晶硅太阳能电池具有转换效率高、性能稳定和生产技术成熟等优势,是目前最常用的太阳能电池。制绒,即在硅片表面制备特定的减反射形貌,是降低晶硅太阳能电池光学损失的重要手段之一。相较于其他常规的晶硅太阳能电池制绒方法,比如酸刻蚀、碱刻蚀和反应离子刻蚀等,金属催化刻蚀方法由于具有刻蚀结构多样、可操作性强以及成本低廉等优势,是极具发展潜力的理想制绒方法。因此,为了能够在晶硅太阳能电池的制备过程中更加高效地利用金属催化刻蚀方法,本论文对铜银共催化刻蚀和铜催化刻蚀两种金属催化刻蚀方法进行了研究,通过系统的实验和论证,以及对于绒面结构特征、反应过程和刻蚀机理等的深入分析,补充完善了相关的刻蚀理论,实现了铜银共催化刻蚀和铜催化刻蚀方法的灵活调控,证实了这两种刻蚀方法的优势。进一步地,本研究中还对采用铜催化刻蚀制备得到的V型槽结构的全向减反射性能优势进行了分析和验证,为铜催化刻蚀工艺的应用和推广提供了依据。本论文中的研究内容和结果可以概括如下:本论文的第一部分为针对铜银共催化刻蚀方法的研究,研究中采用该制绒方法在单晶硅片表面制备了全新的具有优异减反射性能的亚微米螺旋多孔结构,并且揭示了该螺旋结构的成因:刻蚀过程中沉积在硅片表面的金属颗粒团簇具有不规则的形貌,使得在金属与硅的界面反应微区处存在不同方向上的刻蚀速率差异,导致反应过程中刻蚀方向的扭转。此外,通过对刻蚀液中各成分变化对刻蚀结果影响的深入分析,本研究还实现了对于螺旋多孔结构尺寸和分布的调控。进一步地,本研究中还将铜银共催化刻蚀方法与碱后处理工艺相结合,制备得到了在300-1000 nm波长范围内平均反射率为9.10%的亚微米倒金字塔结构,并验证了具有该绒面结构的类单晶太阳能电池较随机正金字塔类单晶太阳能电池的电池性能更为优异,证实了该制绒技术具有良好的实际应用价值。为了进一步地降低制绒成本,本论文对采用铜作为唯一催化金属的刻蚀过程也开展了系统研究。研究中利用铜催化刻蚀的方法在单晶硅片的表面制备了纳米多孔结构、倒金字塔结构、V型槽结构、正金字塔结构和混合结构等不同的绒面结构,并且对上述不同绒面结构的减反射性能也进行了测试和分析。进一步地,通过对上述绒面结构形成机理的剖析,本论文指出了沉积在硅片表面的铜颗粒或团簇的形态对绒面结构的重要影响。并且,本研究还对其中的一种特殊的绒面结构——V型槽结构进行了深入分析,提出了 V型槽结构的主要形成机理:刻蚀反应过程中,铜颗粒优先地沉积在金刚线切割硅片表面上平行于切割走线方向分布的缺陷密集区域,导致了硅片表面不同区域上的刻蚀速率差异;而由于此时沉积在硅片表面的铜颗粒或团簇的分布近似为平行条状,因此在该各向异性刻蚀过程后得到的表面结构为V型槽结构。同时,本研究还证实了分布在硅片表面上的非晶硅会加剧刻蚀速率的差异,促进V型槽结构的形成。通过对铜催化刻蚀工艺以及绒面结构形成机理的研究,本论文对铜催化的各向异性刻蚀理论也进行了补充完善,证明铜催化在硅片表面形成的结构除了可能是由{111}晶面组成外,还可能是由{110}晶面组成。除上述工作外,本研究还对绒面结构的转变进行了讨论,实现了绒面结构和硅片减反射性能的灵活调控。进一步地,本论文中采用了仿真计算和实验测试相结合的方法对V型槽结构的全向减反射性能进行了研究。在利用射线追踪方法对V型槽结构的全向减反射性能进行研究的过程中,入射光偏转角被证实是影响该结构全向减反射性能的重要因素:当入射光波长为650 nm,偏转角为0°时,V型槽结构的反射率随光入射角度的增大先下降后上升,在0-80°的入射角范围内反射率始终低于15%。此外,本论文还通过对铜催化刻蚀制备的V型槽结构的全向减反射性能测试,研究了在300-1000 nm波长范围内实际反射率与入射光波长和入射角的关系,证实了当入射角在0-20°范围内时,V型槽结构的平均反射率略高于随机正金字塔结构的平均反射率;而当入射角大于20°时,V型槽结构的平均反射率明显低于随机正金字塔结构的平均反射率。该结果证实了 V型槽结构在宽光谱范围内具有明显的全向减反射优势,适用于全向性太阳能电池或组件的制备。此外,本论文中还提出了一种全新的反射率计算方法来直观地评定样品或结构在某个特定波长和入射角范围内的减反射性能,实现了全向减反射性能的定量表征。基于以上的研究内容和结果,我们实现了对铜银共催化刻蚀和铜催化刻蚀的有效调控,证实了 V型槽结构的全向减反射性能优势,为这两种制绒方法在硅基太阳能电池生产过程中的应用以及全向性太阳能电池或组件的制备提供了理论研究基础。