Применение массивов кремниевых наноструктур для 6-дюймовых моно- и мультикристаллических солнечных элементов

Введение

В последнее время оптические свойства кремниевых наноструктур привлекли огромное внимание из-за их превосходного эффекта улавливания света, который приводит к низкому отражению и одновременно поддерживает высокое поглощение. Этот эффект не может быть обнаружен в плоском кремнии. Кремниевые наноструктуры могут применяться на диодах [1, 2], биосенсорах [3, 4], солнечных элементах [2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13] и т. Д. исследователь приближает наноструктуры к просветляющим слоям, чтобы объяснить их эффект захвата света [12]. Таким образом, кремниевые наноструктуры могут заменить традиционные дорогостоящие просветляющие слои.

Большая часть научной литературы посвящена исследованию электрохимических характеристик кремния в растворе ионов фтора [13, 14] и использует металлический метод для изготовления наноструктур в растворе, чтобы сделать процессы простыми и быстрыми. Поэтому для изготовления кремниевых наноструктур мы применяем химическое травление с металлической обработкой в ​​растворе [15]. В отличие от молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) [16], лазерной абляции [17], химического осаждения из паровой фазы (CVD) [18] и реактивного ионного травления (RIE) [19], которые зависят от высокого вакуума и высоких энергий, Химическое травление с помощью металла может снизить производственные затраты и может обрабатываться при комнатной температуре.

Более того, поликристаллические пластины, пропиленные алмазной проволокой (DWS), широко используются в солнечной промышленности для снижения стоимости производства, что приводит к блестящей поверхности пластины, что затрудняет поддержание соответствующей отражательной способности за счет традиционной кислотной текстуры. Некоторые исследователи используют кислотную консистенцию с дополнительными добавками [20]. Кроме того, метод текстурирования RIE был изучен для солнечных элементов с алюминиевым задним полем (Al-BSF) для уменьшения отражательной способности [21].

Используя метод химического травления с использованием металла для изготовления кремниевых наноструктур, мы можем контролировать концентрацию окислителя в растворе, чтобы определять направление травления кремниевых наноструктур и контролировать рисунок нанесенного металла для достижения требуемого соотношения сторон наноструктур [14, 15]. Ориентация поверхности и уровни легирования также будут влиять на формирование SiNW [22].

Таким образом, использование химического травления с металлической обработкой в ​​растворе для изготовления кремниевых наноструктур является выгодным из-за его низкой стоимости, простого процесса и контролируемой структуры. То есть он очень подходит для коммерческого практического применения. Однако в литературе химическое травление с металлической обработкой в ​​растворе для формирования кремниевых наноструктур можно использовать только на небольшой площади (например, ≤ 4 × 4 см ² ) [9, 22, 23]. Таким образом, данное исследование сосредоточено на проблеме однородности 6-дюймовых пластин. Мы исследуем новый подход и исследуем механизмы успешного изготовления кремниевых наноструктур на коммерческих 6-дюймовых монокристаллических и поликристаллических пластинах p-типа с очень высокой однородностью и низким отражением с помощью усовершенствованной методологии химического травления с использованием металла. Мы также изучаем морфологию и оптические характеристики наноструктур, чтобы еще раз доказать их потенциал и применимость для будущих промышленных коммерческих приложений.

Наконец, 6-дюймовые DWS-мультикристаллические пластины наноструктурированного кремния p-типа подвергаются воздействию синтезированных солнечных элементов с алюминиевым задним полем на основе p-n-перехода (Al-BSF). Кроме того, мы сравнили характеристики солнечного элемента с эталонной пластиной с кислотной текстурой.

Для измерения вольт-амперной характеристики солнечного элемента устройства освещались под 1 солнцем AM1,5G 100 мВт / см ⁻² с использованием симулятора солнечной энергии SUN 2000, Abet Technologies, Inc., и измерено с помощью измерителя источника Keithley 2400. Изображения текстур массива КНН, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), наблюдались с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа LEO 1530. Оптическое отражение массивов КНН измерялось с помощью спектрофотометра JASCO V-670 UV-V с интегрирующей сферой. Отображение времени жизни неосновных носителей для массивов SiNW было измерено Semilab μ-PCD WT-2000.

Экспериментальные методы

Механизм формирования массивов кремниевых нанопроводов (SiNW) от MacEtch

Метод и последовательность операций MacEtch показаны на рис. 1a. Раствор для травления содержит нитрат серебра (AgNO ₃ ) и плавиковой кислоты (HF); Ag ⁺ забирает электрон из Si, а затем окисляет Si до SiO ₂ поскольку электронная отрицательность Ag ⁺ больше, чем у Si. Более того, Peng et al. [24] качественно сравнили электрохимические потенциалы пяти металлов и обнаружили, что электрохимический потенциал Ag ⁺ больше валентной зоны Si. Таким образом, Ag ⁺ будет иметь тенденцию переносить дырки на Si и восстанавливаться до Ag. Другими словами, Ag ⁺ забирает электроны у Si и восстанавливается [24]. Таким образом, восстановленный Ag осаждается на поверхности Si, и поверхность окисляется до SiO ₂ . . Впоследствии разбавленный HF используется для удаления оксида. Соответственно, область с нанесенным Ag подвергается анизотропному травлению, после чего формируются массивы КНН [22].

Схематическое изображение принципа метода MacEtch ( a ). Последовательность операций метода MacEtch ( b )

Изготовление SiNW

В эксперименте 6 дюймов размером 156 × 156 мм ² мм использовались монокристаллические пластины P-типа (100) с текстурой пирамиды и поликристаллические пластины p-типа после резки с диапазоном удельного сопротивления 0,5–3 Ом · см (толщина 180 + 20 / −10 мкм). Размеры пирамид колеблются от 1 до 10 мкм. Для изготовления кремниевых наноструктур на 6-дюймовых пластинах использовался раствор MacEtch. Схема процесса показана на рис. 1б. Сначала пластины были соответственно погружены в ацетон, изопропаноловый спирт и деионизированную воду (DIW) и очищены в ультразвуковой ванне в течение 3 минут, а затем высушены продувкой азота. Затем пластины замачивали в водном растворе AgNO ₃ . , ВЧ и H ₂ O в соотношении 0,6 г:36 мл:120 мл в течение 3 мин и 19 с при комнатной температуре для травления массива КНН [13]. Концентрация водного раствора AgNO ₃ и HF составляет 23 мМ и 6,4 М, соответственно, в зависимости от условий травления.

Дополнительное физическое влияние необходимо учитывать, когда метод MacEtch используется для формирования SiNW на 6-дюймовых кремниевых пластинах, чтобы гарантировать однородные крупномасштабные массивы SiNW. Затем сравниваются два метода изготовления. Для метода 1 раствор для количественного травления MacEtch сначала наливается в большой контейнер для травления, а затем пластина помещается в большой контейнер для травления с раствором MacEtch, что также является традиционным методом травления пластин небольшой площади (<4 × 4 см ² ) [9, 22, 25], как показано на рис. 2. Для метода 2 используется модифицированный метод травления со специально разработанным держателем для крупномасштабных пластин для получения крупномасштабных однородных кремниевых наноструктур и уменьшения неоднородности травления. по мере увеличения размера пластины и в держателе можно разместить 4 части 6-дюймовых пластин, последовательность операций показана на рис. 3. Цифры 1 и 2, отмеченные на рисунке, представляют последовательность нанесения раствора для травления и кремниевой пластины, соответственно. , в большие контейнеры. После этого пластины погружались в разбавленный раствор азотной кислоты (HNO3) на 1 мин для удаления остатков дендритов серебра. Наконец, все образцы замачивали в разбавленном растворе HF на 1 минуту для удаления поверхностных оксидов, а затем сушили продувкой азотом.

Схематические диаграммы шагов MacEtch для метода 1 ( a - г )

Схематические диаграммы шагов MacEtch для метода 2 ( a - c ). Фотографии со специальным держателем ( d , e )

Производство 6-дюймовых солнечных батарей из Al-BSF

Что касается изготовления солнечных элементов из Al-BSF, мы выбираем пластину из мультикристаллического (mc-Si) кремния. Удельное сопротивление пластины 2 Ом-см, толщина 180 мкм, площадь 156 × 156 мм ² размера. На рисунке 4 показана технологическая схема ячейки Al-BSF для справки и SiNW [26].

Технологический процесс изготовления обычных промышленных панелей на задней поверхности из алюминия на всю площадь с трафаретной печатью (Al-BSF) как для эталонных солнечных элементов, так и для солнечных элементов из SiNW

Пластины очищаются деионизированной водой (деионизированная вода), ацетоном (ACE), раствором пираньи (H ₂ SO ₄ :H ₂ О ₂ ) и изопропанол (IPA) в течение 5–10 минут каждый, травление повреждений (SDE) 20 мас.% раствором KOH при 60 ° C в течение 7 минут и смесью стандартного раствора HF / азотной кислоты / уксусной кислоты (HNA). в соотношении объемов 1:3:5 для 5-минутного текстурирования в качестве контрольной группы.

Другая испытательная группа формировала SiNW с помощью MacEtch, описанного в разделе «Механизм формирования массивов кремниевых нанопроволок (SiNW) с помощью MacEtch», диффузия POCl3 при 850 ° C в течение 30 минут с образованием слоя эмиттера N +, а глубина составляла 0,3 мм на лицевая поверхность. Сопротивление листа 75 Ом / кв. После процесса диффузии кремниевую пластину погружали в разбавленную HF на 5 мин для удаления фосфорсиликатного стекла (PSG). Слой SiNx:H толщиной ~ 70 нм, сформированный путем плазменного химического осаждения из паровой фазы (PECVD) для антиотражающего покрытия и пассивации, металлизация выполняется с использованием стандартного метода трафаретной печати с использованием Ag-пасты и Al-пасты, передняя серебряная и задняя алюминиевая. электрод и совместное обжигание последовательно. Всего идет работа в двух группах.

Результаты и обсуждение

Метод получения однородных массивов SiNW на 6-дюймовых подложках Si

Для метода 1 количественный ион серебра равномерно распределяется сначала в большом контейнере, когда раствор для количественного травления наливается в него и помещает пластину в раствор (рис. 2b). Однако, когда большая пластина помещается в травильный раствор, травильный раствор будет реагировать на силу сопротивления. Эта сила заставит травильный раствор не сразу равномерно распределяться по поверхности пластины, а будет медленно диффундировать от краев и углов пластины к ее центру, как показано на рис. 2c. На этот раз Ag ⁺ в растворе начинает взаимодействовать с угловыми и краевыми областями пластины, вызывая Ag ⁺ раствора. концентрация уменьшается, а затем вызывает неравномерное травление пластины. Позже, несмотря на оставшуюся концентрацию Ag ⁺ в растворе он равномерно распределяется по поверхности кремниевой пластины для травления, как показано на рис. 2d, и нельзя получить однородные массивы КНН. Результат показан на рис. 5а для массивов КНН, изготовленных по методу 1, показывая, что КНН неоднородны. Центр и углы пластины исследуются с помощью SEM, как показано на рис. 5b, c. Все изображения СЭМ имеют одинаковое увеличение. Пластина уже содержала пирамидальную структуру высотой от 1 до 10 мкм, поэтому исследуется структура КНН, сформированная методом MacEtch на пирамидах. Матрицы КНН вокруг центра пластины показаны на рис. 5b. Образовалось всего несколько массивов КНН. С другой стороны, массивы КНН около углов пластины показаны на рис. 5c. Увеличивается глубина структуры КНН. Следовательно, осмотр и анализ невооруженным глазом или изображения SEM показывают, что массивы SiNW, сформированные методом 1, имеют низкую однородность.

Формирование структуры КНС по способу 1. а Вид сверху на 6-дюймовую пластину со структурой SiNW. б Поперечное сечение структуры SiNW в центре пластины на сканирующем электронном микроскопе. c Поперечное сечение структуры SiNW на сканирующем электронном микроскопе на углу пластины

В методе 1 Ag + сначала вступает в реакцию с углом и краем пластины, что приводит к снижению концентрации Ag + в растворе, а затем вызывает неравномерное травление пластины.

Для метода 2 мы улучшаем эффект, модифицируя шаги MacEtch с держателем для увеличения однородности поверхности КНН. Затем в этом методе пластина с держателем сначала помещается в большой контейнер, как показано на рис. 3b, а затем раствор для травления быстро и равномерно выливается на пластину и контейнер. Таким образом, крупномасштабная поверхность кремниевой пластины может одновременно соприкасаться с той же концентрацией Ag +, что делает протравленную структуру КНН однородной. Затем пластина замачивается в HNO3 для удаления оставшихся дендритов серебра, а затем погружается в разбавленный HF для удаления поверхностного оксида. Структуры КНН, сформированные методом 2, показаны на рис. 6а. Как видно из рисунка, структура КНН имеет хорошую однородность. SEM также используется для проверки структуры поверхности, как показано на рис. 6b; длина КНН 470 нм ¹¹ и плотность 3,02 × 1011 см ⁻² .

Формирование структуры КНСН методом 2. а Вид сверху на 6-дюймовую пластину со структурой SiNW. б Поперечное сечение структуры SiNW на сканирующем электронном микроскопе

Анализ протравленной структуры SiNW и ее однородности поверхности

Морфология поверхности 6-дюймовых кремниевых вафель

Мы модифицируем шаги MacEtch для получения 6-дюймовых крупномасштабных однородных структур SiNW, чтобы уменьшить влияние времени и разницы концентраций Ag ⁺ контакт с поверхностью пластины. Здесь улучшенный метод MacEtch применяется на 6-дюймовых крупномасштабных, монокристаллических и поликристаллических пластинах для изготовления структур SiNW, как показано на рис. 7. После успешного формирования массивов SiNW на 6-дюймовых пластинах, исследована морфология поверхности до и после формирования массивов КНН. На рис. 7 a и c показаны 6-дюймовые монокристаллические и мультикристаллические пластины P-типа до того, как они станут вытравленными массивами SiNW, соответственно. На рис. 7b и d показаны массивы КНН, сформированные при тех же условиях изготовления, что и в эксперименте. Они формируются с помощью улучшенного метода MacEtch, и массивы SiNW травятся одновременно. Таким образом, однородные структуры массива КНН успешно изготавливаются на 6-дюймовых пластинах с помощью усовершенствованного метода MacEtch. Кроме того, этот метод демонстрирует, что его можно применять к подложкам с различной ориентацией кристаллов, таким как монокристаллические и многокристаллические пластины.

До и после травления структуры КНН на 6-дюймовых монокристаллических и мультикристаллических пластинах Si. а , b До и после травления монокристаллических пластин. c , d До и после травления мультикристаллических пластин

SEM-изображения массивов SiNW

СЭМ-изображения используются для наблюдения за морфологией КНН на поверхности пластин. Фиг. 8a представляет собой вид сверху структуры массива пирамида / КНН, сформированного на монокристаллической пластине P-типа, а увеличенная структура массива пирамида / КНН показана на Фиг. 8b. Хорошо видно, что плотность КНН наверху пирамиды ниже, чем внизу. Это связано с тем, что вершина пирамиды контактирует с гораздо большим количеством травильного раствора, а затем на поверхность осаждается больше металлического серебра. Следовательно, протравленные КНН имеют меньшую плотность.

СЭМ-изображения, вид сверху. а , b Структура массива пирамида / КНН на монокристаллической пластине P-типа. c , d Структура массива SiNW на мультикристаллической пластине P-типа

Напротив, рис. 8, c и d представляют собой массивы КНН на мультикристаллической пластине P-типа. Действительно, Рис. 8d - это увеличенное изображение Рис. 8c. Для мультикристаллической подложки можно четко наблюдать различную ориентацию КНН, а размер КНН и ее кластера составляет от 1 до 10 микрон. КНН наклонена под углом к ​​подложке на левой стороне рис. 8d, но КНН выровнена по вертикали к подложке на правой стороне рис. 8d. Теория разрыва обратной связи может быть использована для объяснения того, почему ориентация травления MacEtch не совпадает по вертикали с подложкой [15, 20, 22, 25]. Атом Si имеет две обратные связи на поверхности подложки (100), но он имеет три обратные связи на поверхности подложек (110) или (111). Кроме того, если обратных связок больше, их труднее протравить или удалить. Таким образом, атом Si на подложке (100) легче удалить, и травильный раствор будет иметь тенденцию выбирать направление <100> для травления, что приводит к разной ориентации массивов SiNW.

Различные ориентации массивов КНН демонстрируют разные цвета поверхности при наблюдении невооруженным глазом, как показано на рис. 7d. Это связано с тем, что мультикристаллическая подложка Si содержит кристаллы различной ориентации, как показано на рис. 7c, что приводит к разным ориентациям протравленных SiNW и различным антиотражающим эффектам. Более того, после того, как массивы КНН сформированы на многокристальной пластине, границы разных направлений кристаллов можно различить по разным ориентациям КНН, как показано пунктирной линией на рис. 8d.

Спектры отражения

Здесь исследуются оптические свойства изготовленных массивов КНН. Коэффициент отражения различных пятен 6-дюймовой пластины монокристаллической пирамиды P-типа / матричной структуры SiNW показан на рис. 9. Измеренные пятна находятся в центре и в 6 см от центра 6-дюймовой пластины. Оптическая отражательная способность всех измеренных пятен составляет менее 6% для диапазона длин волн от 400 до 1000 нм, самая низкая отражательная способность составляет 3% при длине волны 500 нм, а КНН на пирамиде имеет постоянный диаметр 1 микрон. Это показывает, что эта структура обладает прекрасными антибликовыми свойствами. Кроме того, отображение коэффициента отражения для разных пятен на рис.9 показано на рис.10, на котором разные измеренные точки имеют почти одинаковую отражательную способность:среднее значение для центра составляет 4,358%, положение 1 - 4,266%, положение 2 - 4,328%. , позиция 3 составляет 4,263%, а позиция 4 - 4,265%. Дельта находится в пределах 22%. Это демонстрирует, что различные пятна 6-дюймовых монокристаллических пирамид P-типа / массивов КНН обладают когерентными оптическими свойствами и, в то же время, также доказывают, что они имеют очень высокую однородность за счет использования улучшенной техники MacEtch для формирования массивов КНН. .

Полный коэффициент отражения различных пятен 6-дюймовой пластины монокристаллической пирамиды P-типа / матричной структуры SiNW. На вставке отмечена измеренная площадь по центру и в 6 см от центра

Картирование отражения различных пятен 6-дюймовой монокристаллической пирамиды P-типа / структурной пластины массивов КНН

Точно так же измеряется коэффициент отражения различных пятен 6-дюймовой поликристаллической пластины P-типа как вырезанной / матричной структуры SiNW, как показано на рис.11, и он соответствует темным черным и светлым черным пятнам на рис. 7г. Отражательная способность темно-черной области ниже, чем у светло-черной области. Более того, правая и левая боковые структуры на фиг. 8d могут соответствовать темным черным и светло-черным пятнам соответственно. Коэффициент отражения вертикально ориентированных массивов КНН ниже, чем у массивов КНН, которые слегка наклонены к подложке. Это связано с тем, что вертикально ориентированные массивы КНН могут эффективно отражать свет несколько раз между КНН, уменьшая отражение и увеличивая поглощение. Таким образом, вертикально выровненные массивы SiNW могут сохранять хорошее свойство улавливания света. В целом отражение меньше 10% на длине волны от 400 до 1000 нм, а самое низкое отражение составляет 4% на длине волны 400 нм. Кроме того, разница в отражательной способности различных цветов поверхности составляет менее 5%, например 1% при 400 нм и 5% при 1000 нм для темно-черного цвета с диаметром SiNW от 1 до 2 мкм; для светло-черного цвета с кластером КНН от 7 до 10 мкм, а средний коэффициент отражения составляет примерно 10%. Это показывает, что различная ориентация структуры и кластера КНН влияет на различие в эффекте захвата света. Кроме того, максимальная разница в коэффициентах отражения для структуры монокристаллической пирамиды / SiNW P-типа на фиг.9 и мультикристаллической структуры as-cut / SiNW на фиг.11 составляет около 5%. Это подтверждает, что улучшенная технология MacEtch очень подходит для изготовления структур массива SiNW на крупномасштабных пластинах, независимо от того, являются ли они монокристаллическим или мультикристаллическим кремнием.

Суммарный коэффициент отражения различных пятен 6-дюймовой мультикристаллической пластины P-типа в исходном состоянии / матричной структуры SiNW

Кроме того, улучшенные шаги MacEtch, предложенные в этой статье, используются для создания массивов SiNW на пластинах разных размеров. При тех же условиях изготовления формируется структура монокристаллической пирамиды P-типа / массива SiNW. Размер пластин составляет 1,5 см × 1,5 см и 6 дюймов, а затем измеряется и сравнивается коэффициент отражения, как показано на рис. 12, на котором разница отражения составляет менее 1%. Это показывает, что мы можем успешно изготавливать практически одинаковые массивы КНН на больших и малых пластинах и одновременно сохранять идентичные оптические свойства. Кроме того, на рис. 9 отражение различных пятен 6-дюймовых пластин демонстрирует, что они могут поддерживать высокую однородность массивов КНН даже при увеличении размера кремниевых пластин.

Полный коэффициент отражения монокристаллической пирамиды P-типа / матричной структуры SiNW, сформированной на 1,5 × 1,5 см ² и 6-дюймовые пластины

Влияние структуры SiNW на срок службы миноритарных операторов связи

Затем мы исследовали эффект, вызываемый массивами КНН, когда площадь поверхности изменяется от пирамиды или поверхности среза до массивов наноструктур. Метод μ-PCD применяется для измерения срока службы непассивированных эффективных неосновных носителей для 6-дюймовых монокристаллических пирамидных пластин P-типа и мультикристаллических пластин P-типа после резки. Данные сопоставления до и после изготовления массивов КНН показаны на рис. 13, а среднее время жизни эффективных неосновных носителей заряда отмечено на рисунках. Время жизни P-mono немного уменьшается с 2,55 до 2,11 мкс, а время жизни P-multi также немного уменьшается с 1,51 до 1,37 мкс. При использовании моно- или мульти-P-типа после использования улучшенного метода MacEtch для формирования структуры SiNW эффективное время жизни носителей уменьшается. Это связано с тем, что эффективная площадь поверхности увеличивается за счет протравливания КНН на кремниевой подложке. Затем вероятность поверхностной рекомбинации увеличивается, что приводит к уменьшению срока службы неосновных носителей, как показано в таблице 1.

Измерение μ-PCD для отображения времени жизни неосновных носителей на 6-дюймовых пластинах

Из эффективного времени жизни неосновных носителей Ур. 1, ведет к

где τ _eff - эффективное время жизни носителей, τ _{навалом} - срок службы сухогруза, S _eff - эффективная скорость поверхностной рекомбинации (SRV), а W толщина пластины.

Поскольку τ _{навалом} то же самое для массивов КНН до и после травления на монокристалле N-типа или мультикристалле P-типа, уравнение. (1) можно упростить до уравнения. (2) а затем влияние τ _{навалом} можно удалить. Кроме того, каждая пластина-подложка имеет толщину 180 мкм; следовательно, из уравнения. (2), S _eff имеет отрицательную корреляцию с τ _eff . В дальнейшем для разных конструкций среднее τ _eff и рассчитал S _eff показаны в таблице 1 с использованием упрощенного уравнения. (2). Можно заметить, что τ _eff имеет отрицательную корреляцию с упрощенным S _eff . В заключение, протравленные массивы SiNW могут в значительной степени увеличить площадь поверхности антибликового эффекта для увеличения сбора света. Однако массивы SiNW уменьшат τ _eff и увеличиваем S _eff пластины, что снизит производительность солнечного элемента. Таким образом, эффект, вызываемый массивами SiNW, следует учитывать при использовании солнечных элементов.

Характеристики мультикристаллического солнечного элемента SiNW из Al-BSF

Что касается характеристик солнечных элементов, то эти элементы были измерены при освещении AM 1.5G с мощностью 100 мВт / см ² . полученные с помощью симулятора солнечного излучения, а параметры элемента сведены в Таблицу 2. SiNW большой площади и эталонный кислотно-текстурированный солнечный элемент со структурой на основе Al-BSF были изготовлены с использованием стандартного в промышленности процесса производства ячеек, и среднее значение испытательной группы элементов SiNW было достигнуто. КПД ячейки 17,83%. По сравнению с эталонным устройством КПД солнечного элемента с КНН увеличился примерно на 0,6%, что является значительным преимуществом для промышленного элемента. Электрическое свойство плотности тока короткого замыкания ( Дж _sc ), напряжение холостого хода ( В _oc ) и коэффициент заполнения (FF) также улучшены. Разница в производительности объясняется более низким коэффициентом отражения, обеспечиваемым SiNW, и приводит к увеличению на 1,2% на Дж . _sc и 1,35% прирост V _oc , что увеличивает захват и поглощение света в коротковолновом диапазоне 300–400 нм. Увеличение FF может быть связано с более высокой площадью контакта SiNW с алюминиевыми электродами по сравнению с обычными кислотно-текстурированными поверхностями. Повышение эффективности может быть дополнительно улучшено за счет более совершенного метода пассивации ячеек SiNW.

Выводы

Мы можем успешно использовать улучшенные шаги MacEtch для изготовления крупномасштабных массивов SiNW на 6-дюймовых пластинах. Для 6-дюймовой монокристаллической кремниевой пластины P-типа могут быть сформированы крупномасштабные однородные и малоотражающие структуры пирамид / массивов SiNW, поскольку отражение составляет менее 6% на длинах волн от 400 до 1000 нм и имеет самое низкое отражение. составляет около 3% на длине волны 500 нм. Кроме того, эксперименты показали, что размер подложки очень мало влияет на отражение КНН, которое составляет менее 1%. Для 6-дюймовой поликристаллической кремниевой пластины P-типа разная ориентация кристаллов вызывает разную ориентацию травления массивов КНН и влияет на отражение и различные цвета поверхности. The reflection is lower than 10% in wavelengths from 400 to 1000 nm, and the lowest reflection is about 4% at a 400 nm wavelength. In addition, the μ-PCD method is adapted to measure the effective minority carrier lifetime of 6-inch P-type mono-crystalline pyramided and P-type multi-crystalline as-cut wafers. We found that the increased surface area of SiNW structures decreases the effective carrier lifetime (τ _eff ) of wafers. Here, we use the improved solution-processed MacEtch to form large-scale, uniform SiNW arrays on commercial 6-inch wafers. Regarding cell performance, the device with SiNW arrays has reach averaged of 17.83%, and better J _sc , V _oc , and FF were observed. The improvement is attributed to the SiNW structure’s low reflectance. This process has the advantages of low cost, high compatibility, simplicity, and high throughput. As such, it is very suitable for commercially practical applications in the industry.

Доступность данных и материалов

Not applicable

Сокращения

FESEM:

Автоэмиссионный растровый электронный микроскоп

MacEth:

Химическое травление с использованием металла

SiNW:

Silicon nanowire

μ-PCD FESEM:

Microwave photoconductive decay