摘要:本论文依据多晶硅结构的特点，对多晶硅表面绒面的制备进行研究并优化制绒工艺。酸绒面的制备可以改善多晶硅表面减反射效果。在合适的反应条件下用酸腐蚀的方法可以在硅片上制备出减反射效果良好的绒面，并且工艺简单、成本低，适合于工业的实际生产和应用。连续生产过程中不断添加一定比例的腐蚀液会使多晶硅片在一个相当长的范围内达到稳定的制绒效果。并且通过控制腐蚀深度可以得到好的短路电流，进而增大电池的光电转换效率。

　　关键词：多晶硅；酸腐蚀；表面绒面；最优化

　　1引言
　　要缩小多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池之间效率上的差距，采用绒面技术提高多晶硅表面对光的吸收是最有希望的办法。各向同性的酸腐蚀绒面技术可以比较容易地整合到当前的太阳电池处理工序中，它应用起来成本较低，是最有可能广泛应用到多晶硅太阳电池的绒面加工技术。在太阳电池的生产工艺中，硅片表面绒面的制备是提高太阳电池表面的光吸收以提高其转换效率的有效手段。本文采用酸腐蚀法在多晶硅表面形成一层多晶硅绒面(也称为多孔硅层)，可以达到良好的光陷阱作用和减反射效果，并且制作工艺简单、成本低，有一定的广泛应用前景。

　　2实验原理及方案
　　本实验采用酸腐蚀法对多晶硅片进行腐蚀形成多晶硅绒面。酸腐蚀液为HF、HN03和去离子水按一定比例混合而成，其中HN03为强氧化剂，在反应中提供反应所需要的空穴；HF的作用是与反应的中间产物Si02反应生成络合物H2SiF6以促进反应进行；水对反应起缓冲作用；反应中还会生成少量的HN02，它能促进反应的发生，因此这是一种自催化反应。

　　由于HF、HN03和去离子水的混合液发生了多种配比的化学反应，如下：

　　Si+2HN03+6HF=H2SiF6+2HN02+2H20(1)
　　3Si+4HN03+18HF=3H2SiF6+4NO+8H20(2)
　　3Si+2HN03+18HF=3H2SiF6+2NO+4H20+3H2(3)
　　5Si+6HN03+30HF=5H2SiF6+2N02+4N0+lOH20BH2(4)

　　其反应的本质可以理解为：
　　Si+4HN03=Si02+4N02+2H20(5)
　　Si02+4HF=SiF4+2H20(6)
　　SiF4+2HF=H2SiF6(7)

　　其中式(5)的反应可以看成是以下几个反应不断推进的结果，过程的中间产物HN02起到白催化作翔。在此处键入公式。
　　Si+4HNO'3=Si02+4N02+2H20(8)
　　2NO+H20=HN02+HN03(9)
　　Si+4HNO}2=S102+4NO+2H20(10)
　　4HNO，+2NO+H20=3HN02(11)

　　这种腐蚀方法是对多晶硅进行各向同性腐蚀，与晶粒的晶向无关，因此可以在多晶硅表面形成均匀的多晶硅绒面。

　　本实验所用的硅片是Yinglisolar公司生产的硼掺杂P型多晶硅片，电隧率为0.7-2.0Ω·cm，厚度约为180μm。所用的硅片尺寸为156mm×156mm多晶硅片。反应槽用普通的塑料容器，腐蚀液由40％的HF溶液65％豹HN03溶液积去离子求按比铡混合而成。实验中，先按不同比例配制腐蚀液并制作多晶硅绒面；然后对有绒面的多晶硅片进行常规工艺的扩数。当确定了最优的腐蚀渡裙始配比爱霉通过调整设备的传输速度、反应的安际温度来确定最优化的反应条件。实验所得的样晶用显微镜观察其表面形貌，用全波长积分式反射仪测试其表面的反射特性。

　　3实验结果与分析
　　3.1形貌分析
　　用这种酸腐蚀方法可以在硅片表面形成比较均匀的微沟道结构，光入射后会在表层多次反射，形成多次吸收，最终得到比较好的减反射效果。多晶硅绒面在硅片上的分布整体上也是比较均匀的，晶粒间界也变得不清晰了，这是因为酸腐蚀法对硅片的瘸蚀是各向同性的，在不同晶向上的瘸蚀没有明显的选择性。肉眼直接观察，不同腐蚀液配比制成的绒面结构并不相同。如图1～2。

　　我们借助显微镜观察制绒后的微观结构，由图3、图4对比可见，在显微镜下观察高HF浓度制绒后多晶硅表面形貌时，硅片表面呈现出大量黑色斑点和沟壑等缺陷，在这些缺陷出极易形成复合中心，减少有效载流予的数量，降低制绒后对光的吸收效果。不同腐蚀液配比制得的缄面线度各有不同，通过试验我们选择高HNO3浓度来完成绒面的制备过程。

　　在确定了较好的初始腐蚀液配比后，在生产的过程中需要不断补加新鲜的腐蚀液完成良好的腐蚀效果。试验确定了一定的补液体积比，如HF：HN03=1：1，就可以在相当长的时间内使酸腐蚀后的多晶硅外观形貌比较均匀。腐蚀后的硅片表面由大量深浅不一的徽沟道纵横交织在一起形成的，其表面并不平整，因此，当光入射后会在这里发生多次反射，从而降低表面反射率。

　　3.2反射谱分析
　　检验多晶硅绒面减反射效直观的方法是送行反射谱测试，对大量的样品进行测试的结果表明，多晶硅绒面的反射率一般为22％～28％，反射最小的可以达到20％左右。当多晶硅单面的腐蚀深度从5.0～4.0μs递减的过程中测得的反射率也随之减小，并且在实验的过程巾发现，在一定范围内变换反应条件所制备出的多晶硅绒面减反射效果相差不大。

　　3.3电池参数的测试
　　不同条{幸下制绒后的电池参数略有差异。我们发现当反应速率控制在1.9～2.29μm／min时，对电池参数的影响相差不多。在相同的腐蚀速率下，当硅片表面的单面腐蚀深度在5.0~4.0μS递减的过程中，电池的短路电流随之增大，但并不意味着会一直增大下去，当单面腐蚀深度小于4μs时，短路电流明显降低。具体参数见表1。

　　一定的反应速率条件下，当多晶硅表面单面腐蚀深度在3.75-4.5岫时，电池的效率最好，腐蚀深度在4.0～4.25μs时短路电流最高，其他参数影响不大。因此，腐蚀深度在4.0～4.25μs时电池的效率达到最优化。

　　3.4有待进一步解决的问题
　　虽然用以上方法可以在大面积硅片上制备出均匀的、减反射效果良好的多晶硅绒面，但是在实验的过程中还存在一些问题：

　　(1)腐蚀时间和反应溶液的温度对绒面的形成至关重要，因此，要进一步观察试验并进一步优化反应条件。

　　(2)在采用具有绒面的多晶硅片制作人阳电池时需要解决绒面自身的稳定的问题。此外，根据国内外已有的经验，可利用多晶硅绒面吸杂来提高多晶硅片的少子扩散长度。

　　4结论
　　增加太阳电池表面光吸收是太阳电池生产过程中的一个重要环节。在合适的反应条件下用酸腐蚀的方法可以在硅片上制备出减反射效果良好的绒面，并且工艺简单、成本低，适合于工业的实际生产和应用。在高HNO3的初始腐蚀液配比条件下，在连续生产过程中不断添加一定比例的腐蚀液会使多晶硅片在一个相当长的范围内达到稳定的制绒效果。并且当腐蚀速率在1.9～2.2μm／min的范围内，通过控制腐蚀深度可以得到好的短路电流，进而增大电池的光电转换效率。