杜小龙
发布时间：2017-04-01    编辑：luolei   
本文摘要：金属催化化学刻蚀（MCCE）晶硅制绒工艺的主要原理是金属纳米颗粒与硅接触并和周围的电解液形成一个微区电化学电池。在该体系中作为正极的硅得到空穴而被氧化成SiO2。

中科院物理所清洁能源室研究员 杜小龙先生
　　金属催化化学刻蚀（MCCE）晶硅制绒工艺的主要原理是金属纳米颗粒与硅接触并和周围的电解液形成一个微区电化学电池。在该体系中作为正极的硅得到空穴而被氧化成SiO2，然后再被溶液中的HF刻蚀。随着硅的氧化和刻蚀，金属纳米颗粒不断下陷进入硅衬底中，形成硅纳米线、孔、坑或其他刻蚀形貌。该技术具有工艺时间短、不需要复杂的设备、成本较低、与现有工艺兼容等优点，因而适用于产业化生产。
 
　　MCCE晶硅制绒工艺作为一种新的产业技术必然经历形成、发展和成熟的过程。我们团队对MCCE工艺开展了长达八年的目标导向性基础研究工作，认为该工艺具有复杂性、通用性、阶段性等特点。
 
　　1)其复杂性在于绒面结构取决于金属颗粒在晶硅表面的形核及成长过程，金属纳米颗粒的大小及聚集形态直接影响了绒面形貌的形成。而金属的形核及成长过程受到了多个参量的影响，导致绒面结构呈现出多样化的特点。这对生产工艺的稳定性提出了很大的挑战。为此，我们需要发展金属颗粒形核、成长及硅刻蚀等环节的可控手段，实现绒面结构的精确控制，同时大幅扩大工艺窗口，提高量产稳定性。
 
　　2)MCCE具有很强的通用性。这是因为MCCE晶硅制绒工艺的起绒点是金属纳米颗粒的形核点，因此对硅表面的初始形貌不敏感，适用于单晶硅、多晶硅、准单晶硅以及硅薄膜等衬底；我们完全可以根据不同衬底的特点研发出与后续电池工艺相匹配的绒面结构。实验结果表明在金刚线切割硅片（金刚片）上其MCCE制绒过程与砂浆片上的过程没有显著差别，因而是目前解决多晶金刚片传统酸制绒难题的一个可行的工艺。
 
　　3)MCCE制绒技术在光伏行业中的推广还具有阶段性。常用的金属银具有很强的催化能力，很容易获得权重反射率小于5%的"黑硅"结构。但这些绒面结构往往比较深，其尺寸也比较小，后续的钝化工艺很难与之匹配。因此在MCCE工艺的产业应用之初，我们主张将光电平衡放在首要的位置，以开口型浅结构纳米绒面（纳绒硅）作为解决多晶金刚片制绒问题的切入点，虽然"纳绒硅"的反射率较"黑硅"高，但是非常易于钝化，电池光电转换效率有了较大的增加。随着MCCE工艺的可控程度的不断提高，以及后续钝化工艺的改进，将来生产真正的"黑硅"电池是可能的。由于单、多晶都可以用相似的工艺来制绒，因此单多晶通用MCCE制绒设备及工艺技术也是一个重要的发展方向。
 
　　基于以上的理解以及精确可控的MCCE晶硅制绒工艺，中科院物理所和北京普扬联合研发了多晶金刚片"纳绒硅"制绒技术，其突出的特点是一步法刻蚀工艺，即直接通过金属催化刻蚀制备出开口型浅结构纳米绒面，不需要金属颗粒沉积、打孔、扩孔等繁琐步骤，其反射率在15%左右。该绒面易被钝化，在不做其他电池工艺参数调整的情况下，万片平均效率提升0.3%左右。由于是一步法工艺，其设备的长度较短，适合现有产线的改造和安装。更为重要的是，该工艺实现了预制绒、MCCE制绒及后清洗三道工序模块化设计，便于电池片生产方随意组合，从而大幅节省改造费用与时间。经过上百次的小试、中试的反复验证，结果表明"纳绒硅"方案是目前解决多晶金刚片制绒难题的一个高性价比方案。
 

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