得益于晶硅原料成本的大幅下降以及規(guī)?；?yīng)，晶硅太陽能電池是目前光伏產(chǎn)業(yè)中居于絕對主導(dǎo)地位的產(chǎn)品，并在未來相當(dāng)長時間內(nèi)保持這種局面。硅片表面制絨是制造晶硅電池的第一道工藝，又稱“表面織構(gòu)化”，是電池制造的一個核心環(huán)節(jié)。良好的絨面結(jié)構(gòu)不僅可以降低太陽光反射率，增加光的吸收，而且可以提高表面鈍化以及電極接觸等特性，從而提高載流子的收集效率，因此，制絨工藝的創(chuàng)新研究一直是晶硅太陽能電池的焦點課題。在目前的制造工藝中，單晶或準(zhǔn)單晶硅片的通用制絨工藝采用堿液金字塔刻蝕法，硅表面形成隨機(jī)金字塔結(jié)構(gòu)，可對太陽光進(jìn)行兩次反射，一般反射率在10%左右。而具有倒金字塔形狀的凹坑結(jié)構(gòu)是更為理想的絨面，因為太陽光在倒金字塔絨面上會經(jīng)歷3次反射，比金字塔絨面多吸收1次，反射率可降至5%左右，從而提高電池效率，因此廉價并可產(chǎn)業(yè)化的倒金字塔制絨工藝成為一個研發(fā)熱點，近20年來科研人員嘗試了許多方案，可時至今日仍然沒有大的進(jìn)展，成了一個公認(rèn)的國際難題。
　　

    中國科學(xué)院物理研究所清潔能源實驗室研究員杜小龍研究組經(jīng)過5年多的攻關(guān)研究，終于利用納米金屬顆粒催化化學(xué)刻蝕這一新工藝在晶硅倒金字塔制絨上取得了重大進(jìn)展。劉堯平、梅增霞、王燕、楊麗霞、梁會力以及杜小龍等巧妙地利用單晶硅表面上銅納米顆粒的各向異性沉積特性，在酸溶液中實現(xiàn)了銅催化各向異性刻蝕，獲得了大面積均勻的致密的倒金字塔絨面。所制備的工業(yè)用單晶硅倒金字塔制絨片具有大面積均勻、倒金字塔尺寸可調(diào)等特點，其反射率為5%左右，其優(yōu)越的陷光性能得到了驗證。該新工藝采用廉價的銅化合物和酸溶液作為銅催化劑和刻蝕液的原料，同時其制絨溫度僅為50℃，比現(xiàn)在通用的金字塔堿制絨的溫度低了30℃，并且刻蝕時間也從30分鐘縮短為10分鐘左右，這極大地降低了制絨能耗、刻蝕液成本及時間成本。由于跟現(xiàn)有產(chǎn)線兼容，該原創(chuàng)性倒金字塔制絨工藝有望成為一種新型的通用制絨工藝，可應(yīng)用于各種單晶硅太陽能電池的大規(guī)模制造中。相關(guān)倒金字塔制絨技術(shù)已經(jīng)申請專利兩項，其中一項已授權(quán)，另一項已進(jìn)入PCT國際專利（美、日、歐、印等）階段。無模板法倒金字塔制絨的機(jī)理研究論文已于近日發(fā)表。該團(tuán)隊進(jìn)一步開展了倒金字塔晶硅太陽能電池研制工作，電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高于常規(guī)金字塔制絨電池。倒金字塔底部圓滑，有利于銀電極均勻覆蓋絨面，接觸電阻有了明顯下降，展示了倒金字塔絨面同時在光的吸收和載流子收集兩方面上的優(yōu)越性。這些工作為晶硅倒金字塔制絨從基礎(chǔ)研究邁向重大產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ)。 該團(tuán)隊還在多晶硅/單晶硅納米制絨方面取得了多項成果，采用金屬銀顆粒催化化學(xué)刻蝕方法，在酸性刻蝕液中開發(fā)出大面積均勻的多晶硅片納米制絨工藝，其反射率低至2%，呈典型的黑硅形貌，同時率先開發(fā)出硅納米結(jié)構(gòu)的低溫臭氧鈍化工藝，并與選擇性發(fā)射極工藝結(jié)合，制備了選擇性納米發(fā)射極黑硅太陽能電池，實現(xiàn)了多晶黑硅電池效率的大幅提升，并獲得了較為完備的黑硅電池專利技術(shù)體系。由于硅片的切割工藝正逐漸由鋼絲向金剛線過渡，而經(jīng)金剛線工藝切割所得硅片表面光滑，起絨點減少，傳統(tǒng)工藝無法在多晶硅上實現(xiàn)高性能制絨，而金屬催化化學(xué)刻蝕工藝不受硅片表面形貌影響，因此有望成為多晶硅電池產(chǎn)業(yè)的制絨新工藝。
　　

    上述工作是與南京日托光伏公司張鳳鳴團(tuán)隊、中科院電工研究所研究員王文靜團(tuán)隊以及挪威奧斯陸大學(xué)教授庫茲涅佐夫·安德烈團(tuán)隊合作完成的。上述工作獲得了國家自然科學(xué)基金及中國科學(xué)院的支持。