Джерело: pv-manufacturing.org
Фотоелектрична промисловість спирається на виготовлення сонячних елементів з багатокристалічних та монокристалічних кремнієвих пластин. Разом вони становлять майже 90% всього матеріалу пластин, що використовуються у промисловості. Через різну орієнтацію зерна в межах однієї пластини лужне травлення не можна використовувати для текстурування багатокристалічного кремнію, оскільки це призведе до нерівномірного текстурування на поверхні, оскільки різні зерна травлять з різною швидкістю. Монокристалічні кремнієві пластини з орієнтацією [100] є найпоширенішим типом монокристалічних пластин у промисловості, оскільки їх можна легко текстурувати за допомогою лужного травителя, наприклад КОН. Кремній кристалізується в алмазній кубічній решітці (дві міжпроникаючі кубічні решітки з центром у гранях) і зображений на рис. 1. Сині, зелені та червоні лінії на рис. 1 представляють [100], [110] та [111] літаки відповідно.
Фігура 1Представлення кубічної решітки алмазу кристала кремнію та представлення різних площин, позначених кольоровими лініями.
Фігура 1Представлення кубічної решітки алмазу кристала кремнію та представлення різних площин, позначених кольоровими лініями.
Лужні травники травлять [100] поверхні кремнію набагато швидше, ніж [111] поверхні кремнію, що є основою для процесу анізотропного травлення, що використовується для створення текстури піраміди. Основна відмінність травлення від пошкодження пилкою та текстурування - це швидкість травлення. Для збільшення анізотропії процесу швидкість травлення повинна бути низькою, тобто 2 мкм/хв або нижче. Для досягнення менших швидкостей травлення можна або знизити температуру процесу та/або знизити концентрацію травлення. Наприклад, типовий рецепт текстурування, який використовує концентрацію КОН 1-2% (порівняно з 30-40% концентрацією у видаленні пошкоджень пилки) при 70-80 ° C. Результатом є поверхня, заселена рандомізованими пірамідами на основі квадрата, де сторони утворені площинами [111], а основою-площиною [100]. Це зображено на рис. 2. Насправді витравлені піраміди не є ідеальними квадратними тетраедрами з кутом основи, а, 54,74 °. Для більшості промислових процесів текстурування а становить від 49 до 53 °. Це пояснюється тим, що кінчик піраміди протравлюється найдовше.
Малюнок 2Випадкові квадратні піраміди на поверхні кремнію. Основний край становить 5-6 мкм.
Розчин для текстурування також містить ізопропанол (або іншу промислову добавку). Ізопропанол діє як поверхнево -активна речовина, що посилює зволоження поверхні та гарантує, що H2газ (виділяється травленням) не прилипає до поверхні. Якщо не використовувати ізопропанол, через Н можуть утворитися круглі «горби»2бульбашки, що блокують швидкість травлення на поверхні. Ізопропіл зменшує поверхневий натяг і дозволяє Н2бульбашки легше виходять з поверхні.
На якість текстурування впливає багато факторів:
Результат текстурування залежить від початкової поверхні.
Процес чутливий до присутності залишкових силікатів від травлення пошкодження пилкою.
Баланс між зародженням піраміди та руйнуванням піраміди.
Надмірне травлення може призвести до руйнування пірамід.
Випаровування ізопропанолу відбувається після того, як температура ванни досягне 90 ° C.
Ізопропанол має функцію змочування - запобігає прилипанню бульбашок Н2 до поверхні.
Вентиляція важлива, але може вплинути на швидкість випаровування ізопропанолу
Типова тривалість процесу становить 15-20 хвилин, тому необхідно стежити за швидкістю випаровування.
Пакетна циркуляція - бульбашки з N2може допомогти добре змішати компоненти ванни.
Правильне текстурування важливо, оскільки текстура поверхні безпосередньо пов'язана зі здатністю сонячної батареї збирати світло і генерувати струм. Текстурування поверхонь покращує струм клітини за допомогою трьох різних механізмів.
Відбиття світлових променів від однієї кутової поверхні на іншу підвищує ймовірність поглинання.
Фотони, заломлені в кремній, поширюватимуться під кутом, збільшуючи їх ефективну довжину шляху всередині комірки, що, у свою чергу, збільшує ймовірність створення пари електрон-дірка.
Довгохвильові фотони, відбиті від задньої поверхні, стикаються з нахиленою під кутом поверхнею кремнію, покращуючи шанс внутрішнього відбиття (захоплення світла)
Хороша текстура повинна призвести до зниження відбивної здатності у всьому видимому діапазоні довжин хвиль.
На рис. 6 зображено різну відбивну здатність для різних часів травлення як функцію довжини хвилі. Для оптимального текстурування розмір пірамід повинен становити 3-10 мкм (розмір краю біля основи), а покриття поверхні має бути близьким до 100%.
