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单晶硅高效制绒方法的研究

2020-12-12阅读(940)

单晶硅高效制绒方法的研究

论文摘要

光伏发电是太阳能利用的重要组成部分,它是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源,对于光伏产业,高效率和低成本永远是不变的追求。目前,对于高效单晶硅电池,其表面反射率是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一。在太阳电池表面织构化可以有效降低太阳电池的表面反射率,目前太阳能电池单晶硅片制绒已是一项比较成熟的工艺,最常使用的是化学腐蚀法制备单晶硅绒面,但普遍存在着制绒时间较长的问题,一般制绒时间为30 min40 min,本论文主要以提高单晶硅太阳能电池制绒的生产效率为手段,即实现高效制绒,以提高制绒时单晶硅片表面在碱溶液中的腐蚀速率为目标,结合太阳电池制绒时的实际生产应用过程,研究提高单晶硅太阳电池制绒生产效率的关键因素和环节,确定具体的生产工艺方案,最终实现了在10 min15 min的时间内在单晶硅表面生长出“金字塔”结构分布均匀,表面反射率较低的优质绒面。本论文对如下内容进行了研究:首先在常规制绒工艺的基础上,提高制绒液中碱的浓度来提高硅表面腐蚀的速率,在较短时间内形成绒面。研究了较短时间内NaOH/异丙醇（isopropyl alcohol, IPA）体系制绒时的温度、时间和溶液组分对绒面的影响。用扫描电子显微镜观察绒面的表面形貌,用光谱响应测试仪测量制绒后硅片表面的反射率并相互比较。最终实现了,在含2.5%NaOH（质量分数,下同）和10%IPA的溶液中,80℃恒温处理15 min即可制备出比较均匀的绒面。实验发现制绒前在溶液中加入3%Na2SiO3,效果更佳,反射率最低可达9.5%。同时还研究了表面活性剂1,4-环己二醇（CHX）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）代替异丙醇制绒,研究发现,CHX腐蚀速率快,但形成的绒面形貌较差;十二烷基苯磺酸钠成本低,但是腐蚀缓慢,制绒时间较长,故异丙醇仍然是性价比最好的添加剂。制绒前的清洗和去损伤层对常规的制绒有较好的效果,但本文实验发现,制绒前RCA清洗虽然使绒面更均匀,反射率更小,但优势不明显,且增大了成本,耗时长,对环境也造成一定的污染;制绒前粗抛去损伤层使得硅片腐蚀速率缓慢,短时间内无法形成结构完整的金字塔绒面,所以制绒前清洗和去损伤层都不适用于高效制绒。本文还尝试了以十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate, SDS）作为表面活性剂,用四甲基氢氧化铵（tetramethylammonium hydroxide, TMAH）/异丙醇（TMAH/IPA）作为腐蚀剂代替传统的NaOH/IPA腐蚀剂制备单晶硅绒面。研究了溶液中的TMAH含量、反应时间和温度,以及加入SDS对绒面的影响。结果表明:硅片在含有2%（质量分数,下同）TMAH/5%IPA的腐蚀液,80℃恒温下腐蚀10 min即可制备出具有金字塔结构的减反射绒面。在腐蚀液中加入0.0004%的十二烷基硫酸钠可以减小金字塔尺寸,降低表面反射率,提高绒面的质量。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 第二章 文献综述
  • 2.1 太阳能简介
  • 2.2 光伏发电的研究历史暨发展状况
  • 2.3 太阳电池种类和器件
  • 2.3.1 太阳电池材料和种类
  • 2.3.2 太阳电池的原理和生产工艺
  • 2.4 晶硅太阳电池制绒
  • 2.4.1 单晶硅的绒面制备
  • 2.4.2 多晶硅的绒面制备
  • 2.5 本论文的研究目的和内容
  • 第三章 实验方案、设备及原料
  • 3.1 实验方案
  • 3.1.1 NaOH/异丙醇（IPA）体系制绒的优化
  • 3.1.2 去损伤层和清洗对快速制绒的影响
  • 3.1.3 TMAH/IPA 体系实现高效制绒
  • 3.2 实验装置
  • 3.3 测试设备及仪器
  • 3.4 实验原料
  • 第四章 NaOH/IPA 制绒体系的优化进行高效制绒
  • 4.1 NaOH/异丙醇（IPA）体系
  • 4.1.1 异丙醇加入量对绒面制备的影响
  • 4.1.2 反应温度对绒面的影响
  • 4.1.3 反应时间对绒面的影响
  • 2SiO3 的影响'>4.1.4 Na2SiO3的影响
  • 4.2 搅拌的影响
  • 4.3 其他表面活性剂
  • 4.3.1 1,4-环己二醇（CHX）
  • 4.3.2 十二烷基苯磺酸钠（SDS）
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 表面清洗和去损伤对高效制绒的影响
  • 5.1 制绒前清洗的影响
  • 5.2 制绒前去损伤层的影响
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 四甲基氢氧化铵应用于单晶硅高效制绒
  • 6.1 溶液中的TMAH 含量对绒面的影响
  • 6.2 反应时间和温度对绒面的影响
  • 6.3 TMAH 与NaOH 的对比
  • 6.4 表面活性剂SDS 的影响
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 总结与展望
  • 7.1 总结
  • 7.2 创新点
  • 7.3 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 图题索引
  • 在攻读硕士学位期间发表论文情况

    • 相关论文文献

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