一种黑硅材料的制备方法与流程

1.本发明涉及一种光电材料技术，特别是一种黑硅材料的制备方法。


背景技术：

2.20世纪90年代，美国哈佛大学的mazur教授等在sf6气体的氛围下，采 用飞秒激光器产生的高强度超短脉冲激光对硅片表面进行高能辐照，所得硅片在 肉眼下表面呈现黑色，即“黑硅”，所制备的样品对可见光的吸收率可以达到90％ 以上。“黑硅”材料的出现，使得硅材料在光电探测、光通信、光伏电池等领域具 有突破性的应用。
3.目前“黑硅”的制备方面的研究已经取得了丰硕的成果，主要有反应离子刻蚀 法，化学腐蚀法，电化学腐蚀法，飞秒激光法，其中反应离子刻蚀法和飞秒激光 法较为突出问题是实验设备昂贵，且难以制备大面积黑硅，不适合大规模的产业 化生产，电化学腐蚀法虽然成本低，但制备的多孔结构不均一，且难以大面积制 备。因此，这就需要一种低成本，且能大规模的产业化生产的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种一种黑硅材料的制备方法。
5.实现本发明目的的技术方案为：一种黑硅材料的制备方法，具体步骤如下：
6.步骤1，对p型cz单晶硅片进行切片、清洗、退火、抛光预处理；
7.步骤2，对预处理后的单晶硅片去除损伤层和氧化层。
8.步骤3，对去除损伤层和氧化层的单晶硅片制绒，在抛光硅片表面形成金字 塔结构阵列；
9.步骤4，将表面有金字塔结构的单晶硅片中的的硅片置于h2o2、hf和agno3的混合溶液刻蚀；
10.步骤5，步骤4将反应后的硅片，置于一定的浓度hno3溶液中，超声清洗， 以去除ag颗粒，最终得到黑硅材料。
11.进一步地，步骤2中，去除损伤层采用的是naoh溶液、koh溶液；去氧 化层的溶液采用的是hf溶液。
12.进一步地，步骤2中，采用naoh溶液时，溶液的浓度为3.0～4.0mol/l，温 度在85～90℃，时间5～12min；采用koh溶液时，溶液的浓度为3.0～4.0mol/l， 温度在85～90℃，时间5～12min；采用hf溶液时，溶液的浓度为0.8～1.2mol/l， 温度在20～30℃，时间5～8min。
13.进一步地，步骤3中，采用的是naoh ipa溶液、koh ipa溶液、tmah ipa 溶液体系对去除损伤层和氧化层的单晶硅片制绒。
14.进一步地，步骤3中采用naoh ipa溶液时，naoh溶液的浓度为 0.5～0.75mol/l，异丙醇溶液体积分数为5％，温度在85～90℃，时间30～35min； 采用koh ipa溶液时，naoh溶液的浓度为0.5～0.75mol/l，异丙醇溶液体积分 数为5％，温度在85～90℃，时间30～
35min；采用tmah ipa溶液时，tmah 溶液的浓度为0.6～0.8mol/l，异丙醇溶液体积分数为5％，温度在85～90℃，时 间35～45min。
15.进一步地，步骤4中，h2o2的浓度为4.4～4.8mol/l，hf的浓度为0.4～0.6mol/l， agno3的浓度为0.2～0.6mmol/l，体积比1:1:1混合，温度30～35℃，时间2～5min。
16.进一步地，步骤5中，hno3溶液的浓度为30vol％～40vol％，温度30～35℃， 时间2～4min。
17.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明采用传统的碱性溶液 对单晶硅片制绒，反应可控，装置简单，无需使用催化剂；(2)本发明采用h2o2， hf和agno3的混合溶液刻蚀，反应可控，成本低，无需昂贵的实验设备，能满 足大规模生产的需要；(3)本发明制备的“黑硅”材料的在可见光波段范围内 (900nm～1700nm)光的平均反射率为11.6％，大大提高了激光吸收率。
18.下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
19.图1为本发明制备“黑硅”的流程示意图。
20.图2为实施例1制备的“黑硅”材料表面sem图。
具体实施方式
21.结合图1，本发明制备方法的工艺流程如下：
22.步骤1，选用p型(cz)单晶硅片，厚度为0.50mm，进行预处理。过程主 要分为硅片的切片、清洗、退火、抛光处理。
23.步骤2，对预处理后的单晶硅片去除损伤层，采用浓度3.0～4.0mol/l的naoh 溶液，温度在85～90℃，时间5～12min；或采用3.0～4.0mol/l的koh溶液，温 度在85～90℃，时间5～12min，时间10～20min；接着去除氧化层，采用浓度为0.8～1.2mol/l的hf溶液，温度在20～30℃，时间5～8min。
24.步骤3，将去除损伤层和氧化层的单晶硅片制绒，采用naoh ipa溶液时， naoh溶液的浓度为0.5～0.75mol/l，异丙醇溶液体积分数为5％，温度在 85～90℃，时间30～35min；采用koh ipa溶液时，naoh溶液的浓度为 0.5～0.75mol/l，异丙醇溶液体积分数为5％，温度在85～90℃，时间30～35min； 采用tmah ipa溶液时，tmah溶液的浓度为0.6～0.8mol/l，异丙醇溶液体积 分数为5％，温度在85～90℃，时间35～45min。
25.步骤4，将表面有金字塔结构的单晶硅片中的的硅片置于h2o2，hf和agno3的混合溶液刻蚀。h2o2的浓度为4.4～4.8mol/l，hf的浓度为0.4～0.6mol/l，agno3的浓度为0.2～0.6mmol/l，按体积比1:1:1混合，温度30～35℃，时间2～5min。
26.步骤5，步骤4将反应后的硅片，置于30vol％～40vol％的hno3溶液中，温 度30～35℃，时间2～4min，超声清洗，以去除ag颗粒，最终“黑硅”材料。
27.实施例1
28.一种抗反射的微纳结构材料的制备方法如下：
29.步骤1，选用p型(cz)单晶硅片，厚度为0.50mm，进行预处理。过程主 要分为硅片的切片、清洗、退火、抛光处理。
30.步骤2，对预处理后的单晶硅片去除损伤层，采用浓度3.0mol/l的naoh溶 液，温度在90℃，时间10min；接着去除氧化层，采用浓度为1.0mol/l的hf 溶液，温度在25℃，时间8min；
31.步骤3，将去除损伤层和氧化层的单晶硅片制绒，采用naoh ipa溶液， naoh溶液的浓度为0.5mol/l，ipa溶液体积分数为5％，温度在90℃，时间30 min；
32.步骤4，将表面有金字塔结构的单晶硅片中的的硅片置于h2o2，hf和agno3的混合溶液刻蚀。h2o2的浓度为4.4mol/l，hf的浓度为0.4mol/l，agno3的浓 度为0.2mmol/l，体积比1:1:1混合，温度32℃，时间3min；
33.步骤5，步骤4将反应后的硅片,置于30vol％的浓度hno3溶液中，温度 35℃，超声清洗3min，以去除ag颗粒，最终形成“黑硅”材料。所得产物的sem 如图2所示。
34.对比例1
35.本对比例只进行到步骤(三)，所得产物的断面图如图2所示。
36.从图2可以看出实施例1制得的金字塔-凹坑结构，大大提高了激光吸收率。 从图2可以看出，在单晶硅表面生成的金字塔的结构。实施例1的样品在近红外 波段(900nm～1700nm)平均反射率11.2％，而对比例1的样品在近红外波段 (900nm～1700nm)平均反射率为21.4％，相比之下，实施例1的样品抗反射的效果 更佳。