葡萄糖对单晶硅太阳能电池制绒的影响

蔡淑红，石 晶，姜 燕，谭凯峰，刘波涛

(中国船舶重工集团第七一八研究所，河北 邯郸 056027)

葡萄糖对单晶硅太阳能电池制绒的影响

蔡淑红，石 晶，姜 燕，谭凯峰，刘波涛

(中国船舶重工集团第七一八研究所，河北 邯郸 056027)

本课题考察了葡萄糖作为制绒添加剂对单晶硅太阳能电池制绒的影响，试验结果表明，当使用1.3%NaOH和6%乙醇的水溶液作为制绒液时，葡萄糖浓度为(0～400)ppm时，随着葡萄糖浓度的不断增加，单晶硅片表面金字塔结构尺寸和平均反射率不断减小，结构越来越规则；当葡萄糖浓度为400ppm时，得到的单晶硅片金字塔形状完整，尺寸大小为(2～4)μm，平均反射率为11.29%，制绒效果较为理想。

葡萄糖；单晶硅片；制绒

制绒是指通过化学或物理方法在硅片表面形成起伏不平的绒面，制绒后的硅片可以极大的降低光的反射率，提高短路电流，使硅片吸收更多的太阳能，从而提高太阳能电池的光电转换效率[1-2]。

太阳能电池表面制绒已有几十年的研究历史，目前，工业生产中单晶硅片制绒主要采用化学腐蚀法通过碱与硅的各向异性反应在硅片表面制造金字塔结构绒面(如图1)，从而达到降低光的反射率，提高太阳能电池转化率的目的。

图1 单晶硅片金字塔结构的扫描电镜图Fig.1 The SEM of the pyramid of monocrystalline silicon wafer

高温条件下，化学腐蚀法制绒主要通过碱液与单晶硅片发生如下化学反应生成金字塔结构绒面[4-6]：

Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑

本课题使用1.3% NaOH和6%乙醇的水溶液作为制绒液对硅片表面进行制绒处理，得到的单晶硅表面金字塔尺寸较大且存在空隙，效果并不理想，为了解决此问题，将葡萄糖作为制绒添加剂加入到制绒液中，以获得较为理想的制绒效果。

1 试验部分

1.1 试剂及设备

单晶硅片：(100)晶向P型125 mm单晶硅片，电阻率1～3Ω·cm，乙醇(分析纯，95%)，氢氧化钠(分析纯)。

电动搅拌器：JJ-1型，深圳天南海北实业有限公司生产；恒温水浴锅：S-26型，上海森信实验设备有限公司；扫描电镜： JSM-6360型，日本电子株式会社；反射率测定仪：D8，上海致东光电。

1.2 单晶硅片制绒试验

1.2.1 单晶硅片前处理

试验前将单晶硅片置于95%的乙醇中浸泡1min，之后超声波清洗5min，干燥箱中干燥备用。

1.2.2 单晶硅片制绒

试验中使用1.3% NaOH和6%乙醇的水溶液作为制绒液，首先将20L制绒液在80℃水浴锅中恒温25min，之后将按1.2.1处理过的单晶硅片插入制绒花篮中，在650r/min 的搅拌速率下反应15min，反应结束后将制绒硅片用蒸馏水清洗并干燥。

试验结束后，采用JSM-6360型扫描电镜观察单晶硅片表面结构，D8反射率测定仪对单晶硅片表面进行反射率测定。

2 结果与讨论

2.1 葡萄糖浓度对单晶硅片制绒的影响

试验过程中主要考察了不同浓度的葡萄糖对单晶硅片制绒效果的影响，试验结果如表1，制绒后单晶硅片的扫描电镜图见图2。

从表1和图2的结果看，葡萄糖浓度过低时，所得金字塔尺寸较大，且金字塔之间存在较大空隙；浓度过高时，金字塔间空隙消失，但金字塔尺寸大小不一；当葡萄糖浓度为400ppm时，效果最好。

表1 葡萄糖浓度对单晶硅片制绒的影响Table 1 The effect of the concentration of glucose on texturization of monocrystalline silicon

从制绒后单晶硅片的扫描电镜图像(图2)中可以看出，1号硅片绒面金字塔结构之间存在明显空隙，且金字塔尺寸较大；随着葡萄糖浓度的增大，单晶硅片扫面电镜图片中金字塔之间空隙消失，金字塔尺寸逐渐变小；当葡萄糖浓度为400 ppm时，扫描电镜图片中金字塔形状完整，尺寸均匀，大小为(2～4)μm，制绒效果较为理想。当葡萄糖浓度增大至500 ppm时，单晶硅片绒面金字塔结构规则性和均匀性变差，这是因为随着制绒体系中葡萄糖浓度的不断增大，大量葡萄糖分子吸附在硅片表面，阻碍了单晶硅片与碱液的制绒反应。

图2 不同浓度葡萄糖反应后硅片的扫描电镜图片Fig.2 SEM images of monocrystalline silicon wafers with different concentration of glucose

2.2 葡萄糖浓度对单晶硅片平均反射率的影响

图3为使用不同浓度葡萄糖制绒后，单晶硅片的平均反射率曲线，从图中可以看出，当葡萄糖浓度在(0～400)ppm时，随着葡萄糖浓度的增加，制绒后单晶硅片的反射率不断降低，这是因为当葡萄糖浓度较低时，形成的金字塔尺寸较大且存在较多缝隙，因此硅片反射率较高，随着葡萄糖浓度的不断增大，硅片表面金字塔间空隙消失，尺寸变小且越来越均匀，因此反射率变小；当制绒液中葡萄糖浓度超过400 ppm后，反射率变大，这是由于单晶硅片表面金字塔结构规则性变差导致的[7]。

图3 葡萄糖浓度对单晶硅片反射率影响曲线Fig.3 The effect of the concentration of glucose on the reflectivity of monocrystalline silicon wafers

3 结论

本文以葡萄糖作为制绒添加剂，考察了不同浓度葡萄糖对单晶硅片制绒效果的影响，试验结果表明，使用1.3% NaOH和6%乙醇的水溶液作为制绒液，葡萄糖浓度为400 ppm时，得到的单晶硅片金字塔结构形状完整且均匀，大小为(2～4)μm，平均反射率为11.29%，制绒效果较好。

[1] 王海东，王 鹤，杨 宏. 晶体硅太阳电池逆电流的研究[J].电子工艺技术，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．

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[4] 沈 凯，满石清.乙二胺在单晶硅太阳能电池表面制绒中的应用[J].材料导报，2012，26(6) : 16-18.

[5] 古贺生.单晶硅太阳能电池制绒新技术研究[D].杭州：浙江大学，2011: 14-17.

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[7] 石 晶，李 杰.乳酸在单晶硅太阳能电池制绒中的作用[J].舰船防化，2013(2):22-25.

(本文文献格式：蔡淑红，石 晶，姜 燕，等.葡萄糖对单晶硅太阳能电池制绒的影响[J].山东化工,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

蔡淑红(1987—)，女，河北迁安人，硕士，助理工程师，从事单晶硅制绒催化剂及精细化学品的研究。

TM914.4+1

A

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