单晶硅表面金字塔减反射结构制备
单晶硅表面金字塔减反射结构制备[20200408102631]
摘 要
本文开始介绍了近些年来光伏发电的近况以及目前光伏产业的现状尤其是单晶硅电池的发展。我们通过对单晶硅表面制备金字塔绒面来降低单晶硅的反射率，从而达到提高太阳能电池的光电转换效率的作用，我们利用碱和醇的混合溶液对于单晶硅表面不同晶面的腐蚀速度即各向异性因子的不同，使用不同质量分数的碱溶液腐蚀的方法在硅表面制备金字塔绒面织构。
本文还介绍了在制备绒面的过程中如何对硅片进行腐蚀和制备，包括用于腐蚀的不同质量分数的碱溶液和不同体积分数的的添加剂的混合溶液的制备，以及在不同反应温度和不同反应时间的条件下制备单晶硅金字塔绒面织构。制备绒面过程中有很多的注意事项，包括保持清洗硅片、溶液溶解的时间等量不变等。样品做成功后，在电镜下拍摄到的金字塔的形貌，最后通过测试得到的样品的反射率。分析测量得到的样品的反射率，得出结论在NaOH溶液质量分数为2.5%、添加剂异丙醇的体积分数为1.5%时，反应时间30为分钟、反应温度为75℃的情况下得到的反射率最低。
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关键字:单晶硅片绒面制备反射率电镜
目 录
1、绪论 1
1.1 太阳能电池的现状与发展 1
1.1.1 太阳能发电的原理 1
1.1.2 我国利用太阳能发电的现状 1
1.1.3 使用硅材料制作电池的优点 1
1.2 本课题的主要研究内容 2
1.2.1制备金字塔减反射结构的原因 2
1.2.2 实验过程中的主要方法 3
2、实验方法和原理 4
2.1 实验所需器材 4
2.2 所需仪器介绍 4
2.2.1 扫描电子显微镜的介绍 4
2.2.2 紫外-可见分光光度计 4
2.3 如何制备单晶硅表面金字塔减反射结构 4
2.3.1 在硅表面制备绒面金字塔的原理 4
2.3.2在溶液中添加异丙醇(IPA)的作用 5
2.4 在硅片表面制备绒面织构的步骤 6
2.4.1 硅片清洗： 6
2.4.2 溶液配制： 6
2.5 样品处理 6
2.6 理论结果 7
3、不同反应时间对金字塔性能的影响 8
3.1 不同反应时间下金字塔形貌对比 8
3.2 不同时间反射率曲线图对比 8
4、不同反应温度对金字塔性能的影响 11
4.1 不同反应温度下金字塔形貌对比 11
4.2 不同温度反射率曲线图对比 12
5、 实验结果与讨论 13
5.1 结论 13
5.2 展望 13
参考文献 14
致谢 15
1、绪论
1.1太阳能电池的现状与发展
1.1.1 太阳能发电的原理
当太阳光照射到太阳能电池上时，产生光生电子-空穴对，这些电子和空穴分别被内建电场分离聚集到 n 型和 p 型半导体内，然后收集到电极，如果此时在电极上接有外部电路，电流就会流向外部电路，这样太阳电池直接把光转换成电，这样就形成了一个光伏发电的系统。
1.1.2 我国利用太阳能发电的现状
随着世界人口的增长，能量的消耗也急剧地增加，化石燃料的消耗，导致空气质量不断下降，而太阳能则是一种清洁可再生而且取之不尽、用之不竭的能源，因此以太阳能以及其它可再生能源来取代化石能源将是一种必然趋势。
太阳照射在地球上大约一个小时的能量，就相当于人类一年所能消耗的能量，而实际上这些能力能够用来发电的部分是人类所消耗能量的几十倍，因此太阳能光伏发电极有可能满足全世界对于能量的需求。太阳能优点有很多，它是一种完全清洁的且源源不断的能源，利用太阳能光伏发电的过程比较简单，不使用机械转动的部件，不需要消耗燃料，不排放任何污染物质包括温室气体等，且太阳能无噪声、无污染；太阳能资源分布非常广泛并且太阳能用之不竭、取之不尽。
我国的太阳能资源非常的丰富，每年太阳最高辐射量居世界第二，仅次于撒哈拉大沙漠。我国对于太阳能电池的研究是从1958年开始的，而我国的光伏发电行业真正起步是在20世纪80年代，我国陆续引进多条太阳能电池的生产线，在20世纪90年代末我国的光伏产业出现了很大的发展，太阳能电池组件的生产值和实际的生产量有了较大上升，性能也得到明显的提高。
1.1.3 使用硅材料制作电池的优点
在我们所知道的太阳能电池中得到最主要的应用并且大范围的商业推广的就是硅太阳电池，一是因为硅材料在地壳中有着非常丰富的存储量，还有就是因为硅材料拥有非常好的电学性能和机械性能。另外，硅材料中尤其是晶体硅，它是所有我们目前所知道的光伏材料中被我们得研究最透彻且发展是最成熟的，单晶硅材料在数十年的发展中已经得到了广泛应用，而在商业生产的太阳电池中则有较高的光电转换效率。由此可以看出太阳电池在未来的发展和所用材料中，单晶硅硅材料有极大的可能性仍继续占据比较重要的地位。
在硅系列的太阳能电池中，单晶硅大阳能电池的光电转换效率是最高的，生产的技术也是最为成熟的。高性能的单晶硅电池是在高质量的单晶硅材料和相对成熟的加工处理技术的基础上的形成的。因为单晶硅太阳能电池是以高纯度的单晶硅为原料，所以生产成本比较高。硅片的表面织构对于太阳能的光电转换转换效率有较大的影响，一个方法是能够有效减少太阳光线在硅片表面的光能损失，这是提高太阳能转换效率的非常重要的方法，在硅片表面制备绒面织构可增大硅片对于太阳辐射的吸收，有效地减少太阳光在硅片表面的反射能的损失。在硅片表面镀减反射膜或制备绒面织构是我们在制备单晶硅太阳能电池的过程中常用的两种可以有效提高太阳能电池转换率的方法，其中因为硅片表面制绒的工艺简单、快捷有效的优点，这种方法备受人们关注。在太阳能电池的工作过程中，由于光线的反射而造成的光能损失是降低太阳能电池光电转换效率的一个最重要的原因，所以只有降低太阳能电池表面的光反射作用，从而使照射到太阳能电池表面的光被电池本身吸收，才能进一步地提高太阳能电池的光电转换效率。我们在单晶硅太阳电池片的表面制备类“金字塔”的绒面织构作为减反射结构。当太阳光照射在没有制备绒面的表面光滑的单晶硅硅片表面时，大约有 30%的光被反射掉，而当太阳光入射到有金字塔绒面的单晶硅表面时，那些被“金子塔”反射的太阳光线会被反射照在相邻的“金字塔”上，进行二次入射和反射，通过这样的方法就可以有效地减少太阳光的反射，同时由于金字塔斜面的作用使得太阳光线是斜射入晶体硅中，因而太阳光线被吸收的可能性也就增加了，经过两次对入射光线的吸收，单晶硅表面的反射率就可以大大降低，因而单晶硅表面的金字塔绒面织构对于提高光线的转换效率是一种非常有效的方法。在单晶硅电池的表面制作绒面对于提高目前的硅太阳能电池的光电转换效率和降低电池的制作成本有重要的意义。
太阳能的开发利用发展几年来十分迅速，我国的太阳能发电主要在北方和西部地区得到了大力的推广。
1.2 本课题的主要研究内容
1.2.1 制备金字塔减反射结构的原因
单晶硅是一种相对比较活泼的非金属 材料，它是晶体材料 的一个重要组成部分，单晶硅处于新材料 发展的前沿。单晶硅作为半导体 材料以及利用太阳能进行光伏发电 、供热等是其主要用途。由于太阳能 具有许多的优势，例如清洁、环保 、便捷等，近些年来，太阳能 利用各种技术都获得了长远发展，包括在研究 开发利用、商业化生产、市场的开拓方面，成为目前能够稳定、快速发展的新兴产业之一。
摘 要
本文开始介绍了近些年来光伏发电的近况以及目前光伏产业的现状尤其是单晶硅电池的发展。我们通过对单晶硅表面制备金字塔绒面来降低单晶硅的反射率，从而达到提高太阳能电池的光电转换效率的作用，我们利用碱和醇的混合溶液对于单晶硅表面不同晶面的腐蚀速度即各向异性因子的不同，使用不同质量分数的碱溶液腐蚀的方法在硅表面制备金字塔绒面织构。
本文还介绍了在制备绒面的过程中如何对硅片进行腐蚀和制备，包括用于腐蚀的不同质量分数的碱溶液和不同体积分数的的添加剂的混合溶液的制备，以及在不同反应温度和不同反应时间的条件下制备单晶硅金字塔绒面织构。制备绒面过程中有很多的注意事项，包括保持清洗硅片、溶液溶解的时间等量不变等。样品做成功后，在电镜下拍摄到的金字塔的形貌，最后通过测试得到的样品的反射率。分析测量得到的样品的反射率，得出结论在NaOH溶液质量分数为2.5%、添加剂异丙醇的体积分数为1.5%时，反应时间30为分钟、反应温度为75℃的情况下得到的反射率最低。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单晶硅片绒面制备反射率电镜
目 录
1、绪论 1
1.1 太阳能电池的现状与发展 1
1.1.1 太阳能发电的原理 1
1.1.2 我国利用太阳能发电的现状 1
1.1.3 使用硅材料制作电池的优点 1
1.2 本课题的主要研究内容 2
1.2.1制备金字塔减反射结构的原因 2
1.2.2 实验过程中的主要方法 3
2、实验方法和原理 4
2.1 实验所需器材 4
2.2 所需仪器介绍 4
2.2.1 扫描电子显微镜的介绍 4
2.2.2 紫外-可见分光光度计 4
2.3 如何制备单晶硅表面金字塔减反射结构 4
2.3.1 在硅表面制备绒面金字塔的原理 4
2.3.2在溶液中添加异丙醇(IPA)的作用 5
2.4 在硅片表面制备绒面织构的步骤 6
2.4.1 硅片清洗： 6
2.4.2 溶液配制： 6
2.5 样品处理 6
2.6 理论结果 7
3、不同反应时间对金字塔性能的影响 8
3.1 不同反应时间下金字塔形貌对比 8
3.2 不同时间反射率曲线图对比 8
4、不同反应温度对金字塔性能的影响 11
4.1 不同反应温度下金字塔形貌对比 11
4.2 不同温度反射率曲线图对比 12
5、 实验结果与讨论 13
5.1 结论 13
5.2 展望 13
参考文献 14
致谢 15
1、绪论
1.1太阳能电池的现状与发展
1.1.1 太阳能发电的原理
当太阳光照射到太阳能电池上时，产生光生电子-空穴对，这些电子和空穴分别被内建电场分离聚集到 n 型和 p 型半导体内，然后收集到电极，如果此时在电极上接有外部电路，电流就会流向外部电路，这样太阳电池直接把光转换成电，这样就形成了一个光伏发电的系统。
1.1.2 我国利用太阳能发电的现状
随着世界人口的增长，能量的消耗也急剧地增加，化石燃料的消耗，导致空气质量不断下降，而太阳能则是一种清洁可再生而且取之不尽、用之不竭的能源，因此以太阳能以及其它可再生能源来取代化石能源将是一种必然趋势。
太阳照射在地球上大约一个小时的能量，就相当于人类一年所能消耗的能量，而实际上这些能力能够用来发电的部分是人类所消耗能量的几十倍，因此太阳能光伏发电极有可能满足全世界对于能量的需求。太阳能优点有很多，它是一种完全清洁的且源源不断的能源，利用太阳能光伏发电的过程比较简单，不使用机械转动的部件，不需要消耗燃料，不排放任何污染物质包括温室气体等，且太阳能无噪声、无污染；太阳能资源分布非常广泛并且太阳能用之不竭、取之不尽。
我国的太阳能资源非常的丰富，每年太阳最高辐射量居世界第二，仅次于撒哈拉大沙漠。我国对于太阳能电池的研究是从1958年开始的，而我国的光伏发电行业真正起步是在20世纪80年代，我国陆续引进多条太阳能电池的生产线，在20世纪90年代末我国的光伏产业出现了很大的发展，太阳能电池组件的生产值和实际的生产量有了较大上升，性能也得到明显的提高。
1.1.3 使用硅材料制作电池的优点
在我们所知道的太阳能电池中得到最主要的应用并且大范围的商业推广的就是硅太阳电池，一是因为硅材料在地壳中有着非常丰富的存储量，还有就是因为硅材料拥有非常好的电学性能和机械性能。另外，硅材料中尤其是晶体硅，它是所有我们目前所知道的光伏材料中被我们得研究最透彻且发展是最成熟的，单晶硅材料在数十年的发展中已经得到了广泛应用，而在商业生产的太阳电池中则有较高的光电转换效率。由此可以看出太阳电池在未来的发展和所用材料中，单晶硅硅材料有极大的可能性仍继续占据比较重要的地位。
在硅系列的太阳能电池中，单晶硅大阳能电池的光电转换效率是最高的，生产的技术也是最为成熟的。高性能的单晶硅电池是在高质量的单晶硅材料和相对成熟的加工处理技术的基础上的形成的。因为单晶硅太阳能电池是以高纯度的单晶硅为原料，所以生产成本比较高。硅片的表面织构对于太阳能的光电转换转换效率有较大的影响，一个方法是能够有效减少太阳光线在硅片表面的光能损失，这是提高太阳能转换效率的非常重要的方法，在硅片表面制备绒面织构可增大硅片对于太阳辐射的吸收，有效地减少太阳光在硅片表面的反射能的损失。在硅片表面镀减反射膜或制备绒面织构是我们在制备单晶硅太阳能电池的过程中常用的两种可以有效提高太阳能电池转换率的方法，其中因为硅片表面制绒的工艺简单、快捷有效的优点，这种方法备受人们关注。在太阳能电池的工作过程中，由于光线的反射而造成的光能损失是降低太阳能电池光电转换效率的一个最重要的原因，所以只有降低太阳能电池表面的光反射作用，从而使照射到太阳能电池表面的光被电池本身吸收，才能进一步地提高太阳能电池的光电转换效率。我们在单晶硅太阳电池片的表面制备类“金字塔”的绒面织构作为减反射结构。当太阳光照射在没有制备绒面的表面光滑的单晶硅硅片表面时，大约有 30%的光被反射掉，而当太阳光入射到有金字塔绒面的单晶硅表面时，那些被“金子塔”反射的太阳光线会被反射照在相邻的“金字塔”上，进行二次入射和反射，通过这样的方法就可以有效地减少太阳光的反射，同时由于金字塔斜面的作用使得太阳光线是斜射入晶体硅中，因而太阳光线被吸收的可能性也就增加了，经过两次对入射光线的吸收，单晶硅表面的反射率就可以大大降低，因而单晶硅表面的金字塔绒面织构对于提高光线的转换效率是一种非常有效的方法。在单晶硅电池的表面制作绒面对于提高目前的硅太阳能电池的光电转换效率和降低电池的制作成本有重要的意义。
太阳能的开发利用发展几年来十分迅速，我国的太阳能发电主要在北方和西部地区
1.2 本课题的主要研究内容
1.2.1 制备金字塔减反射结构的原因
单晶硅
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