Izvor: pv-manufacturing.org
PV industrija se za proizvodnju solarnih ćelija oslanja na multikristalne i monokristalne silicijske pločice. Zajedno predstavljaju gotovo 90% svih materijala podloga od pločica koji se koriste u industriji. Zbog različitih orijentacija zrna unutar iste pločice, alkalno se graviranje ne može koristiti za teksturiranje multikristalnog silicija, jer bi to dovelo do neujednačene teksture na površini jer različita zrna graviraju različitim brzinama. Monokristalne silicijske pločice s orijentacijom [100] najčešći su tip monokristalnih pločica u industriji jer se mogu lako teksturirati pomoću alkalnog jetkača, na primjer KOH. Silicij kristalizira u dijamantnoj kubičnoj rešetki (dvije međusobno prodorne kubične rešetke centrirane prema licu) i prikazan je na slici 1. Plave, zelene i crvene crte na slici 1 predstavljaju [100], [110] i [111] avionima.
Slika 1Prikaz dijamantne kubne rešetke kristala silicija i prikaz različitih ravnina označenih obojenim linijama.
Slika 1Prikaz dijamantne kubne rešetke kristala silicija i prikaz različitih ravnina označenih obojenim linijama.
Alkalna jetkanja nagrizaju [100] silicijske površine mnogo brže od [111] silicijevih površina, što je osnova za proces anizotropnog jetkanja koji se koristi za izradu teksture piramide. Glavna razlika između jetkanja i teksturiranja oštećenja pile je brzina graviranja. Za povećanje anizotropije procesa brzina jetkanja mora biti niska, tj. 2 µm/min ili niža. Da bi se postigle niže brzine jetkanja, može se smanjiti ili temperatura procesa i/ili smanjiti koncentracija jetkanja. Na primjer, tipičan recept za teksturiranje koji koristi koncentraciju KOH od 1-2% (u usporedbi s koncentracijom 30-40% u uklanjanju oštećenja pile) na 70-80 ° C. Rezultat je površina naseljena randomiziranim piramidama na kvadratnoj osnovi gdje stranice tvore ravnine [111], a baza je ravnina [100]. Ovo je prikazano na slici 2. U stvarnosti, urezane piramide nisu savršeni tetraedri kvadratne osnove s osnovnim kutom, a, 54,74 °. Za većinu industrijskih procesa teksturiranja a je između 49 i 53 °. To je zato što je vrh piramide najduže urezan.
Slika 2Slučajne kvadratne piramide na površini silicija. Donji rub je 5-6 µm.
Otopina za teksturiranje također uključuje izopropanol (ili neki drugi industrijski dodatak). Izopropanol djeluje kao tenzid koji pojačava vlaženje površine i osigurava da H2plin (oslobođen jetkanjem) ne lijepi se za površinu. Ako se izopropanol ne koristi, zbog H mogu nastati okrugli "brežuljci"2mjehurići blokiraju brzinu jetkanja na površini. Izopropil smanjuje površinsku napetost i dopušta H2mjehurići se lakše oslobađaju s površine.
Mnogo je čimbenika koji pridonose kvaliteti teksture:
Rezultat teksturiranja ovisi o početnoj površini.
Postupak je osjetljiv na prisutnost zaostalih silikata nastalih nagrizanjem oštećenja pile.
Ravnoteža između nukleacije piramide i uništenja piramide.
Prekomjerno jetkanje može dovesti do uništenja piramida.
Isparavanje izopropanola događa se nakon što temperatura kupke dosegne 90 ° C.
Izopropanol ima funkciju vlaženja - sprječava lijepljenje mjehurića H2 na površinu.
Ventilacija je važna, ali može utjecati na brzinu isparavanja izopropanola
Uobičajeno trajanje procesa je 15-20 minuta, stoga se mora pratiti brzina isparavanja.
Serijska cirkulacija - mjehurići s N2može pomoći da komponente kupke budu dobro pomiješane.
Ispravna tekstura važna je jer je površinska tekstura izravno povezana sa sposobnošću solarne ćelije da prikuplja svjetlost i stvara struju. Teksturiranje površina poboljšava staničnu struju putem tri različita mehanizma.
Odbijanje svjetlosnih zraka s jedne kutne površine na drugu poboljšava vjerojatnost apsorpcije.
Fotoni prelomljeni u silicij širit će se pod kutom, povećavajući njihovu efektivnu duljinu puta unutar ćelije, što zauzvrat povećava mogućnost stvaranja para elektron-rupa.
Fotoni dugih valnih duljina reflektirani sa stražnje površine nailaze na kutnu silicijsku površinu, poboljšavajući vjerojatnost da budu interno reflektirani (hvatanje svjetlosti)
Dobra tekstura trebala bi dovesti do manje refleksije za cijeli vidljivi raspon valnih duljina.
Na slici 6 prikazana je različita refleksija za različita vremena jetkanja kao funkcija valne duljine. Za optimalno teksturiranje veličina piramida treba biti 3-10 µm (veličina ruba pri dnu), a pokrivenost površine treba biti blizu 100%.