本文選題：太陽電池 + 多晶硅　； 參考：《南昌大學》2016年博士論文

【摘要】：光伏電力是最具發(fā)展前景的清潔能源。光伏電力發(fā)展的主題之一依然是降低成本。國內(nèi)外光伏電力主要基于硅片太陽電池。近年來發(fā)展的金剛石線鋸切割硅片技術(shù)相對傳統(tǒng)的砂漿線鋸切割技術(shù)使成本有可觀幅度的降低,2014年以來已全面應用于單晶硅太陽電池硅片生產(chǎn)。然而多晶硅太陽電池片卻迄今不能得益于這項技術(shù)進步。其原因是金剛石線鋸切割的多晶硅片與現(xiàn)行酸性濕法制絨技術(shù)不能兼容,國內(nèi)外迄今仍沒有理想的低成本替代技術(shù)。本研究組前期研究開發(fā)了一種基于氫氟酸-硝酸混合酸溶液熱蒸氣刻蝕作用的氣相刻蝕制絨方法(簡稱VE制絨),對金剛石切割硅片具有良好的制絨效果,但其均勻穩(wěn)定性尚不夠理想,需要深入研究理解其絨面形貌的形成機理和控制方法,以發(fā)展成為一項有生產(chǎn)應用前景的技術(shù)。這是本文研究的主要意義和目的。近年來美國開發(fā)出一種低成本的直接生長法多晶硅片,同樣面臨與傳統(tǒng)多晶硅酸性濕法制絨不兼容問題,本文對這種硅片也進行了VE制絨初步研究。對蒸氣源混合酸溶液的配比、溶液溫度、硅片預熱保溫方式、刻蝕時間等VE制絨工藝條件對刻蝕動力學和制絨效果的影響進行了系統(tǒng)的實驗研究,采用失重分析考察刻蝕動力學,采用光反射率、表面粗糙度和表面微觀形貌表征制絨效果。結(jié)果顯示,VE制絨初期一般快速形成10微米以上直徑的大而淺的刻蝕坑,且沿線痕方向連接成淺溝槽坑,絨面光亮,反射率較高;隨后會形成大量1-5微米直徑的小刻蝕坑,刻蝕坑深寬比增大,反射率降低;繼續(xù)進行下去則又會出現(xiàn)復雜納米尺度蝕坑。各工藝條件都能夠影響從初期到后期不同階段的時間和發(fā)展程度,從而影響到最終所得絨面蝕坑的形貌、大小、均勻性及穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)并提出VE制絨的“微液滴刻蝕機理”:晶體硅表面的VE刻蝕制絨,實際上并非是由酸溶液蒸氣刻蝕而是由它在硅片表面凝結(jié)形成的微液滴的局域刻蝕作用而產(chǎn)生的;刻蝕過程中的反應放熱及其對硅片溫度的影響和演變對刻蝕效果有著關(guān)鍵作用。常溫下開始制絨的硅片的VE過程大致分為以下三個階段:初期液膜刻蝕階段:初期硅片溫度尚較低,酸蒸氣在硅片上冷凝成片且迅速擴展?jié)櫇窆杵砻嫘纬梢耗?以液膜為載體刻蝕硅片,去除表面損傷層,淡化切割痕帶來的表面性質(zhì)差別,此為第一階段‘液膜刻蝕階段’。此階段類似于濕法酸刻蝕,與之有著一致的刻蝕反應機理和刻蝕形貌。中期微液滴刻蝕階段:隨刻蝕反應大量放熱,硅片升溫,液膜蒸發(fā)收縮破裂成微液滴,以及不斷凝結(jié)新生的微液滴,以微液滴為載體刻蝕硅片,形成均勻分散的微米級蝕坑。這種局域刻蝕點的分布由外來凝結(jié)點決定,而不是循硅片表面切割紋分布,因此它能解決金剛石切割多晶硅片的制絨問題,消除表面切割紋。后期復雜循環(huán)刻蝕階段:隨著刻蝕繼續(xù)進行,硅片局部或整體溫度高于酸蒸氣溫度,微液滴細化至納米尺度及至消失,過程中產(chǎn)生亞微米或納米尺度蝕坑,反應放熱減緩,使硅片溫度下降,到一定程度后微液滴的凝結(jié)復而發(fā)生,而刻蝕亦復而進行…如此不斷往復循環(huán),形成亞微米或納米尺度蝕坑形貌。這一過程中硅片溫度處在酸蒸氣的凝結(jié)-蒸發(fā)臨界點附近,刻蝕形貌具有由臨界現(xiàn)象帶來的復雜特征。復雜納米結(jié)構(gòu)能夠大幅提高表面減反射效果,但同時卻使后續(xù)電池工藝困難,其利用需慎重對待。目前本VE制絨技術(shù)不包括這一階段�；谏鲜觥拔⒁旱慰涛g機理”和VE三階段特性,通過大量實驗驗證,本文對金剛石線鋸切割多晶硅片表面VE制絨的形貌控制提出了一系列的工藝條件,并顯著改進了其均勻穩(wěn)定性,形成了一種刻蝕時間60秒的有量產(chǎn)前景的VE制絨工藝,所得絨面為均勻密布的微米級蝕坑,其平均光反射率低于18%。研究發(fā)現(xiàn)VE制絨對直接生長法多晶硅片也具有良好效果,平均光反射率可降低到15%。所提出的微液滴制絨機理和三階段特性依然適用,與金剛石切割硅片的區(qū)別是其液膜刻蝕階段較短,縮短了整體刻蝕制絨時間。VE可望為新興的直接生長法硅片提供高效低成本制絨技術(shù)。
[Abstract]:Photovoltaic power is one of the most promising clean energy sources . One of the main themes of PV power development is to reduce costs . The invention relates to a method for etching a silicon wafer , which comprises the steps of : etching a silicon wafer with a liquid film as a carrier to form a submicron or nano - scale etching pit ;
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;TN304.12

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本文編號：2012167