Zdroj: pv-manufacturing.org
Priemysel FV sa pri výrobe solárnych článkov spolieha na multikryštalické a monokryštalické kremíkové doštičky. Spolu predstavujú takmer 90% všetkého substrátového materiálu z doštičiek používaného v tomto odvetví. Vzhľadom na rôzne orientácie zŕn v rámci tej istej oblátky nemožno na textúru multikryštalického kremíka použiť alkalické leptanie, pretože by to viedlo k nejednotnej textúre na povrchu, pretože rôzne zrná sa leptajú rôznymi rýchlosťami. Monokryštalické kremíkové doštičky s orientáciou [100] sú najbežnejším typom monokryštalických doštičiek v priemysle, pretože môžu byť ľahko textúrované pomocou alkalického leptadla, napríklad KOH. Kremík kryštalizuje v diamantovej kubickej mriežke (dve navzájom prenikajúce kubické mriežky so stredom na tvár) a je znázornený na obr. 1. Modrá, zelená a červená čiara na obr. 1 predstavujú [100], [110] a [111] lietadlá, resp.
postava 1Reprezentácia diamantovej kubickej mriežky kremíkového kryštálu a reprezentácia rôznych rovín označená farebnými čiarami.
postava 1Reprezentácia diamantovej kubickej mriežky kremíkového kryštálu a reprezentácia rôznych rovín označená farebnými čiarami.
Alkalické leptadlá leptajú [100] kremíkové povrchy oveľa rýchlejšie ako [111] silikónové povrchy, čo je základom pre proces anizotropného leptania používaného na výrobu pyramídovej textúry. Hlavným rozdielom medzi leptaním poškodenia pílou a textúrovaním je rýchlosť leptania. Na zvýšenie anizotropie procesu musí byť rýchlosť leptania nízka, tj. 2 µm/min alebo nižšia. Aby sa dosiahli nižšie rýchlosti leptania, je možné buď znížiť teplotu procesu a/alebo znížiť koncentráciu leptadla. Napríklad typický texturovací recept, ktorý používa koncentráciu KOH 1 až 2% (v porovnaní s 30 až 40% koncentráciou pri odstraňovaní poškodenia pílou) pri 70 až 80 ° C. Výsledkom je povrch osadený randomizovanými pyramídami na štvorcovom základe, kde strany sú tvorené [111] rovinami a základňou je [100] rovina. To je znázornené na obrázku 2. V skutočnosti leptané pyramídy nie sú dokonalými štvorstenmi na štvorcovom základe so základným uhlom a, 54,74 °. Pre väčšinu priemyselných procesov textúrovania je a medzi 49 a 53 °. Dôvodom je, že hrot pyramídy je leptaný najdlhšie.
Obrázok 2Náhodné hranaté pyramídy na kremíkovom povrchu. Okraj základne je 5-6 µm.
Texturačný roztok tiež obsahuje izopropanol (alebo inú priemyselnú prísadu). Izopropanol pôsobí ako povrchovo aktívna látka, ktorá zvyšuje zmáčanie povrchu a zaisťuje, že H2plyn (uvoľňovaný leptaním) sa nelepí na povrch. Ak sa nepoužije izopropanol, môžu sa v dôsledku H vytvárať okrúhle „pahorky“2bubliny blokujúce rýchlosť leptania na povrchu. Izopropyl znižuje povrchové napätie a umožňuje H2bubliny, aby sa ľahšie uvoľňovali z povrchu.
Existuje mnoho faktorov, ktoré prispievajú k kvalite textúr:
Výsledok textúrovania závisí od počiatočného povrchu.
Tento proces je citlivý na prítomnosť zvyškových kremičitanov z leptania poškodeného pílou.
Rovnováha medzi nukleaciou pyramídy a zničením pyramídy.
Nadmerné leptanie môže viesť k zničeniu pyramíd.
Izopropanol sa odparí, keď teplota kúpeľa dosiahne 90 ° C.
Izopropanol má zvlhčovaciu funkciu - zabraňuje prilepeniu bublín H2 na povrch.
Vetranie je dôležité, ale môže ovplyvniť rýchlosť odparovania izopropanolu
Typické trvanie procesu je 15-20 minút, preto je potrebné monitorovať rýchlosť odparovania.
Dávkový obeh - bublanie s N.2môže pomôcť udržať zložky kúpeľa dobre premiešané.
Správna textúra je dôležitá, pretože textúra povrchu priamo súvisí so schopnosťou solárneho článku zbierať svetlo a generovať prúd. Textúrovanie povrchov zlepšuje prúd bunky tromi odlišnými mechanizmami.
Odraz svetelných lúčov z jedného uhlového povrchu na druhý zvyšuje pravdepodobnosť absorpcie.
Fotóny lomené na kremík sa budú šíriť pod uhlom, čím sa zvýši ich efektívna dĺžka dráhy v bunke, čo zase zvýši šancu na generovanie páru elektrón-diera.
Fotóny s dlhou vlnovou dĺžkou odrazené od zadného povrchu narážajú na šikmý kremíkový povrch, čo zvyšuje šancu na vnútorný odraz (zachytenie svetla)
Dobrá textúra by mala viesť k nižšej odrazivosti celého viditeľného rozsahu vlnových dĺžok.
Na obr. 6 je znázornená rôzna odrazivosť pre rôzne doby leptania ako funkcia vlnovej dĺžky. Na dosiahnutie optimálnej textúry by mala byť veľkosť pyramíd 3-10 µm (veľkosť okraja pri základni) a pokrytie povrchu by sa malo blížiť 100%.
