Kilde: pv-manufacturing.org
PV -industrien er avhengig av multikrystallinske og monokrystallinske silisiumskiver for å produsere solceller. Til sammen representerer de nesten 90% av alt wafersubstratmateriale som brukes i industrien. På grunn av forskjellige kornorienteringer i den samme skiven, kan alkalisk etsing ikke brukes til å teksturere multikrystallinsk silisium, da dette ville resultere i ujevn teksturering på overflaten ettersom forskjellige korn etser med forskjellige hastigheter. Monokrystallinske silisiumskiver med [100] orientering er den vanligste typen monokrystallinsk skive i bransjen fordi den lett kan struktureres ved hjelp av et alkalisk etsemiddel, for eksempel KOH. Silisium krystalliserer seg i et diamantkubisk gitter (to inter-penetrerende ansiktsentrerte kubiske gitter) og er avbildet i figur 1. De blå, grønne og røde linjene i figur 1 representerer [100], [110] og [111] fly, henholdsvis.
Figur 1Representasjon av diamantkubikkgitteret av en silisiumkrystall og representasjonen av de forskjellige planene som angitt med fargede linjer.
Figur 1Representasjon av diamantkubikkgitteret av en silisiumkrystall og representasjonen av de forskjellige planene som angitt med fargede linjer.
Alkaliske etsere etser [100] silisiumoverflater mye raskere enn [111] silisiumoverflater, som er grunnlaget for den anisotropiske etseprosessen som brukes til å lage pyramidestruktur. Hovedforskjellen mellom etsing av sagskader og teksturering er etsingshastigheten. For å øke anisotropien i prosessen må etsingshastigheten være lav, dvs. 2 um/min eller lavere. For å oppnå lavere etsingshastigheter kan enten prosesstemperaturen senkes og/eller etsekonsentrasjonen reduseres. For eksempel en typisk teksturoppskrift som bruker en KOH-konsentrasjon på 1-2% (i forhold til en 30-40% konsentrasjon ved fjerning av sagskader) ved 70-80 ° C. Resultatet er en overflate befolket med randomiserte kvadratbaserte pyramider der sidene er dannet av [111] fly og basen er [100] planet. Dette er avbildet i figur 2. I virkeligheten er de etsede pyramidene ikke perfekte kvadratbaserte tetraeder med en grunnvinkel, a, på 54,74 °. For de fleste industrielle tekstureringsprosesser er a mellom 49 og 53 °. Dette er fordi spissen av pyramiden er etset i lengst tid.
Figur 2Tilfeldige firkantede pyramider på silisiumoverflaten. Grunnkanten er 5-6 µm.
Teksturløsningen inkluderer også isopropanol (eller et annet industrielt tilsetningsstoff). Isopropanol fungerer som et overflateaktivt middel som forbedrer overflatefukning og sikrer at H2gass (frigjort ved etsingen) fester seg ikke til overflaten. Hvis isopropanol ikke brukes, kan det dannes runde "bakker" på grunn av H2bobler som blokkerer etsingshastigheten på overflaten. Isopropyl reduserer overflatespenning og tillater H2bobler for lettere å slippe ut fra overflaten.
Det er mange faktorer som bidrar til kvaliteten på teksturering:
Tekstureringsresultatet avhenger av den opprinnelige overflaten.
Prosessen er følsom for tilstedeværelse av gjenværende silikater fra ets av sagskader.
Balansen mellom pyramidekjerndannelse og ødeleggelse av pyramider.
Over etsning kan føre til ødeleggelse av pyramider.
Fordampningen av Isopropanol skjer etter at badetemperaturen når 90 ° C.
Isopropanol har en fuktingsfunksjon - stopper H2 -bobler fra å feste seg til overflaten.
Ventilasjon er viktig, men kan påvirke fordampningshastigheten til isopropanol
Typisk prosessvarighet er 15-20 minutter, derfor må fordampningshastigheten overvåkes.
Partisirkulasjon - boblende med N2kan bidra til å holde badekomponentene godt blandet.
Riktig teksturering er viktig fordi overflatestrukturen er direkte relatert til solcellens evne til å høste lys og å generere strøm. Teksturering av overflatene forbedrer cellestrømmen via tre forskjellige mekanismer.
Refleksjon av lysstråler fra en vinklet overflate til en annen forbedrer sannsynligheten for absorpsjon.
Fotoner som brytes inn i silisiumet vil forplante seg i en vinkel og øke deres effektive banelengde i cellen, noe som igjen øker sjansen for generering av elektronhull.
Fotoner med lang bølgelengde reflektert fra bakoverflaten støter på en vinklet silisiumoverflate, noe som forbedrer sjansen for å bli reflektert innvendig (lysfangst)
En god tekstur bør føre til lavere reflektivitet for hele det synlige bølgelengdeområdet.
I figur 6 er den forskjellige reflektiviteten for forskjellige etsningstider plottet som en funksjon av bølgelengde. For optimal tekstur bør størrelsen på pyramidene være 3-10 µm (størrelsen på kanten ved basen) og overflatenes dekning skal være nær 100%.