一种黑硅材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种黑硅材料的制备方法 (Preparation method of black silicon material ) 是由 吴立志 张文豪 沈瑞琪 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种黑硅材料的制备方法,具体步骤如下：步骤1,对P型CZ单晶硅片进行切片、清洗、退火、抛光预处理；步骤2,对预处理后的单晶硅片去除损伤层和氧化层。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；步骤4,将表面有金字塔结构的单晶硅片中的的硅片置于H-(2)O-(2)、HF和AgNO-(3)的混合溶液刻蚀；步骤5,步骤4将反应后的硅片,置于一定的浓度HNO-(3)溶液中,超声清洗,以去除Ag颗粒,最终得到黑硅材料。(The invention provides a preparation method of a black silicon material, which comprises the following specific steps: step 1, carrying out slicing, cleaning, annealing and polishing pretreatment on a P-type CZ monocrystalline silicon wafer; and 2, removing the damaged layer and the oxide layer of the pretreated monocrystalline silicon wafer. Step 3, texturing the monocrystalline silicon wafer with the damaged layer and the oxide layer removed, and forming a pyramid structure array on the surface of the polished silicon wafer; step 4, placing the silicon wafer in the monocrystalline silicon wafer with the pyramid structure on the surface in the H 2 O 2 HF and AgNO 3 Etching the mixed solution; step 5, step 4, placing the silicon slice after reaction in a certain concentration of HNO 3 And in the solution, carrying out ultrasonic cleaning to remove Ag particles, and finally obtaining the black silicon material.)
技术领域
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
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。
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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种黑硅材料的制备方法。
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：
步骤1，对P型CZ单晶硅片进行切片、清洗、退火、抛光预处理；
步骤2，对预处理后的单晶硅片去除损伤层和氧化层。
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；
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；
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明制备“黑硅”的流程示意图。
图2为实施例1制备的“黑硅”材料表面SEM图。
具体实施方式
结合图1，本发明制备方法的工艺流程如下：
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。
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。
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。
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。
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。
实施例1
一种抗反射的微纳结构材料的制备方法如下：
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。
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；
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；
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；
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。
对比例1
本对比例只进行到步骤(三)，所得产物的断面图如图2所示。
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。