CN101431124A - 单晶硅太阳电池绒面的制备方法 - Google Patents

单晶硅太阳电池绒面的制备方法 Download PDF

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孙励斌
李华维
殷海亭
陈斌
甘旭
黄岳文
唐则祁
胡宏勋
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Abstract

本发明公开一种单晶硅太阳电池绒面的制备方法，其工艺为：将前道化学预清洗后用纯水漂洗干净的单晶硅片，放置在功率为1800～2400w，频率为25～40kHz的超声波清洗机的超声槽中，超声槽中配有重量百分比为1％～2％的NaOH和3％～6％异丙醇的混合水溶液，设定混合水溶液的温度为75～85℃，超声时间为30～35min，然后取出单晶硅片放置在体积百分比为10％的盐酸水溶液中浸泡4～6min，漂洗后，再用体积百分比为10％的氢氟酸水溶液浸泡4～6min，再用去离子水清洗，烘干。本发明制备的硅片绒面均匀，反射率低，且降低了碎片率，提高了生产效率和产能。

Description

单晶硅太阳电池绒面的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池技术领域，具体涉及单晶硅太阳电池绒面的制备方法。
背景技术
晶体硅太阳电池是采用晶体硅材料制成的可将太阳能转换为电能的的电池，大致可以分为单晶硅太阳电池和多单晶硅太阳电池两种。晶体硅太阳电池无需使用常规的诸如油、天然气、水、煤等材料就可以将太阳能转换为电能，因此是一类干净、无污染的新能源，使用寿命长，且可再生利用，近年来，得到越来越多的应用。
在晶体硅系列太阳电池中，单晶硅太阳电池转换效率最高，技术也最为成熟，是目前应用最多的一类太阳电池。单晶体硅太阳电池的制造需要经过多个工序的处理，如前道化学预清洗、绒面腐蚀、PN结制备、氮化硅膜的沉积、正背面电极的制备、烧结等，其中晶体硅太阳电池的绒面腐蚀制作的好坏，直接影响光电转换效率，其在单晶硅太阳电池的制备过程中至关重要。
单晶硅的表面制绒是利用了单晶硅片在化学腐蚀中的选择性腐蚀性能，即在硅片的[100]和[111]面的腐蚀速率不同，从而在单晶硅表面形成金字塔型的陷光结构，增加了硅片表面与光线的接触次数，降低了硅片表面的反射率，增加光的吸收，从而提高单晶硅太阳电池的转换效率。
单晶硅化学腐蚀常用碱腐蚀方法，常用的化学药品有NaOH(氢氧化钠)或KOH(氢氧化钾)，添加剂为异丙醇或酒精，一般在硅的[100]面发生的腐蚀速度最快，其反应方程式为：
NaOH+H2O→Na++2OH-+H+
Si+2OH-+4H2O→Si(OH)6 2-+2H2↑
Si(OH)6 2-+(CH3)2CHOH→[Si(OC3H7)6]2-+6H2O
首先NaOH和硅反应生成硅化合物，再与异丙醇反应，形成可溶解的硅络合物，而不断离开硅片表面。
反应过程中会产生氢气附着在硅片表面，如果不除去，会阻碍硅片表面与化学药品的进一步反应，所以氢气的去除是制绒的一个关键要素。
现有技术，通行的单晶硅制绒方法主要有两种，一种是在绒面槽体中鼓泡的方法，但鼓泡法易造成硅片的碎片以及添加剂异丙醇的大量挥发，且腐蚀溶液不易混合均匀，从而造成次品率的增加和溶剂的浪费，加大了制作成本，降低了生产效率和产能；另一种是利用循环泵使溶液中各种组分分配均匀的方法，而循环泵的使用又不能驱赶走绒面制作过程产生的氢气，由于氢气会附着在硅片的表面，从而在绒面制作过程中使得腐蚀溶液与硅表面不能充分接触而形成绒面的空白点，影响了绒面的均匀性，鉴于这两种方法的弊端，急需寻找其它的更好的方法来制备单晶硅太阳电池绒面。中国申请专利公开号为CN1983646A《单晶硅太阳电池绒面的制备方法》中，采用压电转化器实现频率为170～400kHz的超声振动除去氢气，腐蚀溶液为氢氧化钠，但是该方法超声振动频率高增加了制作成本，且没有使用有机溶剂不能有效带走反应中生成的Si(OH)6 2-，使得硅表面被产物覆盖，不容易生成均匀绒面。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种腐蚀溶液混合均匀，驱赶氢气效果好的单晶硅太阳电池绒面的制备方法，该方法制备的硅片绒面均匀，硅片反射率低，电池片效率高，且还可以降低硅片的碎片率。
本发明是通过下述技术方案实现，本发明的单晶硅太阳电池绒面的制备方法，首先对单晶硅片进行前道化学预清洗，然后对单晶硅片进行绒面腐蚀；前道化学预清洗(现有技术的操作方法)包括：在功率为1800～2400w，频率为25～40kHz的超声波清洗机的超声槽中，配有重量百分比为0.5％～2％的Na2SiO3水溶液，然后将电阻率为0.5～6Ω.cm的单晶硅片放入到Na2SiO3水溶液中，设定溶液温度为45～50℃，超声预清洗5～10min，然后取出单晶硅片，再用纯水漂洗干净进行绒面腐蚀；所述的绒面腐蚀包括：将纯水漂洗干净的单晶硅片，放置在功率为1800～2400w，频率为25～40kHz的超声波清洗机的超声槽中，超声槽中配有重量百分比为1％～2％的NaOH和重量百分比为3％～6％异丙醇的混合水溶液，设定混合水溶液的温度为75～85℃，超声时间为30～35min，然后取出单晶硅片放置在体积百分比为10％～20％的盐酸水溶液中浸泡4～6min，漂洗后，再用体积百分比为10％～20％的氢氟酸水溶液浸泡4～6min，然后用去离子水漂洗数次，烘干。
上述的绒面腐蚀步骤中的超声波清洗机，其频率优选为25kHz；上述绒面腐蚀步骤中的混合水溶液，其中氢氧化钠的重量百分比优选为1％；异丙醇的重量百分比优选为3％；混合水溶液的温度优选为75～80℃。
上述的绒面腐蚀步骤中的超声波清洗机，其频率优选为40kHz；上述绒面腐蚀步骤中的混合水溶液，其中氢氧化钠的重量百分比优选为2％；异丙醇的重量百分比优选为6％；混合溶液的温度优选为80～85℃。
本发明的优点和有益效果是：
1.本发明提供了一种利用常规溶剂在超声波环境中制备太阳电池绒面的方法，超声波清洗时超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡传到溶液中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动产生数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合，气泡闭合可形成超过1000个气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就像一连串小“爆炸”不断冲击硅片表面，这个过程为“空化”效应。超声波制绒就是利用了这个效应，将硅片表面附着的氢气泡除去，形成非常均匀的绒面，从而提高单晶硅太阳电池的短路电流和太阳电池的转换效率。
2.单晶硅表面的绒面的制备受温度的影响，75～85℃的温度为最佳反应温度，温度过低，反应过慢，绒面过浅，温度过高，反应过快，金字塔颗粒较大。
3.有机溶剂异丙醇的加入可以有效地去除硅片表面生成的Si(OH)6 2-，促进硅片表面与化学药品的进一步反应，提高金字塔颗粒的均匀性，提高制绒效果。
4.目前单晶硅片的厚度为180～240μm，普遍取消了减薄去损伤层工艺，采用预清洗后直接制绒，本发明中采用的超声波清洗机的频率为25～40kHz，既可以用于预清洗，又可以用于超声制绒，达到一机多用的目的，节约了成本，且有效降低了硅片的碎片率，提高生产效率和产能。
5.本发明所提供的方法成本低，易操作且适宜大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制绒后硅片表面的扫描电镜(SEM)图。
图2为实施例2制绒后硅片表面的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅局限于以下实施例：
实施例1
(1)前道化学预清洗
在超声波清洗机的超声槽中配置重量百分比为0.5％的Na2SiO3溶液，然后放入[100]晶向的单晶硅片，设定Na2SiO3溶液温度为50℃，超声频率为25kHz，超声预清洗5min，然后取出硅片用纯水漂洗干净。
(2)绒面腐蚀工艺
将纯水漂洗干净的[100]晶向的单晶硅片，放置在功率为1800w，频率为25kHz的超声波清洗机的超声槽中，超声清洗机的超声槽中放置有重量百分比为1％的NaOH和重量百分比为3％的异丙醇的混合水溶液，混合水溶液的温度为78℃，超声时间为30min，然后取出单晶硅片放置在体积百分比为10％的盐酸水溶液中浸泡6min，漂洗后，再用体积百分比为10％的氢氟酸水溶液浸泡6min，然后用去离子水漂洗数次，用烘箱烘干。
检测硅片绒面，采用温州大学化学实验室的扫描电镜(SEM)，型号为：FEI的NanoSEM，测试硅片表面形貌，如附图1所示，金字塔排布均匀一致，颗粒细密；
采用上海硅酸盐研究所型号为Cary500紫外可见近红外分光光度计：测试硅片表面反射率，波长300～1100nm内的反射率的平均值为12.7％，绒面制备良好。
实施例2
(1)前道化学预清洗
在超声波清洗机的超声槽中配置浓度为2wt％的Na2SiO3溶液，然后放入<100>晶向的单晶硅片，设定Na2SiO3溶液温度为50℃，超声频率为40kHz，超声预清洗10min，然后取出硅片用纯水漂洗干净。
(2)绒面腐蚀工艺
将纯水漂洗干净的[100]晶向的单晶硅片，放置在功率为2400w，频率为40kHz的超声波清洗机的超声槽中，超声清洗机的超声槽中配有重量百分比为2％的NaOH和重量百分比为6％的异丙醇的混合水溶液，混合水溶液的温度为85℃，超声时间为35min，然后取出单晶硅片放置在体积百分比为10％的的盐酸水溶液中浸泡6min，漂洗后，再用体积百分比为10％的氢氟酸水溶液浸泡6min，然后用去离子水漂洗数次，用烘箱烘干。
检测硅片绒面，采用温州大学化学实验室的扫描电镜(SEM)，型号为：FEI的NanoSEM测试硅片表面形貌，如附图2所示，金字塔排布均匀一致，颗粒细密；
采用上海硅酸盐研究所的分光光度计，型号为Cary500紫外可见近红外分光光度计：测试硅片表面反射率波长300nm～1100nm内的反射率的平均值为12.0％，绒面制备良好。

Claims (1)

1.一种单晶硅太阳电池绒面的制备方法，首先对单晶硅片进行前道化学预清洗，然后对单晶硅片进行绒面腐蚀，其特征在于：所述的绒面腐蚀包括：将前道化学预清洗完成后用纯水漂洗干净的单晶硅片，放置在功率为1800～2400w，频率为25～40kHz的超声波清洗机的超声槽中，超声槽中配有重量百分比为1％～2％的NaOH和重量百分比为3％～6％的异丙醇的混合水溶液，设定混合水溶液的温度为75～85℃，超声时间为30～35min，然后取出单晶硅片放置在体积百分比为10％～20％的盐酸水溶液中浸泡4～6min，漂洗后，再用体积百分比为10％～20％的氢氟酸水溶液浸泡4～6min，然后用去离子水漂洗数次，烘干。
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