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脉冲激光蚀刻部分透明硅晶片中的光传输与内部散射

DOI：10.1016/j.heliyon.2019.e02790 期刊：Heliyon 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 硅片厚度持续减薄以降低成本的趋近于由以下因素构成的基本边界：(a)铝浆与硅片热膨胀系数失配；(b)光学吸收不完全。双面太阳能电池通过对称的前后电极布局，降低了热膨胀失配应力，减少了金属用量并提升了高温效率。该电池通过背面受光实现效率提升。半透明硅片为增强近红外辐射吸收提供了方案。要实现完全光学吸收，此类硅片的三维织构化至关重要。本研究包含脉冲激光作用、热氧化及湿法化学刻蚀工艺，其能量与图案设置的特点是波长1.064微米、脉宽微秒级的激光与硅相互作用。实验设置了两种方案：(a)以热氧化层为掩模的氢氧化钾激光后化学刻蚀；(b)激光后硅表面热氧化。激光脉冲加工因快速熔融再结晶特性会自然形成织构，其中球状随机聚焦特征能增强内部散射并提升近红外吸收，这些特征通过热氧化层掩模的化学刻蚀实现分离。双面光学吸收对比显示未刻蚀表面的吸收强度更高。通过光学显微镜、红外吸收、场发射扫描电镜及远红外热成像分析，揭示了近红外吸收提升的物理机制。这类半透明三维织构硅片有望作为双面太阳能电池的衬底材料。
作者： Muhd Hatim Rohaizar，Suhaila Sepeai，Nurfarizza Surhada，N.A. Ludin，M.A. Ibrahim，K. Sopian，Saleem H. Zaidi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究脉冲激光蚀刻对半透明硅片的影响，以增强双面太阳能电池的近红外辐射吸收。

研究成果

研究表明，通过脉冲激光蚀刻实现的三维纹理化可增强硅晶圆对近红外的吸收，其中沟槽图案因内部散射效应表现出更高的吸收率。通孔图案则展现出更强的透光性，适用于部分透明的双面太阳能电池。未来工作将探索这些纹理化晶圆在太阳能电池中的应用，以评估其性能提升效果。

研究不足

该研究聚焦于特定的激光功率设置和蚀刻时间，可能未涵盖加工条件的所有潜在变化。这些纹理化晶圆在实际双面太阳能电池中的应用尚未经过测试，其在实际应用中的性能尚不明确。

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