多晶硅表面陷阱坑形貌的光学性能模拟-论文.pdf

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1、第41卷第9期光�子�学�报V�l.41N�.9������������2012年9月ACTA�PHOTONICA�SINICASe��embe��2012����10.3788�g��b20124109.1076多晶硅表面陷阱坑形貌的光学性能模拟张发云(1新余学院新能源科学与工程学院�江西省高等学校硅材料重点实验室�江西新余338004)摘�要�采用COMSOL�M�l�i�h��ic��3.5a有限元分析软件中的RF模块对3种硅片绒面的陷阱坑形貌�轻度腐蚀�正常腐蚀和过度腐蚀�的光学性能进行了数值模拟.通过求解麦克斯韦方程组和材料本构方程�获得了3

2、种陷阱坑的表面电场�分量�表面磁场�分量和反射率的变化规律.结果表明�当波长为600�m时�轻度腐蚀陷阱坑的表面电场�分量和表面磁场�分量的数值最小�反射率最高�约为35%��正常腐蚀陷阱坑的表面电场�分量和表面磁场�分量其次�反射率约为17%�过度腐蚀陷阱坑的表面电场�分量和表面磁场�分量的数值最大�反射率最低�约为10%�.通过实验和模拟结果对比可知�模拟值和试验值的反射率变化趋势基本一致�两者吻合较好�可为实际生产和试验提供理论参考.关键词�多晶硅�陷阱坑�形貌�陷光�数值模拟中图分类号�TM�914.4���文献标识码�A���文章编号�100

3、4-4213(2012)09-1076-5于绒面形貌结构的设计和分析�为太阳电池制绒工0�引言艺参量的优化提供理论指导.太阳电池的转换效率主要取决于它的收集光的1�数值计算模型能力�表面光滑硅片的反射率相对较高.因此�在硅太阳电池中�通常采用绒面技术来降低硅片表面的1.1�控制方程�1-4�光反射.目前�在多晶硅表面的各种绒面制备方1.1.1�麦克斯韦方程法中�各向同性腐蚀技术可以比较容易地整合到当利用COMSOL3.5a有限元软件中的RF模块前的太阳电池处理工序中�且成本相对较低�在大规解决确定边界条件下的麦克斯韦方程组为模工业化生产中�各向同性腐蚀

4、法已经广泛应用于��=-�������=��5-8���多晶硅太阳电池绒面技术.(1)��但由于酸液的自催化性使其在应用过程中出现=���-�����=0��可控性差�重复性差等问题�这无疑会给新型的酸腐式中��为电场强度��为电位移矢量(电通量密度蚀液研制和大规模生产带来很大的困难.因此�运用或电感应强度)��为磁场强度��为磁通量密度(磁计算机仿真技术对多晶硅绒面的陷阱坑形貌进行数感应强度)��为电流密度��为电荷密度.值模拟�使其光学性能达到最优�为优化酸腐蚀的配1.1.2�本构关系方及工艺参量�缩短研制周期�减少实验费用�提供�=�0���=�

5、0���=��(2)一种强有力的技术研究手段.目前�运用计算机模拟式中�为真空中的介电常量�为真空中的磁导0�0技术研究多晶硅绒面形貌的光学特性还未完全展率��为电导率.开�少量研究主要集中于多晶硅形貌对光的反射率1.2�数值建模�9-11�影响的数值计算.图1分别为不同深度的多晶硅表面陷阱坑的几本文利用COMSOL�M�l�i�h��ic��3.5a有限元何形貌.图中的3种形式分别为轻度腐蚀�正常腐蚀软件中的RF模块对多晶硅绒面的陷阱坑形貌进行和过度腐蚀.几何模型采用模拟软件中的CAD模了模拟�获得了不同陷阱坑形貌的光学性能�揭示了块进行构建�从图中

6、可以看出�几何图形分为两部太阳光在多晶硅绒面内的传播规律�模拟结果可用分�左侧为空气层�右侧(深色区域)为Si层.采用自��基金项目�国家自然科学基金(N�.51164033)和江西省教育厅科技项目(N�.GJJ10647)资助作者简介�张发云(1967-)�男�副教授�工学博士�主要研究方向为太阳电池材料制备技术及数值模拟.Email�f�abc�126.c�m收稿日期�2011-10-31�修回日期�2012-06-289期张发云�多晶硅表面陷阱坑形貌的光学性能模拟1077由网格参量�内建网格尺寸选择特别细化�分别划分为39�421个�41�480

7、个和50�887个三角形单元�如图2�.图2�硅片表面陷阱坑的有限元网格图Fig.2�The�FEM�me�h�d�a�i�g��f���a���i���f��ilic���afe�����face2�模拟结果分析图1�硅片表面陷阱坑的几何模型Fig.1�Ge�me����m�del��f���a���i���f��ilic����afe�����face图3和图4分别为不同陷阱坑形貌的表面电场图3�不同陷阱坑形貌的表面电场�分量分布�=600�m�Fig.3�Di���ib��i����f����face�elec��ic�field��c�m���

8、e���f���diffe�e�����a���i��m���h�l�g��分量和磁场�分量的