Nguồn: pv-manosystemuring.org
Ngành công nghiệp PV dựa vào các tấm silicon đa tinh thể và đơn tinh thể để sản xuất pin mặt trời. Cùng nhau, chúng đại diện cho gần 90% tất cả vật liệu nền wafer được sử dụng trong ngành công nghiệp. Do các hướng hạt khác nhau trong cùng một tấm wafer, không thể sử dụng phương pháp ăn mòn kiềm để tạo vân cho silicon đa tinh thể, vì điều này sẽ dẫn đến kết cấu không đồng nhất trên bề mặt khi các hạt khác nhau khắc với tỷ lệ khác nhau. Bánh xốp silicon đơn tinh thể có định hướng [100] là loại wafer đơn tinh thể phổ biến nhất trong ngành công nghiệp vì nó có thể dễ dàng tạo cấu trúc bằng cách sử dụng etchant kiềm, ví dụ như KOH. Tinh thể silic trong một mạng lập phương kim cương (hai mạng lập phương tâm mặt xuyên thấu qua nhau) và được mô tả trong Hình 1. Các đường màu xanh lam, xanh lục và đỏ trong Hình 1 đại diện cho [100], [110] và [111] mặt phẳng, tương ứng.
Hình 1Biểu diễn của mạng tinh thể lập phương kim cương của tinh thể silicon và biểu diễn của các mặt phẳng khác nhau như được biểu thị bằng các vạch màu.
Hình 1Biểu diễn của mạng tinh thể lập phương kim cương của tinh thể silicon và biểu diễn của các mặt phẳng khác nhau như được biểu thị bằng các vạch màu.
Chất ăn mòn kiềm ăn mòn bề mặt silicon [100] nhanh hơn nhiều so với bề mặt silicon [111], là cơ sở cho quá trình ăn mòn dị hướng được sử dụng để tạo kết cấu kim tự tháp. Sự khác biệt chính giữa quá trình ăn mòn và tạo kết cấu của cưa là tỷ lệ khắc. Để tăng tính dị hướng của quá trình, tốc độ etch cần phải thấp, tức là 2 µm / phút hoặc thấp hơn. Để đạt được tỷ lệ etch thấp hơn, nhiệt độ quá trình có thể được hạ xuống và / hoặc giảm nồng độ etchant. Ví dụ, một công thức tạo kết cấu điển hình sử dụng nồng độ KOH 1-2% (so với nồng độ 30-40% để loại bỏ hư hỏng do cưa) ở 70-80 ° C. Kết quả là một bề mặt có các kim tự tháp dựa trên hình vuông được ngẫu nhiên hóa trong đó các mặt được tạo thành bởi các mặt phẳng [111] và cơ sở là mặt phẳng [100]. Điều này được mô tả trong Hình 2. Trong thực tế, các kim tự tháp được khắc không phải là tứ diện hoàn hảo dựa trên hình vuông với góc đáy là 54,74 °. Đối với hầu hết các quy trình tạo kết cấu công nghiệp, a là từ 49 đến 53 °. Điều này là do đỉnh của kim tự tháp được khắc trong thời gian dài nhất.
Hình 2Hình chóp vuông ngẫu nhiên trên bề mặt silic. Cạnh gốc là 5-6 µm.
Dung dịch tạo kết cấu cũng bao gồm isopropanol (hoặc một chất phụ gia công nghiệp khác). Isopropanol hoạt động như một chất hoạt động bề mặt giúp tăng cường độ thấm ướt bề mặt và đảm bảo rằng H2khí (do quá trình khắc thoát ra) không bám vào bề mặt. Nếu isopropanol không được sử dụng, các “gò đồi” tròn có thể hình thành do H2bong bóng chặn tốc độ khắc ở bề mặt. Isopropyl làm giảm sức căng bề mặt và cho phép H2bong bóng để giải phóng khỏi bề mặt dễ dàng hơn.
Có nhiều yếu tố góp phần vào chất lượng của kết cấu:
Kết quả tạo vân phụ thuộc vào bề mặt ban đầu.
Quá trình này rất nhạy cảm với sự hiện diện của các silicat còn sót lại từ quá trình khắc hỏng cưa.
Sự cân bằng giữa sự tạo mầm kim tự tháp và sự phá hủy kim tự tháp.
Khắc quá nhiều có thể dẫn đến phá hủy kim tự tháp.
Sự bay hơi của Isopropanol xảy ra sau khi nhiệt độ bể đạt 90 ° C.
Isopropanol có chức năng làm ướt - ngăn bọt khí H2 bám trên bề mặt.
Thông gió là quan trọng, nhưng có thể ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi isopropanol
Thời lượng quy trình điển hình là 15-20 phút, do đó tốc độ bay hơi phải được theo dõi.
Tuần hoàn theo lô - sủi bọt với N2có thể giúp trộn đều các thành phần trong bồn tắm.
Kết cấu chính xác là rất quan trọng vì kết cấu bề mặt liên quan trực tiếp đến khả năng thu nhận ánh sáng và tạo ra dòng điện của pin mặt trời. Kết cấu bề mặt cải thiện dòng điện của tế bào thông qua ba cơ chế riêng biệt.
Sự phản xạ các tia sáng từ một bề mặt có góc cạnh này sang một bề mặt khác cải thiện xác suất hấp thụ.
Các photon khúc xạ vào silicon sẽ truyền theo một góc, làm tăng chiều dài đường truyền hiệu quả của chúng trong tế bào, do đó làm tăng cơ hội tạo cặp electron-lỗ trống.
Các photon có bước sóng dài phản xạ từ bề mặt phía sau gặp phải bề mặt silicon có góc cạnh, cải thiện cơ hội bị phản xạ bên trong (bẫy ánh sáng)
Một kết cấu tốt sẽ dẫn đến khả năng phản xạ thấp hơn cho toàn bộ dải bước sóng nhìn thấy được.
Trong Hình 6, hệ số phản xạ khác nhau cho các thời gian khắc khác nhau được vẽ dưới dạng hàm của bước sóng. Để có kết cấu tối ưu, kích thước của kim tự tháp phải là 3-10 µm (kích thước của cạnh ở đáy) và độ phủ của bề mặt phải gần 100%.
