Font: pv-manufacturing.org
La indústria fotovoltaica es basa en hòsties de silici multicristal·lines i monocristal·lines per fabricar cèl·lules solars. Junts representen gairebé el 90% de tot el material de substrat d’hòsties utilitzat a la indústria. A causa de les diferents orientacions del gra dins de la mateixa hòstia, el gravat alcalí no es pot utilitzar per texturar silici multicristal·lí, ja que això donaria lloc a una textura no uniforme a la superfície a mesura que diferents graus graven a velocitats diferents. Les hòsties de silici monocristal·lí amb orientació [100] són el tipus d’hòstia monocristal·lí més comú a la indústria, ja que es pot texturar fàcilment amb un agent alcalí, per exemple KOH. El silici cristal·litza en una gelosia cúbica de diamant (dues gelosies cúbiques inter-penetrants centrades a la cara) i es representa a la figura 1. Les línies blaves, verdes i vermelles de la figura 1 representen les [100], [110] i [111]. plans, respectivament.
figura 1Representació de la xarxa cúbica de diamant d’un cristall de silici i la representació dels diferents plans tal com s’indica amb línies de colors.
figura 1Representació de la xarxa cúbica de diamant d’un cristall de silici i la representació dels diferents plans tal com s’indica amb línies de colors.
Els comerciants alcalins graven [100] superfícies de silici molt més ràpidament que les superfícies de silici [111], que és la base del procés de gravat anisotròpic utilitzat per fer textura piramidal. La diferència principal entre el gravat de danys a la serra i la textura és la velocitat de gravat. Per augmentar l'anisotropia del procés, la velocitat de gravat ha de ser baixa, és a dir, 2 µm / min o inferior. Per aconseguir taxes de gravat més baixes, es pot reduir la temperatura del procés i / o disminuir la concentració de substàncies. Per exemple, una recepta de textura típica que utilitza una concentració de KOH de l'1-2% (en comparació amb una concentració del 30-40% en l'eliminació de danys a la serra) a 70-80 ° C. El resultat és una superfície poblada de piràmides aleatòries de base quadrada on els costats estan formats per plans [111] i la base és el pla [100]. Això es representa a la figura 2. En realitat, les piràmides gravades no són tetraedres de base quadrada perfectes amb un angle de base, a, de 54,74 °. Per a la majoria de processos de texturització industrial, a està entre 49 i 53 °. Això es deu al fet que la punta de la piràmide queda gravada durant més temps.
Figura 2Piràmides quadrades aleatòries a la superfície de silici. La vora de la base és de 5-6 µm.
La solució de textura també inclou isopropanol (o un altre additiu industrial). L’isopropanol actua com a tensioactiu que millora la humectació superficial i garanteix que l’H2el gas (alliberat per l'aiguafort) no s'adhereix a la superfície. Si no s’utilitza isopropanol, es poden formar “turons” rodons a causa de l’H2bombolles que bloquegen la velocitat de gravat a la superfície. L'isopropil redueix la tensió superficial i permet H2les bombolles s’alliberen de la superfície més fàcilment.
Hi ha molts factors que contribueixen a la qualitat de la textura:
El resultat de la textura depèn de la superfície inicial.
El procés és sensible a la presència de silicats residuals causats per la gravació de danys a la serra.
L'equilibri entre la nucleació de la piràmide i la destrucció de la piràmide.
El gravat excessiu pot conduir a la destrucció de piràmides.
L’evaporació de l’isopropanol es produeix després que la temperatura del bany arriba als 90 ° C.
L’isopropanol té una funció humectant: impedeix que les bombolles H2 s’adhereixin a la superfície.
La ventilació és important, però pot afectar la velocitat d’evaporació de l’isopropanol
Les durades típiques del procés són de 15 a 20 minuts, per tant s’ha de controlar la velocitat d’evaporació.
Circulació per lots: bombolla amb N2pot ajudar a mantenir els components del bany ben barrejats.
La textura correcta és important perquè la textura superficial està directament relacionada amb la capacitat de la cèl·lula solar per obtenir llum i generar corrent. Texturar les superfícies millora el corrent cel·lular mitjançant tres mecanismes diferents.
La reflexió dels raigs de llum d’una superfície en angle cap a una altra millora la probabilitat d’absorció.
Els fotons refractats al silici es propagaran en un angle, augmentant la seva longitud efectiva del recorregut dins de la cèl·lula, cosa que al seu torn augmenta la possibilitat de generar parells de forats electrònics.
Els fotons de longitud d’ona llarga reflectits des de la superfície posterior es troben amb una superfície de silici inclinada, millorant la possibilitat de reflectir-se internament (captura de llum)
Una bona textura hauria de provocar una menor reflectivitat per a tot el rang de longituds d’ona visible.
A la figura 6, la reflectivitat diferent per a diferents temps de gravat es representa en funció de la longitud d'ona. Per a una textura òptima, la mida de les piràmides ha de ser de 3-10 µm (mida de la vora a la base) i la cobertura de la superfície ha de ser propera al 100%.
