Kilde: pv-manufacturing.org
Solcelleindustrien er afhængig af multikrystallinske og monokrystallinske siliciumskiver til fremstilling af solceller. Tilsammen udgør de næsten 90% af alt wafer substratmateriale, der anvendes i branchen. På grund af forskellige kornretninger inden for samme wafer kan alkalisk ætsning ikke bruges til at teksturere flerkrystallinsk silicium, da dette ville resultere i ikke-ensartet teksturering på overfladen som forskellige kornetik i forskellige hastigheder. Monokrystallinske siliciumskiver med [100] orientering er den mest almindelige type monokrystallinsk wafer i branchen, fordi den let kan tekstureres ved hjælp af en alkalisk etchant, for eksempel KOH. Silicium krystalliserer i et diamant-kubikgitter (to inter-gennemtrængende face-centrerede kubiske gitter) og er afbildet i fig. 1. De blå, grønne og røde linjer i fig. 1 repræsenterer flyene [100], [110] og [111].
Figur 1Repræsentation af diamantkabinet af en siliciumkrystal og repræsentationen af de forskellige planer som angivet af farvede linjer.
Figur 1Repræsentation af diamantkabinet af en siliciumkrystal og repræsentationen af de forskellige planer som angivet af farvede linjer.
Alkaliske etchants etch [100] siliciumoverflader meget hurtigere end [111] siliciumoverflader, som er grundlaget for den anisotropiske ætsningsproces, der bruges til at lave pyramidetekstur. Den væsentligste forskel mellem savskader ætsning og tekstning er ætsehastigheden. For at øge processens anisotropi skal ætsehastigheden være lav, dvs. For at opnå lavere ætsehastigheder kan procestemperaturen enten sænkes, og/eller enchantkoncentrationen reduceres. F.eks. en typisk tekstningsopskrift, der anvender en KOH-koncentration på 1-2 % (sammenlignet med en koncentration på 30-40 % i fjernelse af savskader) ved 70-80 °C. Resultatet er en overflade befolket med randomiserede firkantede pyramider, hvor siderne er dannet af [111] fly og basen er [100] flyet. Dette er afbildet i fig. 2. I virkeligheden er de ætsede pyramider ikke perfekte firkantede tetrahedroner med en basisvinkel, a, på 54,74°. For de fleste industrielle tekstningsprocesser er en mellem 49 og 53°. Dette skyldes, at spidsen af pyramiden er ætset i den længste varighed.
Figur 2Tilfældige firkantede pyramider på siliciumoverfladen. Udgangskanten er 5-6 μm.
Tekstningsopløsningen omfatter også isopropanol (eller et andet industrielt tilsætningsstof). Isopropanol fungerer som overfladeaktivt middel, der forbedrer overflade bevæmning og sikrer, at H2(frigivet af ætsningen) klæber ikke til overfladen. Hvis isopropanol ikke anvendes, kan runde "bakker" dannes på grund af H2bobler blokerer ætsehastigheden på overfladen. Isopropyl reducerer overfladespændingen og tillader H2bobler til at frigive fra overfladen lettere.
Der er mange faktorer, der bidrager til kvaliteten af tekstning:
Tekstresultatet afhænger af den oprindelige overflade.
Processen er følsom over for tilstedeværelsen af resterende silikater fra savskader ætsning.
Balancen mellem pyramidekerner og pyramide ødelæggelse.
Over ætsning kan føre til ødelæggelse af pyramider.
Fordampningen af Isopropanol sker, efter at badetemperaturen når 90 °C.
Isopropanol har en betændt funktion – forhindrer H2-bobler i at klæbe til overfladen.
Ventilation er vigtig, men kan påvirke isopropanolfordampningshastigheden
Typiske procesvarigheder er 15-20 minutter, derfor skal fordampningshastigheden overvåges.
Batchcirkulation – boblende med N2kan hjælpe med at holde bad komponenter godt blandet.
Korrekt teksturering er vigtig, fordi overfladen tekstur er direkte relateret til evnen til solcellen til at høste lys og til at generere strøm. Tekstning af overfladerne forbedrer cellestrømmen via tre forskellige mekanismer.
Refleksion af lysstråler fra en vinklet overflade på en anden forbedrer sandsynligheden for absorption.
Fotoner brudt ind i silicium vil formere sig i en vinkel, øge deres effektive vej længde i cellen, hvilket igen øger chancen for elektron-hul par generation.
Lang bølgelængde fotoner reflekteret fra bagoverfladen støder på en vinklet silicium overflade, forbedre chancen for at blive internt reflekteret (lys fældefangst)
En god tekstning bør føre til lavere refleksionsevne for hele det synlige bølgelængdeområde.
I fig. 6 afbildes de forskellige refleksiviteter for forskellige ætsningstider som funktion af bølgelængde. For optimal tekstning skal størrelsen af pyramiderne være 3-10 μm (størrelsen af kanten ved bunden), og dækningen af overfladen skal være tæt på 100%.