。
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