La industria fotovoltaica se enfrenta a una nueva ronda de reforma tecnológica y se utilizarán muchos procesos en el proceso de producción de células y módulos solares.

Una de las principales pérdidas ópticas en las células solares es la reflexión de la luz en la superficie. La pérdida por reflexión de la luz en la superficie de las obleas de silicio pulidas es de hasta el 34 %, y la reflexión debe reducirse a ~10 % o menos para poder prepararlas. células solares de alta eficiencia. En las células solares cristalinas, la gamuza a menudo se fabrica en la superficie de la oblea de silicio, y el reflejo de la luz superficial de la gamuza se reduce, lo que significa que ingresa más luz a la célula solar, produciendo así más portadores fotogenerados. Al mismo tiempo, la eficaz estructura de gamuza hace que la luz incidente se refleje y refracte en la superficie muchas veces, lo que cambia la dirección de la luz incidente en el silicio, prolonga la trayectoria óptica y produce atrapamiento de luz, aumentando así la generación de portadores fotogenerados.

Diagrama esquemático del atrapamiento de luz en la superficie de gamuza de una oblea de silicio.

Dibujo 3D de pirámide

En la actualidad, el proceso de texturizado incluye principalmente:

1. Grabado de la capa dañada de oblea de silicio.

El proceso de corte provocará daños por corte e impurezas residuales en la superficie de la oblea de silicio, y la capa dañada y las impurezas residuales no contribuirán a mejorar el rendimiento de la celda. La siguiente figura muestra la topografía de la superficie de obleas de silicio monocristalino. Por tanto, es necesario tratar e inspeccionar la superficie de la oblea de silicio antes de proceder al proceso de fabricación de la célula para asegurar la eliminación de capas dañadas e impurezas residuales. Un proceso común para fines de grabado es el grabado con lejía, y la solución de grabado más utilizada son las soluciones de NaOH, KOH o TMAH (hidróxido de tetrametilamonio). Debido a las diferentes energías de los átomos de silicio en diferentes planos cristalinos, el proceso de grabado alcalino muestra anisotropía, pero el grado de anisotropía se puede cambiar ajustando las condiciones de grabado.

Una vez completado el grabado de la capa dañada, la oblea de silicio debe limpiarse e inspeccionarse y no puede haber residuos, lo que afectará la calidad del proceso de texturizado posterior.

Oblea de silicio monocristalino cortada con hilo de diamante (las marcas de corte son claramente visibles)

2. Texturizado alcalino

Alrededor del 95% de las células solares de la industria fotovoltaica se fabrican a partir de obleas de silicio monocristalino y policristalino. El cristal de silicio es una estructura de red de diamante y las obleas de silicio monocristalino {100} se utilizan comúnmente en la producción, porque es relativamente fácil de texturizar con álcali. El texturizado alcalino se refiere al grabado de silicio con una solución alcalina, formando una estructura en su superficie para reducir el reflejo de la luz, lo que da como resultado un grabado anisotrópico y preparando una estructura piramidal en la superficie de la oblea de silicio, como se muestra en la figura siguiente. La mayor diferencia entre el texturizado y el grabado de la capa dañada es el grado de grabado; para mejorar las características de anisotropía del grabado con lejía, la velocidad de grabado del proceso de texturizado debe ser baja, como 2 μm/min o menos.

Estructura de celosía de diamante Silvaria

Una estructura piramidal distribuida aleatoriamente en la superficie de una oblea de silicio.

Los principales factores que afectan la calidad del proceso de texturizado alcalino son los siguientes:

a. Calidad de la superficie del silicio antes del texturizado: los residuos o defectos de la superficie del silicio en el proceso de texturizado son sensibles y es necesario probarlos antes del proceso de texturizado para garantizar que la superficie de la oblea de silicio esté absolutamente limpia.

b. Tiempo de grabado: se produce formación de pirámide y corrosión en el proceso de grabado, y la forma de la pirámide se destruirá si el tiempo de grabado es demasiado largo.

C. Concentración de la solución de grabado y temperatura del baño de reacción: como se muestra arriba, el grabado anisotrópico requiere control de la concentración y la temperatura del grabado.

d. Concentración de IPA: El IPA puede evaporarse continuamente de la solución de reacción, afectando el proceso de grabado.

3. Texturizado ácido

La texturización ácida es el endurecimiento de la superficie de las obleas de silicio policristalino para reducir el reflejo de la luz. El polisilicio se compone de granos de diferentes orientaciones, lo que lo hace inadecuado para el grabado anisotrópico con soluciones alcalinas. Esto se debe a que la velocidad de grabado varía en diferentes direcciones, lo que da como resultado variaciones no uniformes en el espesor del silicio. Además, hay una gran cantidad de límites de grano en las obleas de silicio policristalino, y el grabado en los límites de grano cuando se utiliza grabado con lejía provocará dislocaciones y afectará el rendimiento de la celda.

El proceso de texturizado ácido es isotrópico, lo que significa que la velocidad de grabado es la misma para todos los planos o direcciones del cristal. La capacidad de la superficie de la oblea de silicio de corroerse para reducir la reflexión de la luz depende de los defectos en la superficie de la oblea de silicio, y los defectos se grabarán preferentemente durante el grabado, y los defectos provienen principalmente de laproceso de corte. Como se muestra en la figura anterior, el efecto de captura de luz de este tipo de gamuza es peor que el de la estructura piramidal de oblea de silicio monocristalino. El proceso de texturizado ácido generalmente se completa con una solución de ácido acético o una solución acuosa de HNO3 y HF. La velocidad de grabado del silicio en la texturización ácida es mayor que la de la texturización alcalina, que está controlada principalmente por la concentración química y la temperatura de reacción.

4 pruebas

En el proceso de texturizado, es necesario detectar la superficie del analito, obtener la morfología de la superficie 2D/3D, analizar el tamaño geométrico, la rugosidad, la planitud, la curvatura, la precisión de la forma de la superficie y otros indicadores de parámetros del microcontorno, y proporcionar más de 300 tipos de parámetros 2D y 3D según los cuatro estándares nacionales y extranjeros de ISO/ASME/EUR/GBT como estándares de evaluación.

Comparación de la reflectividad de obleas de silicio antes y después del texturizado.

La figura anterior muestra la comparación de la reflectividad de la oblea de silicio recién cortada, la oblea de silicio después de retirar la capa dañada y la oblea de silicio después de la corrosión y texturización de la solución alcalina. Como puede verse en la figura, la reflectividad de la oblea de silicio después de la texturización se reduce considerablemente, solo alrededor del 10%, lo que indica que la estructura piramidal se forma mediante texturización alcalina y se logra un buen efecto antirreflectante de captura de luz.