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在本文中，我們提出了一種簡單的低成本的濕式化學蝕刻工藝，它促進了銀金屬團簇的存在，并應用于n型（100）硅和商用硅太陽能電池。樣品處理分兩個步驟進行：首先通過在金屬鹽溶液中的浸沒時間來控制金屬顆粒的形成（步驟1），其次通過控制蝕刻時間（步驟2），根據(jù)蝕刻參數(shù)，可以在大尺度上實現(xiàn)不同深度的表面紋理，這種蝕刻工藝是一個相對簡單和廉價的工藝，有望提高光伏器件的效率。
濕蝕刻是通過將硅（100）型和硅太陽能電池浸泡在硝酸銀5%m/m和HF5m的混合物中，在室溫下給定一段時間（步驟1），然后將樣品浸入過氧化氫為5%m/m和HF5m的第二種水溶液中一定時間，范圍為30s~10min（步驟2）。
利用原子力顯微鏡研究了樣品表面的形貌，用WiTecAlpha300AR顯微鏡以硅懸臂尖的交流/敲擊和接觸模式記錄樣品的AFM圖像。使用制造商提供的WiTec2.06軟件對樣品表面進行圖像處理。在總反射模式下使用分光光度計（包括漫反射光和漫反射光和鏡面光），并計算不透明樣品的吸收(A)(=100%-R)。該儀器使用積分球、光源和測量反射率的參考樣品來測量光譜反射率。該儀器的光譜范圍為200~900nm，分辨率小于1nm。
我們使用單晶n型硅晶片作為襯底，與單晶硅太陽能電池的性質(zhì)幾乎相同。在這兩種情況下，蝕刻都是在n型層上進行的。在蝕刻過程中，帶有銀顆粒的襯底被浸沒在高頻溶液和氧化劑溶液中，MACE方法可以通過兩個依賴于電子空穴的產(chǎn)生和輸運的過程來解釋，這兩個過程是通過銀粒子和電解質(zhì)溶液界面上的氧化還原反應形成的。
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圖1
通過掃描樣品，記錄表面的地形圖像，并可用于粒子成像和尺寸。對于n型（100）Si的10μm×10μm表面的掃描分辨率為512×512，通過原子力顯微鏡形貌圖像的粒子分析，金屬納米顆粒呈近似球形顆粒，尺寸分布如圖1a和1b所示。硝酸銀/HF溶液浸沒時間對n型（100）Si上的直徑有顯著影響。在圖3顯示了在硝酸銀為5%m/m和HF5m處理18秒后，沉積在n型（100）Si上的晶體銀納米顆粒的x射線衍射(XRD)模式。利用最強衍射峰（111）計算了晶粒尺寸。
圖2
對于Si（100）晶片樣品（Si-18/0、Si18/30和Si-18/120），在300至800nm的波長范圍內(nèi)，反射率值低于拋光的Si晶片（Si-0/0），在硅晶片樣品（Si18/0）表面的銀納米顆粒的存在可以有效地降低反射率。這種效應與在平面Si表面使用金納米顆粒和SiNP紋理表面的報道結(jié)果相似。
為了測量樣品的I-V曲線，我們制作了具有不同蝕刻時間的商業(yè)硅太陽能電池表面紋理化的陣列，在不同的蝕刻時間制備樣品，并在標準測試條件下測量其電性能，入射輻射功率密度為1000W/m2。并且也繪制了未經(jīng)處理的太陽能電池樣品、僅含銀納米顆粒樣品和多孔紋理樣品的J-V特征，參考太陽能電池(SC-Ref)的開路電壓為525mV，短路電流密度為36.9mA/cm2，效率為12.7%。為了更好地理解效率與細胞吸收率之間的變化情況，在長時間蝕刻時，由于光捕獲特性，可以觀察到a的增加，然而改良后的太陽能電池的效率降低了，這種效應與改善的吸收和增加的表面重組之間的競爭有關(guān)，這表明這種增強的吸收可能是由表面重組所主導的。
總之，我們在硅晶圓和商業(yè)硅太陽能電池上，通過兩步銀輔助化學蝕刻工藝制備了一個紋理表面，采用濕化學工藝合成銀納米顆粒，將兩種底物均浸在含有HF和過氧化氫的溶液中，銀NP在硅晶片上呈近似球形的顆粒，原子力顯微鏡圖像顯示襯底表面有大量孔，尺寸分布均勻，對于硅片和商用硅太陽能電池，反射率測量結(jié)果表明，在較長的刻蝕時間下，總反射率降低。我們發(fā)現(xiàn)，在銀鹽酸溶液中浸泡18秒，在蝕刻溶液(SC-18/30)中浸泡30秒，達到了獲得最佳太陽能電池效率所需的最佳實驗條件。