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 superficial de las obleas de silicio pulidas es de hasta el 34 %, y la reflexión debe reducirse a ~10 % o menos para preparar 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 de la captura de luz del ante 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 controlar 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.