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气压等离子制绒单晶硅表面陷光结构的形成与形貌演变

等离子体刻蚀,单晶硅,制绒,表面反射,陷光特性

气压等离子体刻蚀能够实现硅太阳能电池表面制绒，使其获得优异的陷光特性，且因设备成本低、工艺灵活性好，在光伏制造业具有良好应用前景。而改变等离子体产生的条件和工艺参数，会使得硅表面的刻蚀行为变得复杂多样。所以开发一种新的制绒技术，有必要澄清硅表面刻蚀形貌的演变和对工艺参数的依赖性，同时分析绒面特征的静态几何参数（微结构特征和粗糙度参数），从而了解陷光特性的产生机制。本文重点研究氟基（Ar/CF₄/O₂）等离子体蚀刻硅表面的形态演变和光学特性。结果显示气压等离子体刻蚀硅表面是随机先择性的表面粗糙化过程，依次表现为微孔的出现、致密、融合，最终形成均匀分布的球形凹坑构成的绒面。基于多尺度形貌图像和粗糙度参数的定量评估，从高度和空间相关性分析刻蚀硅表面的形貌演变，将给定工况条件下刻蚀抛光硅表面的陷光结构的产生分为两个阶段。初始的粗糙化阶段主要是高频纳米粗糙度的形成，基于等效介质理论，它可以看作是具有渐变折射率的有效介质层，在较宽的波长范围内降低表面反射率。在接下来的绒面成形阶段，低频和高振幅的微结构主导硅表面的形貌特征，显示为具有高深宽比的倒置抛物状结构。此时入射光进入表面微结构会进行多次反射，加上纳米粗糙度引起的光学介质效应，进一步提升了蚀刻的硅表面的抗反射性能。因此，大气等离子体射流刻蚀的硅表面的陷光特性是光学介质效应和几何光学的协同作用。