Sumber: pv-manufacturing.org
Industri PV bergantung pada wafer silikon multikristalin dan monokristalin untuk memproduksi sel surya. Bersama-sama mereka mewakili hampir 90% dari semua bahan substrat wafer yang digunakan dalam industri. Karena orientasi butir yang berbeda dalam wafer yang sama, etsa alkali tidak dapat digunakan untuk tekstur silikon multikristalin, karena hal ini akan menghasilkan tekstur yang tidak seragam pada permukaan karena butir yang berbeda tergores pada tingkat yang berbeda. Wafer silikon monokristalin dengan orientasi [100] adalah jenis wafer monokristalin yang paling umum di industri karena dapat dengan mudah bertekstur menggunakan etsa alkali, misalnya KOH. Silikon mengkristal dalam kisi kubik berlian (dua kisi kubik berpusat muka yang saling menembus) dan digambarkan pada Gambar 1. Garis biru, hijau dan merah pada Gambar 1 mewakili [100], [110] dan [111] pesawat, masing-masing.
Gambar 1Representasi kisi kubik berlian dari kristal silikon dan representasi bidang yang berbeda seperti yang ditunjukkan oleh garis berwarna.
Gambar 1Representasi kisi kubik berlian dari kristal silikon dan representasi bidang yang berbeda seperti yang ditunjukkan oleh garis berwarna.
Etsa alkali mengetsa [100] permukaan silikon jauh lebih cepat daripada [111] permukaan silikon, yang merupakan dasar untuk proses etsa anisotropik yang digunakan untuk membuat tekstur piramida. Perbedaan utama antara etsa kerusakan gergaji dan tekstur adalah tingkat etsa. Untuk meningkatkan anisotropi proses, laju etsa harus rendah, yaitu 2 m/menit atau lebih rendah. Untuk mencapai tingkat etsa yang lebih rendah, suhu proses dapat diturunkan dan/atau konsentrasi etsa diturunkan. Misalnya, resep tekstur khas yang menggunakan konsentrasi KOH 1-2% (dibandingkan dengan konsentrasi 30-40% dalam penghilangan kerusakan gergaji) pada 70-80 °C. Hasilnya adalah permukaan yang diisi dengan piramida acak berbasis persegi di mana sisi-sisinya dibentuk oleh [111] bidang dan alasnya adalah bidang [100]. Hal ini digambarkan pada Gambar 2. Pada kenyataannya, piramida terukir bukanlah tetrahedron berbasis persegi yang sempurna dengan sudut alas, a, sebesar 54,74°. Untuk sebagian besar proses tekstur industri, a adalah antara 49 dan 53°. Ini karena ujung piramida terukir untuk durasi yang paling lama.
Gambar 2Piramida persegi acak pada permukaan silikon. Tepi dasar adalah 5-6 m.
Solusi tekstur juga termasuk isopropanol (atau aditif industri lainnya). Isopropanol bertindak sebagai surfaktan yang meningkatkan pembasahan permukaan dan memastikan bahwa H2gas (dilepaskan oleh etsa) tidak menempel ke permukaan. Jika isopropanol tidak digunakan, “bukit” bulat dapat terbentuk karena H2gelembung menghalangi tingkat etsa di permukaan. Isopropil mengurangi tegangan permukaan dan memungkinkan H2gelembung untuk melepaskan dari permukaan lebih mudah.
Ada banyak faktor yang berkontribusi pada kualitas tekstur:
Hasil tekstur tergantung pada permukaan awal.
Proses ini sensitif terhadap keberadaan silikat sisa dari etsa kerusakan gergaji.
Keseimbangan antara nukleasi piramida dan penghancuran piramida.
Lebih dari etsa dapat menyebabkan kehancuran piramida.
Penguapan Isopropanol terjadi setelah suhu bak mencapai 90 °C.
Isopropanol memiliki fungsi pembasahan – menghentikan gelembung H2 menempel ke permukaan.
Ventilasi itu penting, tetapi dapat mempengaruhi laju penguapan isopropanol
Durasi proses tipikal adalah 15-20 menit, oleh karena itu laju penguapan harus dipantau.
Sirkulasi batch – menggelegak dengan N2dapat membantu menjaga komponen mandi tercampur dengan baik.
Tekstur yang benar penting karena tekstur permukaan berhubungan langsung dengan kemampuan sel surya untuk memanen cahaya dan menghasilkan arus. Tekstur permukaan meningkatkan arus sel melalui tiga mekanisme berbeda.
Pemantulan sinar cahaya dari satu permukaan miring ke permukaan lain meningkatkan kemungkinan penyerapan.
Foton yang dibiaskan ke dalam silikon akan merambat pada suatu sudut, meningkatkan panjang jalur efektifnya di dalam sel, yang pada gilirannya meningkatkan kemungkinan generasi pasangan elektron-lubang.
Foton panjang gelombang panjang yang dipantulkan dari permukaan belakang bertemu dengan permukaan silikon bersudut, meningkatkan kemungkinan untuk dipantulkan secara internal (penjebakan cahaya)
Tekstur yang baik harus mengarah pada reflektifitas yang lebih rendah untuk seluruh rentang panjang gelombang yang terlihat.
Pada Gambar. 6, reflektifitas yang berbeda untuk waktu etsa yang berbeda diplot sebagai fungsi dari panjang gelombang. Untuk tekstur yang optimal, ukuran piramida harus 3-10 m (ukuran tepi di dasar) dan cakupan permukaan harus mendekati 100%.