基于湿法制绒设备的湿法制绒工艺研究
基于湿法制绒设备的湿法制绒工艺研究[20200408094711]
摘 要
本文基于晶硅太阳能电池湿法制绒工艺设备的原理研究了晶硅太阳能电池的湿法制绒工艺,并基于此研究并比较了单晶硅硅片的湿法碱制绒工艺和多晶硅硅片的湿法酸制绒工艺的优缺点，分别分析了单晶硅硅片的湿法碱制绒和多晶硅硅片的湿法酸制绒的反应机理。与此同时，观察不同的腐蚀时间、不同浓度的制绒液和不同的腐蚀温度对制绒工艺的影响。对于单晶硅的湿法碱制绒工艺，通过保持溶液中NaSiO3与NaOH之间的比例、腐蚀的环境温度和腐蚀时间三者中两者一致，改变另外一种影响因素，通过扫描电子显微镜（SEM）观察制得的晶硅的表面形貌。实验证明单晶硅太阳能电池片在85℃左右的水浴恒温条件下，制绒溶液中NaSiO3与NaOH之间的比例为1:3.5，在制绒液中腐蚀20min以后制备的晶硅绒面是质量最好的。对于多晶硅的湿法酸制绒，通过改变溶液中HF，NaSiO3和H2O之间的比例，观察硅片表面形貌，实验证明在85℃水浴恒温条件下，将硅片放入HF，HNO3和H2O的比例为2:1:2.75的混合溶液中进行腐蚀20min以后所制备的多晶硅绒面的质量最高。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:湿法制绒酸制绒碱制绒表面形貌
目 录
1. 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.1.1 课题主要内容 1
1.1.2 太阳能电池的发展现状 1
2. 晶硅电池制绒工艺的研究 3
2.1 晶体硅太阳能电池绒面陷光效应的机理 3
2.2 晶硅电池制绒工艺的目的 3
2.3 晶硅电池制绒工艺设备简介 4
3. 湿法制绒工艺 6
3.1 湿法碱制绒工艺 6
3.1.1 湿法碱制绒工艺的反应原理 6
3.1.2 湿法碱制绒工艺的实验方法 7
3.2 湿法酸制绒工艺 7
3.2.1 湿法酸制绒工艺的反应原理 7
3.2.2 湿法酸制绒工艺的实验方法 10
4. 影响湿法制绒工艺因素的研究 11
4.1 实验目的 11
4.2 实验准备 11
4.3 实验操作步骤 11
4.3.1 溶液中各物质比例对单晶硅绒面的影响 11
4.3.2 腐蚀环境温度对单晶硅表面的影响 11
4.3.3 腐蚀时间对单晶硅表面的影响 12
4.3.4 溶液中各物质比例对多晶硅绒面的影响 12
4.4 实验结果与分析 12
4.4.1 溶液中各物质比例对于单晶硅绒面影响的研究 12
4.4.2 腐蚀时的环境温度对于单晶硅绒面影响的研究 13
4.4.3 腐蚀时间对于单晶硅绒面影响的研究 14
4.4.4 溶液中各物质比例对于多晶硅绒面影响的研究 15
5. 两种制绒工艺的优缺点比较 17
5.1 湿法碱制绒的优缺点 17
5.2 湿法酸制绒的优缺点 17
结语 18
参考文献 19
致 谢 20
1. 引言
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题主要内容
研究本课题的目的是在了解了晶硅电池湿法制绒工艺设备的原理和湿法制绒工艺目的的基础上，进一步探究湿法制绒工艺，研究湿法制绒中的酸制绒和碱制绒这两种方法。通过比较这两种方法的优缺点，分别改变影响制绒工艺的因素，从而观察在浓度不同的腐蚀时间、不同的制绒液和在不同的腐蚀温度条件下对制得的绒面的影响。
1.1.2 太阳能电池的发展现状
环境污染和能源缺乏是现如今人类社会面临的两个迫在眉睫的难题。据报道，人类对传统能源的迫切需求将在接下来的40年中增至当下需求的两倍，更有科学统计预测，截止至本世纪末，将会增至当前需求的三倍以上。而如今我们已经逐渐耗尽了人类赖以生存发展的化石燃料 ,与此同时，由于化石能源发电带来的环境污染也在威胁着人类生活的地球。然而，全球政治、经济以及环境的稳定，和谐才能确保能源的大量供应。但是，原油的生产很快将不能跟上人类的需求，一系列严重的经济后果将会由此产生，甚至诸如政治、军事等方面的问题也会随之而起。另外，环境的严重污染，如地球变暖等问题也会随着化石燃料的燃烧而加剧。因此，日碳排放量随经济快速发展现已成为本世纪的最大挑战。人类地球每年能源的总产量超过99 %都来源于太阳辐射，有报道曾指出，只要太阳照射地球45 min，其产生的能量足以提供地球上人类一年的生产活动。可见人类对太阳辐射能的利用率并不高。太阳每年向地球的辐射能量为3×1024J，是目前人类年需能量的一百万倍以上。由于我国所处的地理环境优势决定了我国已是太阳能资源丰富的国家之一，但即使每年都有3.3×103～8.4×106kJ/m2之间辐射总量，全国日照时数大于2000h的地区总面积占2/3 以上，这些优势也并不意味着我们能更好的利用太阳能。在人类过去的时间里，由于化石燃料燃烧产生的诸如大气，环境的污染等问题加之化石燃料的耗尽，太阳能取之不尽，用之不竭，无污染的优点成为了人类关注的焦点。现如今如何有效的利用这一丰富且免费的能源已成为人类迫切想要克服的难题。硅太阳电池是太阳能电池中主要并得到全球性商业推广的一种新型电池,这是因为地壳中的硅材料极为丰富,并且具有优异的电学性能和优异的机械性能。此外，由于人类很早就发现了晶体硅本身所藏有的巨大潜能进而对其进行了全面研究，可谓是起步较早，故对其早已有了一定的研究。目前晶体硅在光伏发电方面的使用已是相对成熟。在过去的数十年中也得到广泛应用,其转换效率在商用晶硅电池中也属较高。因此，在未来光伏发展领域，硅材料很有可能会继续发挥不可替代的作用。
(1)急速同步增长的单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池
由于单晶与多晶硅太阳能电池各具优点：单晶硅电池在效率转换方面优于多晶硅电池；多晶硅电池在制造过程中生产成本和原料耗用低，在产量相等的情况下，多晶铸锭环节仅为单晶拉棒环节的75%左右，综合并比较两者的优点,我们不难理解为何近年来单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池基本处于同步发展时期!
(2)全球范围内晶体硅太阳能电池的使用相对集中的
目前，晶体硅太阳能电池主要在美国，日本以及欧洲的大多数国家被广泛使用。其主要原因与这些国家的环保意识较高，政府制定并实施了有关太阳能发展的计划与政策密不可分。长期以来，太阳能电池应用市场的85%左右的份额由晶体硅太阳能电池占领，这足以证明晶体硅太阳能电池在太阳能电池发展业举足轻重的重要性。2009年,世界太阳能电池应用市场总量达6.43GW,其中以德国和意大利为首的欧洲市场占据了整个太阳能电池市场的75%左右[1]。预计随着在美国，日本包括其他欧洲国家特别是法国、比利时和捷克等国家政府相关政策的帮助与补助下,各国所占市场份额将会因为它们的后来居上发生相应的改变。
(3)我国晶体硅太阳能电池产业发展势不可挡
自2002年起,由于我国生产晶体硅电池组件和晶体硅太阳能电池片的企业的出现呈现一副汹涌态势，至此，我国太阳能电池行业的发展快速向太阳能电池制造大国迈进。随后便持迅猛发展的趋势。至2005年,我国晶体硅太阳能电池组件及电池片的产量均已跻身世界四强;2007年，我国已超过日本和欧洲等国家，成为世界第一大晶体硅太阳能电池生产国，晶体硅太阳能电池组件的产量和晶体硅太阳能电池片产量分别高达1380 MW和1088MW;2008年,我国晶体硅太阳能电池在全球产量中的份额持续提高，晶体硅太阳能电池片产量达到2140MW，电池组件产量达到2339MW,其比例达到30%左右[2]；就2009年的世界产量6.43GW来看,我国将占其总产量的32%。不可否认，中国在全球晶体硅太阳能电池的产量中扮演者举足轻重的角色。
随着多晶硅电池价格的大幅下降，在未来的日子里，太阳能电池组件的成本将会得到更大的降低,目前晶体硅太阳能电池组件占太阳能电池组件85%以上。未来太阳能电池产业中占据重要地位的仍将是晶体硅太阳能电池组件。并且随着全球光伏发电的巨大需求，晶体硅太阳能电池组件行业将会以一种全新的姿态快速增长
2. 晶硅电池制绒工艺的研究
2.1 晶体硅太阳能电池绒面陷光效应的机理
由于腐蚀速率与单晶硅晶向间存在密切关系，即硅的晶向不同将造成其腐蚀速率不同，由此产生了各项异性腐蚀这一概念。在单晶硅片表面形成的金字塔结构[3]的原因正是因为单晶硅(100)面在特定碱溶液中的腐蚀速率是其(111)面在该溶液中的数10倍。如图2.1所示
摘 要
本文基于晶硅太阳能电池湿法制绒工艺设备的原理研究了晶硅太阳能电池的湿法制绒工艺,并基于此研究并比较了单晶硅硅片的湿法碱制绒工艺和多晶硅硅片的湿法酸制绒工艺的优缺点，分别分析了单晶硅硅片的湿法碱制绒和多晶硅硅片的湿法酸制绒的反应机理。与此同时，观察不同的腐蚀时间、不同浓度的制绒液和不同的腐蚀温度对制绒工艺的影响。对于单晶硅的湿法碱制绒工艺，通过保持溶液中NaSiO3与NaOH之间的比例、腐蚀的环境温度和腐蚀时间三者中两者一致，改变另外一种影响因素，通过扫描电子显微镜（SEM）观察制得的晶硅的表面形貌。实验证明单晶硅太阳能电池片在85℃左右的水浴恒温条件下，制绒溶液中NaSiO3与NaOH之间的比例为1:3.5，在制绒液中腐蚀20min以后制备的晶硅绒面是质量最好的。对于多晶硅的湿法酸制绒，通过改变溶液中HF，NaSiO3和H2O之间的比例，观察硅片表面形貌，实验证明在85℃水浴恒温条件下，将硅片放入HF，HNO3和H2O的比例为2:1:2.75的混合溶液中进行腐蚀20min以后所制备的多晶硅绒面的质量最高。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:湿法制绒酸制绒碱制绒表面形貌
目 录
1. 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.1.1 课题主要内容 1
1.1.2 太阳能电池的发展现状 1
2. 晶硅电池制绒工艺的研究 3
2.1 晶体硅太阳能电池绒面陷光效应的机理 3
2.2 晶硅电池制绒工艺的目的 3
2.3 晶硅电池制绒工艺设备简介 4
3. 湿法制绒工艺 6
3.1 湿法碱制绒工艺 6
3.1.1 湿法碱制绒工艺的反应原理 6
3.1.2 湿法碱制绒工艺的实验方法 7
3.2 湿法酸制绒工艺 7
3.2.1 湿法酸制绒工艺的反应原理 7
3.2.2 湿法酸制绒工艺的实验方法 10
4. 影响湿法制绒工艺因素的研究 11
4.1 实验目的 11
4.2 实验准备 11
4.3 实验操作步骤 11
4.3.1 溶液中各物质比例对单晶硅绒面的影响 11
4.3.2 腐蚀环境温度对单晶硅表面的影响 11
4.3.3 腐蚀时间对单晶硅表面的影响 12
4.3.4 溶液中各物质比例对多晶硅绒面的影响 12
4.4 实验结果与分析 12
4.4.1 溶液中各物质比例对于单晶硅绒面影响的研究 12
4.4.2 腐蚀时的环境温度对于单晶硅绒面影响的研究 13
4.4.3 腐蚀时间对于单晶硅绒面影响的研究 14
4.4.4 溶液中各物质比例对于多晶硅绒面影响的研究 15
5. 两种制绒工艺的优缺点比较 17
5.1 湿法碱制绒的优缺点 17
5.2 湿法酸制绒的优缺点 17
结语 18
参考文献 19
致 谢 20
1. 引言
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题主要内容
研究本课题的目的是在了解了晶硅电池湿法制绒工艺设备的原理和湿法制绒工艺目的的基础上，进一步探究湿法制绒工艺，研究湿法制绒中的酸制绒和碱制绒这两种方法。通过比较这两种方法的优缺点，分别改变影响制绒工艺的因素，从而观察在浓度不同的腐蚀时间、不同的制绒液和在不同的腐蚀温度条件下对制得的绒面的影响。
1.1.2 太阳能电池的发展现状
环境污染和能源缺乏是现如今人类社会面临的两个迫在眉睫的难题。据报道，人类对传统能源的迫切需求将在接下来的40年中增至当下需求的两倍，更有科学统计预测，截止至本世纪末，将会增至当前需求的三倍以上。而如今我们已经逐渐耗尽了人类赖以生存发展的化石燃料 ,与此同时，由于化石能源发电带来的环境污染也在威胁着人类生活的地球。然而，全球政治、经济以及环境的稳定，和谐才能确保能源的大量供应。但是，原油的生产很快将不能跟上人类的需求，一系列严重的经济后果将会由此产生，甚至诸如政治、军事等方面的问题也会随之而起。另外，环境的严重污染，如地球变暖等问题也会随着化石燃料的燃烧而加剧。因此，日碳排放量随经济快速发展现已成为本世纪的最大挑战。人类地球每年能源的总产量超过99 %都来源于太阳辐射，有报道曾指出，只要太阳照射地球45 min，其产生的能量足以提供地球上人类一年的生产活动。可见人类对太阳辐射能的利用率并不高。太阳每年向地球的辐射能量为3×1024J，是目前人类年需能量的一百万倍以上。由于我国所处的地理环境优势决定了我国已是太阳能资源丰富的国家之一，但即使每年都有3.3×103～8.4×106kJ/m2之间辐射总量，全国日照时数大于2000h的地区总面积占2/3 以上，这些优势也并不意味着我们能更好的利用太阳能。在人类过去的时间里，由于化石燃料燃烧产生的诸如大气，环境的污染等问题加之化石燃料的耗尽，太阳能取之不尽，用之不竭，无污染的优点成为了人类关注的焦点。现如今如何有效的利用这一丰富且免费的能源已成为人类迫切想要克服的难题。硅太阳电池是太阳能电池中主要并得到全球性商业推广的一种新型电池,这是因为地壳中的硅材料极为丰富,并且具有优异的电学性能和优异的机械性能。此外，由于人类很早就发现了晶体硅本身所藏有的巨大潜能进而对其进行了全面研究，可谓是起步较早，故对其早已有了一定的研究。目前晶体硅在光伏发电方面的使用已是相对成熟。在过去的数十年中也得到广泛应用,其转换效率在商用晶硅电池中也属较高。因此，在未来光伏发展领域，硅材料很有可能会继续发挥不可替代的作用。
(1)急速同步增长的单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池
由于单晶与多晶硅太阳能电池各具优点：单晶硅电池在效率转换方面优于多晶硅电池；多晶硅电池在制造过程中生产成本和原料耗用低，在产量相等的情况下，多晶铸锭环节仅为单晶拉棒环节的75%左右，综合并比较两者的优点,我们不难理解为何近年来单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池基本处于同步发展时期!
(2)全球范围内晶体硅太阳能电池的使用相对集中的
目前，晶体硅太阳能电池主要在美国，日本以及欧洲的大多数国家被广泛使用。其主要原因与这些国家的环保意识较高，政府制定并实施了有关太阳能发展的计划与政策密不可分。长期以来，太阳能电池应用市场的85%左右的份额由晶体硅太阳能电池占领，这足以证明晶体硅太阳能电池在太阳能电池发展业举足轻重的重要性。2009年,世界太阳能电池应用市场总量达6.43GW,其中以德国和意大利为首的欧洲市场占据了整个太阳能电池市场的75%左右[1]。预计随着在美国，日本包括其他欧洲国家特别是法国、比利时和捷克等国家政府相关政策的帮助与补助下,各国所占市场份额将会因为它们的后来居上发生相应的改变。
(3)我国晶体硅太阳能电池产业发展势不可挡
自2002年起,由于我国生产晶体硅电池组件和晶体硅太阳能电池片的企业的出现呈现一副汹涌态势，至此，我国太阳能电池行业的发展快速向太阳能电池制造大国迈进。随后便持迅猛发展的趋势。至2005年,我国晶体硅太阳能电池组件及电池片的产量均已跻身世界四强;2007年，我国已超过日本和欧洲等国家，成为世界第一大晶体硅太阳能电池生产国，晶体硅太阳能电池组件的产量和晶体硅太阳能电池片产量分别高达1380 MW和1088MW;2008年,我国晶体硅太阳能电池在全球产量中的份额持续提高，晶体硅太阳能电池片产量达到2140MW，电池组件产量达到2339MW,其比例达到30%左右[2]；就2009年的世界产量6.43GW来看,我国将占其总产量的32%。不可否认，中国在全球晶体硅太阳能电池的产量中扮演者举足轻重的角色。
随着多晶硅电池价格的大幅下降，在未来的日子里，太阳能电池组件的成本将会得到更大的降低,目前晶体硅太阳能电池组件占太阳能电池组件85%以上。未来太阳能电池产业中占据重要地位的仍将是晶体硅太阳能电池组件。并且随着全球光伏发电的巨大需求，晶体硅太阳能电池组件行业将会以一种全新的姿态快速增长
2. 晶硅电池制绒工艺的研究
2.1 晶体硅太阳能电池绒面陷光效应的机理
由于腐蚀速率与单晶硅晶向间存在密切关系，即硅的晶向不同将造成其腐蚀速率不同，由此产生了各项异性腐蚀这一概念。在单晶硅片表面形成的金字塔结构[3]的原因正是因为单晶硅(100)面在特定碱溶液中的腐蚀速率是其(111)面在该溶液中的数10倍。如图2.1所示
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