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用于对 半导体衬底进行表面织构化的设备和方法

阅读：523发布：2024-01-31

专利汇可以提供用于对半导体衬底进行表面织构化的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于对半导体衬底进行表面织构化的设备，包括：第一工艺槽，被构造为容纳第一工艺液体，并且借助第一工艺液体将银颗粒沉积在半导体衬底表面上并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在衬底表面上形成大量的包含银颗粒的孔洞；第二工艺槽，被构造为容纳第二工艺液体并且在存在银颗粒时借助第二工艺液体对孔洞进行碱性刻蚀，以形成倒金字塔型织构化的表面结构；清洁装置，被构造为借助清洁液体对倒金字塔型织构化的表面结构实施清洁以去除银颗粒。本发明还涉及一种根据本发明的对半导体衬底进行表面织构化的方法。根据本发明能够以简单有效的方式获得了倒金字塔型织构化表面，以便制造带有极低反射损失和高效率的太阳能电池。，下面是用于对半导体衬底进行表面织构化的设备和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于对半导体衬底(3)进行表面织构化的设备(1)，所述设备(1)包括：
-第一工艺槽(11)，被构造为容纳第一工艺液体，并且被构造为借助所述第一工艺液体将银颗粒沉积在所述半导体衬底(3)的表面上并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在半导体衬底(3)的表面上形成大量的孔洞，所述孔洞中包含所述银颗粒，
-第二工艺槽(12)，被构造为容纳第二工艺液体，并且被构造为在存在所述银颗粒的情况下借助所述第二工艺液体对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底(3)的倒金字塔型织构化的表面结构，
-清洁装置(13)，被构造为借助清洁液体对所述倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除所述银颗粒。
2.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述第一工艺液体包含氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和硝酸银(AgNO3)；优选地，所述第一工艺液体包含10重量％至25重量％、尤其是12重量％至20重量％的氢氟酸、12重量％至25重量％、尤其是15重量％至22重量％的硝酸和
0.0001重量％至0.05重量％、尤其是0.001重量％至0.015重量％的硝酸银；优选地，所述第一工艺液体包含少于5重量％、尤其少于1重量％、并且尤其为0重量％的过氧化氢；优选地，所述第一工艺液体具有温度T1，其中：6℃≤T1≤40℃、尤其是8℃≤T1≤30℃；优选地，所述孔洞具有50nm至300nm之间、尤其100nm至200nm之间的最大尺寸。
3.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)被构造为使半导体衬底(3)在第一工艺液体中停留0.5-4分钟。
4.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述半导体衬底(3)带有被锯割形成的表面结构，所述第一工艺槽(11)被构造为另外还借助所述第一工艺液体去除所述被锯割形成的表面结构，优选地去除0.5至4.0μm/面的被锯割形成的表面结构。
5.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述第二工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)；优选地，所述第二工艺液体包含0.01重量％至4重量％、尤其是0.05重量％至1.5重量％的氢氧化钾或0.01重量％至3重量％、尤其是0.025重量％至1.5重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.2重量％至2.5重量％的表面润湿剂；优选地，所述第二工艺液体具有温度T2，其中：50℃≤T2≤100℃、尤其是55℃≤T2≤95℃；优选地，所述倒金字塔型织构化的表面结构通过第一构造元件构成，其中至少70％的第一构造元件具有50nm至600nm之间、尤其
150nm至400nm之间的最大尺寸。
6.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)被构造为使半导体衬底(3)在第二工艺液体中停留0.2-2分钟。
7.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述清洁液体包含硝酸、尤其是10重量％至70重量％、尤其是20重量％至70重量％的硝酸；优选地，所述清洁液体具有温度TR，其中：20℃≤TR≤65℃、尤其是23℃≤TR≤60℃。
8.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)被构造为使半导体衬底(3)在清洁液体中停留0.5-3分钟。
9.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述清洁装置(13)具有带有清洁液体的清洁槽，其中所述清洁装置(13)具有多个先后布置的喷淋单元用于向所述预织构化的表面结构上喷淋清洁液体，所述多个先后布置的喷淋单元尤其分别布置在清洁槽内部和/或上方。
10.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)还包括至少一个直接设置在第一工艺槽(11)、第二工艺槽(12)和/或清洁装置(13)之后的冲洗装置，被构造为用冲洗液体对从第一工艺槽(11)、第二工艺槽(12)和/或清洁装置(13)中输出的半导体衬底(3)进行冲洗；其中所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水；优选地，所述冲洗装置为喷淋式装置或浸没式装置。
11.按照权利要求10所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)还包括依次设在清洁装置(13)的冲洗装置之后的酸浴槽(15)、冲洗装置和干燥装置(D)，所述酸浴槽(15)被构造为用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从清洁装置(13)输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底(3)进行后处理，所述冲洗装置被构造为用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底(3)进行冲洗，所述干燥装置(D)被构造为对所述半导体衬底(3)进行干燥。
12.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第三工艺槽(14)，被构造为容纳第三工艺液体，并且被构造为在不存在所述银颗粒的情况下借助所述第三工艺液体对经清洁的倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。
13.按照权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述第三工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)，优选地，所述第三工艺液体包含0.1重量％至4重量％、尤其是0.5重量％至3.5重量％的氢氧化钾或0.05重量％至3重量％、尤其是0.25重量％至2重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.3重量％至3.5重量％的表面润湿剂；优选地，所述第三工艺液体具有温度T3，其中：50℃≤T3≤100℃、尤其是65℃≤T3≤95℃；优选地，放大的倒金字塔型织构化的表面结构通过第二构造元件构成，其中至少70％的第二构造元件具有250nm至1200nm之间、尤其
400nm至1000nm之间的最大尺寸。
14.按照权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)被构造为使半导体衬底(3)在第三工艺液体中停留1-5分钟。
15.按照权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)还包括直接设置在第三工艺槽(14)之后的冲洗装置，所述冲洗装置被构造为用冲洗液体对从第三工艺槽(14)中输出的半导体衬底(3)进行冲洗；优选地，所述冲洗液体为水，尤其是去离子水。
16.按照权利要求15所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)还包括依次设在第三工艺槽(14)的冲洗装置之后的酸浴槽(15)、冲洗装置和干燥装置(D)，所述酸浴槽(15)被构造为用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从第三工艺槽(14)输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底(3)进行后处理，所述冲洗装置被构造为用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底(3)进行冲洗，所述干燥装置(D)被构造为对所述半导体衬底(3)进行干燥。
17.按照权利要求1至16之一所述的设备(1)，其特征在于，该设备(1)为链式设备，其中设有用于连续地输送半导体衬底(3)的输送装置。
18.按照权利要求17所述的设备(1)，其特征在于，所述链式设备还包括沿所述半导体衬底(3)的输送方向直接地设在所述清洁装置(13)的冲洗装置之后或直接地设在所述清洁装置(13)之后的机械式转送单元(C)，所述机械式转送单元(C)被构造为将借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底(3)以湿态直接向用于后处理的另一链式设备(2)转送。
19.按照权利要求17所述的设备(1)，其特征在于，所述链式设备还包括沿所述半导体衬底(3)的输送方向直接地设在所述第三工艺槽(14)的冲洗装置之后或者直接地设在所述第三工艺槽(14)之后的机械式转送单元(C)，所述机械式转送单元(C)被构造为将借助所述第三工艺液体进行进一步碱性刻蚀之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底(3)以湿态直接向用于后处理的另一链式设备(2)转送。
20.按照权利要求1至16之一所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)为分批式设备，其中设有用于分批地承载并输送半导体衬底(3)的托架。
21.按照权利要求20所述的设备(1)，其特征在于，所述分批式设备被构造为利用所述托架(7)将借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底(3)以湿态直接向用于后处理的另一分批式设备(2)转送。
22.按照权利要求20所述的设备(1)，其特征在于，所述分批式设备还包括设置在所述清洁装置(13)的冲洗装置之后的干燥装置(D)，所述干燥装置(D)被构造为对从所述清洁装置(13)输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底(3)进行充分干燥，使得经干燥的多个半导体衬底(3)在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。
23.按照权利要求1至22之一所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)用于对单晶半导体衬底(3)、尤其是单晶硅衬底进行表面织构化。
24.一种用于对半导体衬底(3)进行表面织构化的方法，其包括方法步骤：
-借助第一工艺液体将银颗粒沉积在所述半导体衬底(3)的表面上并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在所述半导体衬底(3)的表面上形成大量的孔洞，所述孔洞中包含所述银颗粒，
-借助第二工艺液体在所述银颗粒存在的情况下对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底(3)的倒金字塔型织构化的表面结构，和
-借助清洁液体对所述倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除所述银颗粒。
25.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述孔洞具有50nm至300nm之间、尤其
100nm至200nm之间的最大尺寸。
26.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一工艺液体包含氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和硝酸银(AgNO3)；优选地，所述第一工艺液体包含10重量％至25重量％、尤其是
12重量％至20重量％的氢氟酸，12重量％至25重量％、尤其是15重量％至22重量％的硝酸和0.0001重量％至0.05重量％、尤其是0.001重量％至0.015重量％的硝酸银；优选地，所述第一工艺液体包含少于5重量％、尤其少于1重量％、并且尤其为0重量％的过氧化氢；优选地，所述第一工艺液体具有温度T1，其中：6℃≤T1≤40℃、尤其是8℃≤T1≤30℃。
27.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，使半导体衬底(3)在第一工艺液体中停留0.5-4分钟。
28.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底(3)带有被锯割形成的表面结构，借助所述第一工艺液体同时去除所述被锯割形成的表面结构，优选地去除0.5-4μm/面的被锯割形成的表面结构。
29.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述倒金字塔型织构化的表面结构通过第一构造元件构成，其中至少70％的第一构造元件具有50nm至600nm之间、尤其150nm至
400nm之间的最大尺寸。
30.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第二工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)；优选地，所述第二工艺液体包含0.01重量％至4重量％、尤其是0.05重量％至1.5重量％的氢氧化钾或0.01重量％至3重量％、尤其是0.025重量％至1.5重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.2重量％至2.5重量％的表面润湿剂；优选地，所述第二工艺液体具有温度T2，其中：50℃≤T2≤100℃、尤其是55℃≤T2≤95℃。
31.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，使半导体衬底(3)在第二工艺液体中停留0.2-2分钟。
32.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述清洁液体包含硝酸、尤其20重量％至65重量％的硝酸；优选地，所述清洁液体尤其具有温度TR，其中：20℃≤TR≤65℃,尤其是
23℃≤TR≤60℃。
33.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，使半导体衬底(3)在清洁液体中停留
0.5-3分钟。
34.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用冲洗液体对从第一工艺液体、第二工艺液体和/或清洁液体中输出的半导体衬底(3)进行冲洗；其中所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水；优选地，所述冲洗为喷淋式或浸没式冲洗。
35.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还依次包括用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从清洁液体中输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底(3)进行后处理，用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底(3)进行冲洗和对所述半导体衬底(3)进行干燥。
36.按照权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在不存在所述银颗粒的情况下，借助第三工艺液体对经清洁的所述倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。
37.按照权利要求36所述的方法，其特征在于，放大的倒金字塔型织构化的表面结构通过第二构造元件构成，其中至少70％的第二构造元件具有250nm至1200nm之间、尤其400nm至1000nm之间的最大尺寸。
38.按照权利要求36所述的方法，其特征在于，所述第三工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)，优选地，所述第三工艺液体包含0.1重量％至4重量％、尤其是0.5重量％至3.5重量％的氢氧化钾或0.05重量％至3重量％、尤其是0.25重量％至2重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.3重量％至3.5重量％的表面润湿剂；优选地，所述第三工艺液体具有温度T3，其中：50℃≤T3≤100℃、尤其是65℃≤T3≤95℃。
39.按照权利要求36所述的方法，其特征在于，使半导体衬底(3)在第三工艺液体中停留1-5分钟。
40.按照权利要求36所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用冲洗液体对从第三工艺液体中输出的半导体衬底(3)进行冲洗；优选地，所述冲洗液体为水，尤其是去离子水。
41.按照权利要求40所述的方法，其特征在于，所述方法还依次包括：用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从第三工艺液体中输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底(3)进行后处理，用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底(3)进行冲洗，和对所述半导体衬底(3)进行干燥。
42.按照权利要求24至41之一所述的方法，其特征在于，所述方法步骤在链式设备中实施，并且所述半导体衬底(3)被连续地输送。
43.按照权利要求42所述的方法，其特征在于，将在所述链式设备中借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底(3)以湿态直接向用于后处理的另一链式设备转送。
44.按照权利要求42所述的方法，其特征在于，将在所述链式设备中借助所述第三工艺液体进行进一步碱性刻蚀之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底(3)以湿态直接向用于后处理的另一链式设备转送。
45.按照权利要求24至41之一所述的方法，其特征在于，所述方法步骤在分批式设备中实施，并且所述半导体衬底(3)被分批地输送。
46.按照权利要求45所述的方法，其特征在于，将在所述分批式设备中借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底(3)以湿态直接向用于后处理的另一分批式设备转送。
47.按照权利要求45所述的方法，其特征在于，对从所述清洁液体中输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底(3)进行充分干燥，使得经干燥的多个半导体衬底(3)在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。
48.按照权利要求24至47之一所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底(3)为单晶半导体衬底(3)，尤其是单晶硅衬底。

说明书全文

用于对半导体衬底进行表面织构化的设备和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于对半导体衬底进行表面织构化的设备，还涉及一种对半导体衬底进行表面织构化的方法。

背景技术

[0002] 太阳能电池的效率取决于反射损失。为了使反射损失最小化和优化效率，制造带有织构化的表面结构的半导体衬底。若这种半导体衬底或者说硅衬底通过特别有效的方法处理，则其例如被称为“黑硅”。为了特别有效地实现黑硅织构化或黑硅制绒，已知采用例如金属催化剂化学刻蚀法(metal catalyst chemical etching，英语缩写：MCCE)。

[0003] 现有技术中已知的单晶硅片织构化工艺例如是通过碱性溶液(KOH,NaOH)和异丙醇或添加剂产生随机排布的正金字塔型表面结构。在此通常需要较长的工艺时间，例如，对于添加剂而言需要大于15分钟的工艺时间，对于异丙醇而言需要大于30分钟的工艺时间，因此所述单晶织构化方法通常在分批式设备中进行。所制备的金字塔尺寸通常可以在小于1μm至大于5μm的宽范围内变化，目前通常约为1μm。另外，这些已知工艺通常相当昂贵，其成本主要由添加剂的成本造成。

[0004] 因此，需要寻求一种替代方案，该替代方案能够降低制造成本，提供具有更高通量的设备，例如大于8000片/小时，由此减小设备尺寸(相对于硅片/小时/设备面积)，另外还能够尤其为薄的半导体衬底提供更高的性能，即降低正面反射率和增加光捕捉。

[0005] 已知可采用倒金字塔型表面结构来替代随机排布的正金字塔型表面结构。用于制备倒金字塔型表面结构的方法例如包括：首先例如通过光刻法形成规则的表面结构，然后进行碱性蚀刻处理，即利用各向异性蚀刻行为来获得倒金字塔型表面结构。还已经证明可通过使用金属Cu的MCCE法在一步工艺中对半导体衬底进行织构化，以制备倒金字塔型表面结构。此外，从CN103456804A中获知一种利用MCCE法在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面纳米织构的方法。

[0006] 与通过标准的碱性单晶织构化制备的随机排布的正金字塔型表面织构相比，倒金字塔型表面织构在反射和光捕捉方面显示出好得多的光学性能。迄今得到的较好的随机排布的倒金字塔型表面织构的结果是通过采用基于Cu的MCCE工艺、使用处于50℃的工艺温度下的HF:H2O2蚀刻溶液获得的。该工艺的主要缺陷在于：工艺时间约15分钟；使用处于50℃的H2O2蚀刻溶液会伴随着加速的和不受控制的H2O2挥发，因此在工业应用中难以保证稳定的织构化工艺；另外基于Cu的MCCE蚀刻溶液由于Cu污染的风险而在光伏产品制造中的接受程度受限。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题在于，克服以上现有技术的缺陷，提供一种改进的对半导体衬底进行表面织构化的设备以及一种改进的对半导体衬底进行表面织构化的方法，其能够以简单有效的方式获得半导体衬底的倒金字塔型织构化表面结构，以便制造带有极低反射损失和高效率的太阳能电池。

[0008] 上述通过按照本发明的设备解决，即一种用于对半导体衬底进行表面织构化的设备，所述设备包括：第一工艺槽，被构造为容纳第一工艺液体，并且被构造为借助所述第一工艺液体将银颗粒沉积在所述半导体衬底的表面上并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在半导体衬底的表面上形成大量的孔洞，所述孔洞中包含所述银颗粒；第二工艺槽，被构造为容纳第二工艺液体，并且被构造为在存在所述银颗粒的情况下借助所述第二工艺液体对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底的倒金字塔型织构化的表面结构；清洁装置，被构造为借助清洁液体对所述倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除所述银颗粒。

[0009] 发明人惊讶地发现，在银颗粒存在于半导体衬底表面、确切地说存在于半导体衬底表面的孔洞内或中的情况下对半导体衬底进行碱性刻蚀或碱性织构化时，所获得的织构化表面结构并非是在类似条件下通常形成的随机排布的正金字塔型织构化表面结构，而是随机排布的倒金字塔型织构化表面结构。也就是说，在碱性刻蚀或碱性织构化期间，银颗粒的存在对于获得倒金字塔型织构化表面结构来说是必不可少的。

[0010] 优选地，根据本发明的设备还包括第三工艺槽，被构造为容纳第三工艺液体，并且被构造为在不存在所述银颗粒的情况下借助所述第三工艺液体对经清洁的倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。在此过程中能够使得倒金字塔型织构化的表面结构进一步增大尺寸。

[0011] 术语“第一”工艺槽、“第二”工艺槽和“第三”工艺槽仅用于区别工艺槽，此外不作限定性理解。尤其可以在工艺槽之前、之间和/或之后布置其他的槽、例如清洁槽和/或冲洗槽。相应地，术语“第一”工艺液体、“第二”工艺液体和“第三”工艺液体仅用于区别工艺液体，此外不作限定性理解。

[0012] 在第一工艺槽中，借助所述第一工艺液体将银颗粒沉积在所述半导体衬底的表面上并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在半导体衬底的表面上形成大量的孔洞，所述孔洞中包含所述银颗粒。优选地，所述孔洞具有50nm至300nm之间、尤其100nm至200nm之间的最大尺寸。有利地，银颗粒沉积和钻孔(即蚀刻孔洞过程)在同一个工艺步骤中实现，并且银颗粒在半导体衬底上的沉积大幅提高了蚀刻速率。在该工艺步骤中，半导体衬底的表面保持亲水性，因此容易被第一工艺液体润湿。

[0013] 当所述半导体衬底带有例如被锯割形成的表面结构时，所述第一工艺槽被构造为另外还借助所述第一工艺液体去除所述被锯割形成的表面结构，优选地去除0.5至4.0μm/面的被锯割形成的表面结构。按照本发明可知，如果第一工艺槽包含这样的第一工艺液体，第一工艺液体既适于去除例如被锯割形成的表面结构，也适于在半导体衬底上沉积银颗粒并通过金属催化剂化学刻蚀产生大量的孔洞，则能够更简单且更有效地实现具有较低反射损失和高效率的织构化的表面构造。因而通过第一工艺液体去除锯损伤或者说被锯割形成的表面结构，并且在半导体衬底上沉积银颗粒和通过金属催化剂化学刻蚀钻出大量的孔洞。这尤其仅在第一工艺槽中或者说仅通过第一工艺液体、即在唯一的工艺池或者说工艺步骤中进行。借助第一工艺液体尤其去除由于金刚石线锯工艺(英语：DWS，即Diamond Wire Saw)造成的被锯割形成的表面结构或者说通过锯割而受损的表面结构。

[0014] 优选地，所述第一工艺液体包含氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和硝酸银(AgNO3)。即所述第一工艺液体尤其是水溶液，其包含氢氟酸、硝酸和银离子。所述水溶液尤其具有蒸馏水作为基质。在第一工艺液体中优选包含呈水合银离子形式的银离子，其中，银以硝酸银的形式加入水溶液。银在第一工艺液体中作为催化剂起作用并且局部地加速湿法化学刻蚀。以此在半导体衬底的表面上在存在银金属颗粒的区域中构成刻蚀坑或者说刻蚀孔洞。优选地，所述第一工艺液体包含10重量％至25重量％、尤其是12重量％至20重量％的氢氟酸、12重量％至25重量％、尤其是15重量％至22重量％的硝酸和0.0001重量％至0.05重量％、尤其是0.001重量％至0.015重量％的硝酸银。

[0015] 优选地，所述第一工艺液体包含少于5重量％、尤其少于1重量％、并且尤其为0重量％的过氧化氢。过氧化氢影响期望的金属催化剂化学刻蚀。所述第一工艺液体优选不含过氧化氢。以此优化工艺持续时间和工艺稳定性，并且简化所述设备的结构，因为对于所述设备的运行需要例如更少的工艺化学制剂。

[0016] 优选地，所述第一工艺液体具有温度T1，其中：6℃≤T1≤40℃、尤其是8℃≤T1≤30℃。通过所述温度T1能够实现期望的金属沉积和金属催化剂化学刻蚀以及使工艺时间最优化。

[0017] 优选地，所述设备被构造为使半导体衬底在第一工艺液体中停留0.5-4分钟。通过所述设置能够实现期望的金属沉积和金属催化剂化学刻蚀。

[0018] 在第二工艺槽中，在存在所述银颗粒的情况下借助所述第二工艺液体对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底的倒金字塔型织构化的表面结构。在碱性条件下，所述孔洞遭受各向异性刻蚀从而形成倒金字塔型表面结构，其中银颗粒应充当该各向异性刻蚀过程中的催化剂，因此在银颗粒附近观察到了更高的蚀刻速率。在倒金字塔结构的成长期间，这些倒金字塔结构可以是互连的或者说融合在一起。优选地，所述倒金字塔型织构化的表面结构通过第一构造元件构成，其中至少70％的第一构造元件具有50nm至600nm之间、尤其150nm至400nm之间的最大尺寸。优选至少80％、尤其至少90％的第一构造元件具有所述最大尺寸。所述最大尺寸尤其是平行于衬底平面的最大的宽度和/或垂直于衬底平面的最大的长度。

[0019] 优选地，所述第二工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)。所述表面润湿剂可以是各种用于改善表面润湿性的表面活性剂溶液，例如可商购自：常州时创能源科技有限公司，型号为TS 4、TS 5；ICB有限公司，型号为CellTex；GP solar公司，型号为Alka-Tex和Alka-Tex.2+。优选地，所述第二工艺液体包含0.01重量％至4重量％、尤其是0.05重量％至1.5重量％的氢氧化钾或0.01重量％至3重量％、尤其是0.025重量％至1.5重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.2重量％至2.5重量％的表面润湿剂。

[0020] 优选地，所述第二工艺液体具有温度T2，其中：50℃≤T2≤100℃、尤其是55℃≤T2≤95℃。所述温度T2能够实现期望的用于预织构化的碱性刻蚀以及使工艺时间最优化。

[0021] 优选地，所述设备被构造为使半导体衬底在第二工艺液体中停留0.2-2分钟。通过所述设置能够实现期望的用于预织构化的碱性刻蚀。

[0022] 接着在清洁装置中，借助清洁液体有效地和可靠地对倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除位于所述刻蚀孔洞或衬底表面中的银颗粒以及银离子，以便一方面终止所述碱性刻蚀并且不再继续进行预织构化，另一方面避免留存的银离子引起的由该半导体衬底制成的太阳能电池的效率降低。

[0023] 优选地，清洁液体是包含硝酸的水溶液。所述水溶液优选具有蒸馏水作为基质。优选地，所述清洁液体包含硝酸、尤其是10重量％至70重量％、尤其是20重量％至70重量％的硝酸。优选地，所述清洁液体具有温度TR，其中：20℃≤TR≤65℃、尤其是23℃≤TR≤60℃。优选地，所述设备被构造为使半导体衬底在清洁液体中停留0.5-3分钟。通过所述设置能够简单有效地去除银颗粒和银离子。

[0024] 优选地，所述清洁装置具有带有清洁液体的清洁槽，其中当所述设备是链式设备时，所述清洁装置具有多个先后布置的喷淋单元用于向所述织构化的表面结构上喷淋清洁液体，所述多个先后布置的喷淋单元尤其分别布置在清洁槽内部和/或上方。通过所述设置能够尤其简单有效地去除银颗粒和银离子。

[0025] 优选地，所述设备还包括至少一个直接设置在第一工艺槽、第二工艺槽和/或清洁装置之后的冲洗装置，被构造为用冲洗液体对从第一工艺槽、第二工艺槽和/或清洁装置中输出的半导体衬底进行冲洗。所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水。所述冲洗装置可以是喷淋式装置或浸没式装置。优选地，在喷淋式装置的情况下，所述冲洗装置包括至少一个用于向所述半导体衬底上喷淋冲洗液体的喷淋单元，所述至少一个喷淋单元尤其布置在至少一个冲洗槽内部和/或上方。在浸没式装置的情况下，冲洗液体被设置为例如通过循环泵或压缩干空气气泡进行循环。

[0026] 优选地，所述设备还包括依次设在清洁装置的冲洗装置之后的酸浴槽、冲洗装置和干燥装置，所述酸浴槽被构造为用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从清洁装置输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底进行后处理，所述冲洗装置被构造为用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底进行冲洗，所述干燥装置被构造为对所述半导体衬底进行干燥。

[0027] 在第三工艺槽中，在不存在所述银颗粒的情况下借助第三工艺液体对经清洁的倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。优选地，放大的倒金字塔型织构化的表面结构通过第二构造元件构成，其中至少70％的第二构造元件具有250nm至1200

[0028] nm之间、尤其400nm至1000nm之间的最大尺寸。优选至少80％、尤其至少90％的第一构造元件具有所述最大尺寸。所述最大尺寸尤其是平行于衬底平面的最大的宽度和/或垂直于衬底平面的最大的长度。由此确保了带有极低反射损失的织构化的表面结构。

[0029] 优选地，所述第三工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)，所述表面润湿剂可以是各种用于改善表面润湿性的表面活性剂溶液，例如可商购自：常州时创能源科技有限公司，型号为TS 4、TS 5；ICB有限公司，型号为CellTex；GP solar公司，型号为Alka-Tex和Alka-Tex.2+。优选地，所述第三工艺液体包含0.1重量％至4重量％、尤其是0.5重量％至3.5重量％的氢氧化钾或0.05重量％至3重量％、尤其是0.25重量％至2重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.3重量％至3.5重量％的表面润湿剂。优选地，所述第三工艺液体具有温度T3，其中：50℃≤T3≤100℃、尤其是65℃≤T3≤95℃。优选地，所述设备被构造为使半导体衬底在第三工艺液体中停留1-5分钟。通过上述设置能够简单有效地增大倒金字塔型表面结构的尺寸，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。

[0030] 在本发明的另一实施方式中，所述设备还包括直接设置在第三工艺槽之后的冲洗装置，所述冲洗装置被构造为用冲洗液体对从第三工艺槽中输出的半导体衬底进行冲洗；优选地，所述冲洗液体为水，尤其是去离子水。

[0031] 在本发明的另一实施方式中，所述设备还包括依次设在第三工艺槽的冲洗装置之后的酸浴槽、冲洗装置和干燥装置，所述酸浴槽被构造为用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从第三工艺槽输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底进行后处理，所述冲洗装置被构造为用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底进行冲洗，所述干燥装置被构造为对所述半导体衬底进行干燥。

[0032] 在本发明的一种实施方式中，所述设备可以是链式设备，其中设有用于连续地输送半导体衬底的输送装置。以此可以以简单和有效的方式产生大量具有期望的织构化的表面结构的半导体衬底。所述设备优选地具有至少一个用于沿输送方向连续地输送半导体衬底的输送装置。所述至少一个输送装置至少从所述第一工艺槽延伸直至第二工艺槽，优选地从所述第一工艺槽延伸直至布置在所述第二工艺槽之后的清洁装置，并且尤其从所述第一工艺槽延伸直至所述第三工艺槽。所述至少一个输送装置可以实现半导体衬底沿输送方向连续的水平的输送。在第一实施例中，所述设备具有一个输送装置，输送装置把半导体衬底连续地并且水平地从所述第一工艺槽输送直至所述第三工艺槽。在第二实施例中，所述设备具有两个输送装置，其中，第一输送装置把半导体衬底连续地并且水平地从所述第一工艺槽输送直至布置在所述第二工艺槽之后的清洁装置，并且第二输送装置把半导体衬底连续地并且水平地从所述清洁装置输送直至所述第三工艺槽。在第一和第二输送装置之间，半导体衬底例如手动地或者借助搬运装置输送。

[0033] 优选地，所述链式设备还包括沿所述半导体衬底的输送方向直接地设在所述清洁装置的冲洗装置之后或直接地设在所述清洁装置之后的机械式转送单元，所述机械式转送单元被构造为将借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底以湿态直接向用于后处理的另一链式设备转送。

[0034] 优选地，所述链式设备还包括沿所述半导体衬底的输送方向直接地设在所述第三工艺槽后的冲洗装置之后或者直接地设在所述第三工艺槽之后的机械式转送单元，所述机械式转送单元被构造为将借助所述第三工艺液体进行进一步碱性刻蚀之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底以湿态直接向用于后处理的另一链式设备转送。

[0035] 现有的用于后处理的链式设备中可包括后处理槽，例如酸浴槽(HF和HCl)。现有的用于后处理的链式设备中的处理工艺例如可依次包括：输入，去离子水喷淋冲洗，酸浴，去离子水喷淋冲洗，干燥和输出。在后处理槽中通过后处理液体的后续的后处理仅用于清洁所获得的倒金字塔型织构化的表面，在此期间不去除硅。通过所述机械式转送单元能够将经所述清洁装置清洁的半导体衬底以湿态转送给现有设备中的后处理槽，从而使根据本发明的设备与现有设备整合成一套设备，即无需在原本分开的两套设备之间进行半导体衬底的传统卸载和装载。另外，经所述清洁装置清洁的半导体衬底不经干燥，而是以湿态在原本分开的两套设备之间输送。

[0036] 在本发明的一种实施方式中，所述设备为分批式设备，其中设有用于分批地承载并输送半导体衬底的托架。在此，上述所有工艺槽、清洁装置和冲洗装置均可被构造为浸没式装置，其中所有工艺液体、清洁液体和冲洗液体可被设置为例如通过循环泵或压缩干空气气泡进行循环。在一种实施方式中，所述分批式设备被构造为利用所述托架将借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底以湿态直接向用于后处理的另一分批式设备转送。在一种实施方式中，所述分批式设备还包括设置在所述清洁装置的冲洗装置之后的干燥装置，所述干燥装置被构造为对从所述清洁装置输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底进行充分干燥，使得经干燥的多个半导体衬底在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。这些堆叠在一起的半导体衬底可便于手动地或利用搬运工具运送至现有的用于后处理的设备所在位置或地点以进行处理，例如依次包括输入，去离子水喷淋冲洗，酸浴，去离子水喷淋冲洗，干燥和输出。

[0037] 在本发明的优选实施方式中，所述设备用于对多晶和单晶半导体衬底、尤其是单晶半导体衬底、更尤其是单晶硅衬底进行表面织构化。

[0038] 另一方面，本发明提供了一种用于对半导体衬底进行表面织构化的方法，其包括方法步骤：借助第一工艺液体将银颗粒沉积在所述半导体衬底的表面上并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在所述半导体衬底的表面上形成大量的孔洞，所述孔洞中包含所述银颗粒；借助第二工艺液体在所述银颗粒存在的情况下对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底的倒金字塔型织构化的表面结构；借助清洁液体对所述倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除所述银颗粒。按照本发明的方法的优点与按照本发明的设备的上述优点相对应。按照本发明的方法尤其也可以通过按照本发明的设备的至少一个特征改进。

[0039] 优选地，根据本发明的方法还包括，在不存在所述银颗粒的情况下，借助第三工艺液体对经清洁的所述倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。

[0040] 所述第一工艺液体包含氢氟酸、硝酸和银离子。优选地，所述第一工艺液体包含10重量％至25重量％、尤其是12重量％至20重量％的氢氟酸，12重量％至25重量％、尤其是15重量％至22重量％的硝酸和0.0001重量％至0.05重量％、尤其是0.001重量％至0.015重量％的硝酸银。优选地，所述第一工艺液体包含少于5重量％、尤其少于1重量％、并且尤其为0重量％的过氧化氢(H2O2)。优选地，所述第一工艺液体具有温度T1，其中：6℃≤T1≤40℃、尤其是8℃≤T1≤30℃。优选地，使半导体衬底在第一工艺液体中停留0.5-4分钟。其中优选地，借助第一工艺液体形成的孔洞具有50nm至300nm之间、尤其100nm至200nm之间的最大尺寸。在某些实施方式中，所述半导体衬底带有被锯割形成的表面结构，借助所述第一工艺液体同时去除所述被锯割形成的表面结构，优选地去除0.5-4.0μm/面的被锯割形成的表面结构。

[0041] 优选地，所述第二工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)。所述表面润湿剂可以是各种用于改善表面润湿性的表面活性剂溶液，例如可商购自：常州时创能源科技有限公司，型号为TS 4、TS 5；ICB有限公司，型号为CellTex；GP solar公司，型号为Alka-Tex和Alka-Tex.2+。优选地，所述第二工艺液体包含0.01重量％至4重量％、尤其是0.05重量％至1.5重量％的氢氧化钾或0.01重量％至3重量％、尤其是0.025重量％至1.5重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.2重量％至2.5重量％的表面润湿剂。优选地，所述第二工艺液体具有温度T2，其中：50℃≤T2≤100℃、尤其是55℃≤T2≤95℃。使半导体衬底在第二工艺液体中停留0.2-2分钟。由此确保了有效地形成了倒金字塔型织构化的表面结构。优选地，所述倒金字塔型织构化的表面结构通过第一构造元件构成，其中至少70％的第一构造元件具有50nm至
600nm之间、尤其150nm至400nm之间的最大尺寸。优选至少80％、尤其至少90％的第一构造元件具有所述最大尺寸。所述最大尺寸尤其是平行于衬底平面的最大的宽度和/或垂直于衬底平面的最大的长度。

[0042] 优选地，所述清洁液体包含硝酸、尤其20重量％至65重量％的硝酸。优选地，所述清洁液体尤其具有温度TR，其中：20℃≤TR≤65℃,尤其是23℃≤TR≤60℃。优选地，使半导体衬底在清洁液体中停留0.5-3分钟。由此确保了高效去除银颗粒和银离子。

[0043] 优选地，所述方法还包括用冲洗液体对从第一工艺液体、第二工艺液体和/或清洁液体中输出的半导体衬底进行冲洗；其中所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水；优选地，所述冲洗为喷淋式或浸没式冲洗。

[0044] 优选地，所述方法还依次包括用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从清洁液体中输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底进行后处理，用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底进行冲洗和对所述半导体衬底进行干燥。

[0045] 优选地，所述方法还包括，在不存在所述银颗粒的情况下，借助第三工艺液体对经清洁的所述倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。优选地，放大的倒金字塔型织构化的表面结构通过第二构造元件构成，其中至少70％的第二构造元件具有250nm至1200nm之间、尤其400nm至1000nm之间的最大尺寸。优选地，所述第三工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)，所述表面润湿剂可以是各种用于改善表面润湿性的表面活性剂溶液，例如可商购自：常州时创能源科技有限公司，型号为TS 4、TS 5；ICB有限公司，型号为CellTex；GP solar公司，型号为Alka-Tex和Alka-Tex.2+。优选地，所述第三工艺液体包含0.1重量％至4重量％、尤其是0.5重量％至3.5重量％的氢氧化钾或0.05重量％至3重量％、尤其是0.25重量％至2重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.3重量％至3.5重量％的表面润湿剂；优选地，所述第三工艺液体具有温度T3，其中：50℃≤T3≤100℃、尤其是65℃≤T3≤95℃。优选地，使半导体衬底在第三工艺液体中停留1-5分钟。优选地，所述方法还包括用冲洗液体对从第三工艺液体中输出的半导体衬底进行冲洗；优选地，所述冲洗液体为水，尤其是去离子水。优选地，所述方法还依次包括：用优选地由氢氟酸和盐酸组成的水溶液对从第三工艺液体中输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底进行后处理，用冲洗液体对经所述后处理的半导体衬底进行冲洗，和对所述半导体衬底进行干燥。

[0046] 优选地，所述方法步骤在链式设备中实施，并且所述半导体衬底被连续地输送。在一种实施方式中，将在所述链式设备中借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底以湿态直接向用于后处理的另一链式设备转送。在另一实施方式中，将在所述链式设备中借助所述第三工艺液体进行进一步碱性刻蚀之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底以湿态直接向用于后处理的另一链式设备转送。

[0047] 在另一实施方式中，所述方法步骤在分批式设备中实施，并且所述半导体衬底被分批地输送。在另一实施方式中，将在所述分批式设备中借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗或未经冲洗的半导体衬底以湿态直接向用于后处理的另一分批式设备转送。在另一实施方式中，对从所述清洁液体中输出的并且随后用冲洗液体冲洗的半导体衬底进行充分干燥，使得经干燥的多个半导体衬底在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。

[0048] 优选地，所述半导体衬底为单晶半导体衬底，尤其是单晶硅衬底。

[0049] 相较于现有技术，本发明的设备和方法的优点包括：

[0050] -采用基于Ag的MCCE工艺，没有Cu污染的风险；

[0051] -使用不含H2O2的蚀刻溶液HF/HNO3，该蚀刻溶液的使用是在工业应用中众所周知的稳定的工艺；

[0052] -总蚀刻时长可少于5分钟，既适用于链式的又适用于分批式的高通量设备；

[0053] -工艺温度不超过70℃，减少了对硬件的应力，改善了工艺控制；

[0054] -通过工艺配方来调节金字塔尺寸和深度，从而导致不同的反射率和光捕捉行为，因此非常适用于不同的太阳能电池结构。

[0055] 不言而喻的是，之前提到的和之后还将阐述的特征不只可以在给出的组合中、而且也可以在其它组合中使用，只有不背离包含在权利要求书的保护范围中的本发明范围即可。

[0056] 根据以下实施例和附图阐述本发明的优点。实施例是优选的实施形式，然而本发明不以任何方式局限于此。此外，为了更好地理解，附图中的视图强烈地示意化并且可能不表现实际情况。在附图中示出的比例可能不与现实中的比例一致并且只用于更好地直观性。

附图说明

[0057] 图1以链式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底进行表面织构化的设备的一种实施方式；

[0058] 图2以链式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底进行表面织构化的设备的另一种实施方式；

[0059] 图3以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底进行表面织构化的设备的一种实施方式；

[0060] 图4以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底进行表面织构化的设备的一种实施方式；

[0061] 图5以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底进行表面织构化的设备的一种实施方式；

[0062] 图6以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底进行表面织构化的设备的另一种实施方式；

[0063] 图7示出了在根据本发明的设备中制备的半导体衬底织构化表面结构的扫描电子显微镜照片；

[0064] 图8示出了在根据本发明的设备中制备的半导体衬底织构化表面结构的光学反射率随波长的变化曲线；

[0065] 图9示出了根据本发明的对半导体衬底进行表面织构化的方法的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

[0066] 图1以链式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底3进行表面织构化的设备1的一种实施方式。其中用于半导体衬底3的湿法化学处理的链式设备1为沿输送方向输送半导体衬底3具有输送装置4。输送装置4包括多个沿输送方向相继布置的和转动驱动的输送辊子4’。

[0067] 设备1沿输送方向相继具有第一工艺槽11、第一冲洗装置R1、第二工艺槽12、第二冲洗装置R2、清洁装置13、第三冲洗装置R3、第三工艺槽14、第四冲洗装置R4、酸浴槽15、第五冲洗装置R5、干燥装置D。

[0068] 第一工艺槽11被构造为容纳第一工艺液体，并且被构造为借助第一工艺液体去除优选地0.5至4.0μm/面的半导体衬底3的被锯割形成的表面结构S0并同时通过沉积银颗粒和金属催化剂化学刻蚀产生具有包含银颗粒的孔洞的表面结构S1。第一工艺槽11以第一工艺液体填充。第一工艺液体是以蒸馏水为基质的水溶液，并且包含氢氟酸HF、硝酸HNO3和硝酸银AgNO3。所述第一工艺液体包含10重量％至25重量％、尤其是12重量％至20重量％的氢氟酸、12重量％至25重量％、尤其是15重量％至22重量％的硝酸和0.0001重量％至0.05重量％、尤其是0.001重量％至0.015重量％的硝酸银。第一工艺液体例如包含15重量％的氢氟酸HF、20重量％的硝酸HNO3和0.005重量％的硝酸银AgNO3。第一工艺液体不含有过氧化氢H2O2。第一工艺液体具有温度T1，其中：6℃≤T1≤40℃、尤其是8℃≤T1≤30℃。上述数据是重量百分比。

[0069] 第一冲洗装置R1被构造为用冲洗液体对从第一工艺槽11中输出的半导体衬底3进行冲洗。所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水。在此，所述冲洗装置为喷淋式装置，具有多个喷淋单元R1’。

[0070] 第二工艺槽12被构造为容纳第二工艺液体，并且被构造为在所述孔洞内存在所述银颗粒的情况下借助第二工艺液体对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底3的倒金字塔型织构化的表面结构。所述第二工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾KOH和/或氢氧化钠NaOH,所述表面润湿剂可以是各种用于改善表面润湿性的表面活性剂溶液，例如可商购自：常州时创能源科技有限公司，型号为TS 4、TS 5；ICB有限公司，型号为CellTex；GP solar公司，型号为Alka-Tex和Alka-Tex.2+。优选地，所述第二工艺液体包含0.01重量％至4重量％、尤其是0.05重量％至1.5重量％的氢氧化钾或
0.01重量％至3重量％、尤其是0.025重量％至1.5重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至
5重量％、尤其是0.2重量％至2.5重量％的表面润湿剂。优选地，所述第二工艺液体具有温度T2，其中：50℃≤T2≤100℃、尤其是55℃≤T2≤95℃。

[0071] 第二冲洗装置R2被构造为用冲洗液体对从第二工艺槽12中输出的半导体衬底3进行冲洗。所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水。在此，所述冲洗装置为喷淋式装置，具有多个喷淋单元R2’。

[0072] 清洁装置13被构造为借助清洁液体对所述倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除所述银颗粒。所述清洁液体包含硝酸、尤其是10重量％至70重量％、尤其是20重量％至70重量％的硝酸；优选地，所述清洁液体具有温度TR，其中：20℃≤TR≤65℃、尤其是23℃≤TR≤60℃。所述设备1被构造为使半导体衬底3在清洁液体中停留0.5-3分钟。所述清洁装置具有容纳清洁液体的清洁槽和用于向所述预织构化的表面结构上喷淋清洁液体的多个先后布置的喷淋单元，所述多个先后布置的喷淋单元尤其分别布置在清洁槽内部和/或上方。

[0073] 第二冲洗装置R3被构造为用冲洗液体对从清洁装置13中输出的半导体衬底3进行冲洗。所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水。在此，所述冲洗装置为喷淋式装置，具有多个喷淋单元R3’。

[0074] 第三工艺槽14被构造为容纳第三工艺液体，并且被构造为在不存在所述银颗粒的情况下借助所述第三工艺液体对经清洁的倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构。所述第三工艺液体包含碱性液体和表面润湿剂，所述碱性液体尤其包含氢氧化钾KOH和/或氢氧化钠NaOH，所述表面润湿剂可以是各种用于改善表面润湿性的表面活性剂溶液，例如可商购自：常州时创能源科技有限公司，型号为TS 4、TS 5；ICB有限公司，型号为CellTex；GP solar公司，型号为Alka-Tex和Alka-Tex.2+。优选地，所述第三工艺液体包含0.1重量％至4重量％、尤其是0.5重量％至3.5重量％的氢氧化钾或0.05重量％至3重量％、尤其是0.25重量％至2重量％的氢氧化钠并且包含0.1重量％至5重量％、尤其是0.3重量％至3.5重量％的表面润湿剂；优选地，所述第三工艺液体具有温度T3，其中：50℃≤T3≤100℃、尤其是65℃≤T3≤95℃。所述设备被构造为使半导体衬底3在第三工艺液体中停留1-5分钟。

[0075] 第四冲洗装置R4被构造为用冲洗液体对从第三工艺槽14中输出的半导体衬底3进行冲洗。所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水。在此，所述冲洗装置为喷淋式装置，具有多个喷淋单元R4’。

[0076] 酸浴槽15被构造为用含HF和HCl的水溶液对半导体衬底3进行处理。这时要进行干燥的表面结构呈疏水性，这时再进行干燥通常比较容易。第五冲洗装置R5被构造为用冲洗液体对从酸浴槽15中输出的半导体衬底3进行冲洗。所述冲洗液体优选为水，尤其是去离子水。在此，所述冲洗装置为喷淋式装置，具有多个喷淋单元R5’。干燥装置D以本领域常规的方式设置，其中具有干燥空气喷嘴D’。在干燥装置D中干燥后，将半导体衬底3输出。

[0077] 在输入本发明的设备1中之前，半导体衬底3的表面(S0)带有被锯割形成的表面结构。在第一工艺槽11中处理后得到的半导体衬底的表面(S1)具有大量的孔洞，所述孔洞具有50nm至300nm之间、尤其100nm至200nm之间的最大尺寸。在第二工艺槽12中MCCE处理后得到的半导体衬底的表面(S2)具有倒金字塔型织构化的表面结构，其由第一构造元件构成，其中至少70％的第一构造元件具有50nm至600nm之间、尤其150nm至400nm之间的最大尺寸。在清洁装置中进行至少一次清洁后得到的半导体衬底的表面(S3)被去除银颗粒和银离子。
在第三工艺槽中处理后得到的半导体衬底的表面(S4)具有放大的倒金字塔型织构化的表面结构，其通过第二构造元件构成，其中至少70％的第二构造元件具有250nm至1200nm之间、尤其400nm至1000nm之间的最大尺寸。在经过酸浴槽进行处理后，半导体衬底的表面(S5)呈疏水性，易于干燥。

[0078] 图2以链式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底3进行表面织构化的设备1的另一种实施方式。与图1所示的设备1不同的是，图2的设备1在第三工艺槽14及设在其后的第四冲洗装置R4之后设有机械式转送单元C，所述机械式转送单元C被构造为将借助所述清洁液体进行清洁之后的经冲洗的半导体衬底3以湿态直接向用于后处理的另一链式设备2转送。所述用于后处理的另一链式设备2可以是厂商的现有设备，其设有酸浴槽21、冲洗装置22和干燥装置D。

[0079] 图3以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底3进行表面织构化的设备1的一种实施方式；该分批式设备1中设有用于分批地承载并输送半导体衬底3的托架7。多个半导体衬底如单晶硅片被装载在同一个托架7中，该托架7例如由聚合物PVDF、PTFE制成。。将托架7放置在设备1的输入单元5上，所述输入单元5可以具有多个辊子5’。在该分批式设备1中用机器人将衬底托架7(例如包含100个单晶硅片)从输入单元5相继放置到第一工艺槽11、第一冲洗装置R1、第二工艺槽12、第二冲洗装置R2、清洁装置13、第三冲洗装置R3、第三工艺槽14、第四冲洗装置R4、酸浴槽15、第五冲洗装置R5、第六冲洗装置R6、干燥装置D。
其中，所有工艺槽、清洁装置以及冲洗装置均设为浸没式装置。在干燥装置D中完成干燥后，用机器人将装载有半导体衬底3的托架放置在输出单元6上，该输出单元6例如带有多个辊子6’。

[0080] 图4以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底3进行表面织构化的设备1的一种实施方式；与图3所示的设备1不同的是，图4的设备1仅包括相继排列的第一工艺槽11、第一冲洗装置R1、第二工艺槽12、第二冲洗装置R2、清洁装置13、第三冲洗装置R3。在第三冲洗装置R3之后，将装载有半导体衬底3的托架7直接输送至现有的另一分批式设备2中，所述设备2例如具有酸浴槽21、冲洗装置22、热水冲洗装置23、干燥装置D和输出单元8，该输出单元可具有多个辊子8’。

[0081] 图5以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底3进行表面织构化的设备1的一种实施方式；与图4所示的设备1不同的是，图5的设备1仅包括相继排列的第一工艺槽11、第一冲洗装置R1、第二工艺槽12、第二冲洗装置R2、清洁装置13、第三冲洗装置R3。在第三冲洗装置R3之后，将装载有半导体衬底3的托架7放置在机械式转送单元C上，该机械式转送单元C在这里是现有的另一分批式设备2的输入单元，用设备2的机器人将衬底托架7依次放入设备2的酸浴槽21、冲洗装置22、热水冲洗装置23和干燥装置D并最后放置在输出单元8上，该输出单元可具有多个辊子8’。

[0082] 图6以分批式设备示出了根据本发明的用于对半导体衬底3进行表面织构化的设备1的另一种实施方式。与图3所示的设备1不同的是，图6的设备1仅包括相继排列的第一工艺槽11、第一冲洗装置R1、第二工艺槽12、第二冲洗装置R2、清洁装置13、第三冲洗装置R3和干燥装置D。

[0083] 图7示出了在根据本发明的设备1中制备的半导体衬底3的织构化表面结构的扫描电子显微镜照片；图7的两张照片分别具有不同的放大倍数。从图6可明确得知，在根据本发明的设备1中制备的半导体衬底3具有倒金字塔型的织构化表面结构。

[0084] 图8示出了在根据本发明的设备1中制备的半导体衬底3的织构化表面结构的光学反射率随波长的变化曲线。其中示出了对照例和实施例1-3。对照例是采用现有技术中标准的碱性刻蚀法或碱性单晶织构化获得的，该对照例具有随机分布的正金字塔型织构化的表面结构。实施例1-3采用根据本发明的设备1制备并且均得到了随机分布的倒金字塔型织构化的表面结构，其中所采用的工艺参数如表1所示。

[0085] 表1

[0086]

[0087] 将根据对照例和根据本发明获得的实施例1-3获得的半导体衬底的织构化表面在蚀刻深度、金字塔基本尺寸和反射率方面进行了比较。

[0088] 表2

[0089]

[0090] 从该图8和表2中可以看到，实施例1-3的平均反射率与对照例的平均反射率相比大幅降低，尤其是在400-550nm波长范围内的反射率降低是非常有利的，因为该波长范围对于浅层发射体或选择性发射体最为有效。通过改变工艺参数(浓度、温度、时间)，可以明显降低单晶硅片织构化的反射率。与标准的正金字塔织构化表面结构相反，根据本发明的实施例1-3的倒金字塔型织构化的表面结构(尺寸、深度)更加灵活。

[0091] 图9示出了根据本发明的对半导体衬底进行表面织构化的方法的一种实施方式的示意图；该方法包括以下步骤：提供半导体衬底(步骤101)；借助第一工艺液体将银颗粒沉积在所述半导体衬底的表面上(步骤102)并通过基于银的金属催化剂化学刻蚀在所述半导体衬底的表面上形成大量的孔洞(步骤103)，所述孔洞中包含所述银颗粒；借助第二工艺液体在所述银颗粒存在的情况下对所述孔洞进行碱性刻蚀，以形成所述半导体衬底的倒金字塔型织构化的表面结构(步骤104)；借助清洁液体对所述倒金字塔型织构化的表面结构实施至少一次清洁以去除所述银颗粒(步骤105)；在不存在所述银颗粒的情况下，借助第三工艺液体对经清洁的所述倒金字塔型织构化的表面结构进行进一步碱性刻蚀，以形成放大的倒金字塔型织构化的表面结构(步骤106)。

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用于对半导体衬底进行表面织构化的设备和方法

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