Obróbka laserowa powierzchni krzemu polikrystalicznego

Jednym ze sposobów pozyskiwania tzw. „czystej” energii jest zastosowanie ogniw fotowoltaicznych, które umożliwiają bezpośrednie przetwarzanie promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Podstawowym celem badań i rozwoju fotowoltaiki jest zwiększenie sprawności ogniw słonecznych. Jednak dalszy rozwój fotowoltaiki jest związany z postępem w dziedzinie nauk materiałowych i technologii. Straty spowodowane odbiciem promieniowania słonecznego od przedniej powierzchni ogniw sprawiają, że na świecie prowadzi się intensywne badania nad jego zmniejszeniem. Standardową metodą teksturowania krzemu monokrystalicznego jest trawienie w alkalicznych roztworach KOH lub NaOH. Kryształ trawi się z różną szybkością w różnych kierunkach krystalograficznych, co stwarza duże możliwości jego przestrzennego kształtowania, a w przypadku krzemu o orientacji (100) na powierzchni uzyskuje się losowo rozmieszczone piramidy. Niestety trawienie w zasadowych roztworach krzemu polikrystalicznego nie przynosi tego samego rezultatu ze względu na dużą selektywność tych odczynników trawiących w odniesieniu do różnych orientacji krystalograficznych poszczególnych ziaren. W związku z tym ogranicza to ich zastosowanie w teksturowaniu krzemu polikrystalicznego. W pracy zbadano możliwość teksturowania powierzchni krzemu polikrystalicznego z wykorzystaniem obróbki laserowej w grubowarstwowej technologii wytwarzania ogniw fotowoltaicznych. Tekstura wytworzona za pomocą lasera neodymowego Nd:YAG umożliwia znaczne zmniejszenie współczynnika odbicia światła dla przygotowanych w ten sposób krzemowych płytek. Laserowa obróbka powierzchni krzemu polikrystalicznego stanowi ciekawą alternatywę w porównaniu z chemicznymi i elektrochemicznymi metodami teksturowania, stwarzając możliwość precyzyjnej obróbki.

---

One way of obtaining the so-called „clean” energy is the use of photovoltaic cells that allow the direct conversion of sunlight into electricity. The primary objective of the research and development of photovoltaics is to increase the efficiency of solar cells. However, further development of photovoltaics is related to progress in the field of materials and technologies. Intensive studies on the reduction of losses due to reflection of incident radiation from the front surface of solar cells are carried out all over the world. The standard method of texturing monocrystalline silicon is etching in alkaline solutions of KOH or NaOH. Crystal etching proceeds at different speeds in different crystallographic directions, which creates great potential of its spatial forming. For the silicon surface of orientation (100) texture of randomly arranged pyramids is obtained. Unfortunately, the etching of polycrystalline silicon in alkaline solutions does not provide the same result due to the high selectivity of these etchants for different crystallographic orientation of individual grains. Consequently, this limits their use in texturing polycrystalline silicon. The present paper studies the possibility of surface texturing using laser treatment of polycrystalline silicon solar cells produced in thick film technology. Texture produced by Nd:YAG laser can substantially reduce the reflectivity of textured silicon wafers. Laser surface treatment of polycrystalline silicon is an interesting alternative in comparison with chemical and electrochemical texturing methods, making it possible for high-precision processing.