単結晶太陽電池のアルカリテクスチャリング-知識-DS新エネルギー

出典：pv-manufacturing.org

太陽光発電業界は、太陽電池の製造に多結晶および単結晶シリコンウェーハに依存しています。これらを合わせると、業界で使用されるすべてのウェーハ基板材料のほぼ90％に相当します。同じウェーハ内の粒子配向が異なるため、アルカリエッチングを使用して多結晶シリコンをテクスチャリングすることはできません。これは、異なる粒子が異なる速度でエッチングするため、表面のテクスチャリングが不均一になるためです。 [100]配向の単結晶シリコンウェーハは、KOHなどのアルカリエッチャントを使用して簡単にテクスチャリングできるため、業界で最も一般的なタイプの単結晶ウェーハです。シリコンはダイアモンド立方格子（2つの相互貫入面心立方格子）で結晶化し、図1に示されています。図1の青、緑、赤の線は[100]、[110]、[111]を表しています。それぞれ平面。

図1シリコン結晶のダイアモンド立方格子の表現と、色付きの線で示されているさまざまな平面の表現。

アルカリエッチング液は、[111]シリコン表面よりもはるかに速く[100]シリコン表面をエッチングします。これは、ピラミッドテクスチャを作成するために使用される異方性エッチングプロセスの基礎です。のこぎりによる損傷のエッチングとテクスチャリングの主な違いは、エッチング速度です。プロセスの異方性を高めるには、エッチング速度を低くする必要があります。つまり、2 µm / min以下です。より低いエッチング速度を達成するために、プロセス温度を下げるか、および／またはエッチャント濃度を下げることができる。たとえば、70〜80°Cで1〜2％のKOH濃度（鋸損傷除去の30〜40％の濃度と比較して）を使用する典型的なテクスチャリングレシピ。その結果、側面が[111]平面で形成され、底面が[100]平面である、ランダム化された正方形ベースのピラミッドが配置されたサーフェスが作成されます。これを図2に示します。実際には、エッチングされたピラミッドは、底角aが54.74°の完全な正方形ベースの四面体ではありません。ほとんどの産業用テクスチャリングプロセスでは、aは49〜53°です。これは、ピラミッドの先端が最も長くエッチングされるためです。

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図2シリコン表面のランダムな四角錐。ベースエッジは5〜6 µmです。

テクスチャリングソリューションには、イソプロパノール（または別の工業用添加剤）も含まれています。イソプロパノールは界面活性剤として機能し、表面の濡れ性を高め、Hを確実にします2ガス（エッチングにより放出）が表面に付着しません。イソプロパノールを使用しない場合、Hが原因で丸い「ヒロック」が形成される可能性があります2気泡が表面のエッチング速度をブロックします。イソプロピルは表面張力を低下させ、Hを可能にします2泡が表面からより簡単に放出されます。

テクスチャリングの品質に寄与する多くの要因があります。