CN101634046A - 制备单晶硅绒面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备单晶硅绒面的方法，将单晶硅片先用碱腐蚀溶液腐蚀处理，然后用酸腐蚀溶液腐蚀处理制成单晶硅绒面；所述碱腐蚀溶液是氢氧化钠、硅酸钠、异丙醇和水的混合液，其中氢氧化钠的浓度范围为0.1到0.5摩尔/升，硅酸钠的浓度范围为0.01到0.07摩尔/升，异丙醇浓度范围为0.7到2.0摩尔/升；该酸腐蚀液是氢氟酸、硝酸及水的混合液，其中氢氟酸的浓度范围为1到10摩尔/升，硝酸浓度范围为3到30摩尔/升。本发明使得单晶电池的漏电比正常碱制绒电池的漏电小，从而提高单晶硅太阳能电池的转换效率以及提高单晶硅组件功率。

Description

制备单晶硅绒面的方法

技术领域：

本发明涉及一种制备单晶硅绒面的方法。

背景技术：

有效的绒面结构有助于提高太阳能电池性能，主要体现在短路电流(Isc)的提高。单晶硅表面通过稀的KOH或NaOH碱液腐蚀来制备均一的金字塔绒面结构。而多晶硅表面的晶面结构是随意分布的，这就使得碱液腐蚀对多晶硅来说不是很有效。碱液腐蚀对多晶硅表面不同晶粒之间不同的反应速度还会产生台阶和裂缝。

对于碱性腐蚀液，单晶硅的各晶面的腐蚀速率差别很大。单晶硅中的常见低指数晶面。(100)面恰恰是图中立方体的一个侧面，它具有四对称性；(110)面为立方体中的一个对角面，它具有二对称性；(111)面为立方体中的一个体对角面，它具有三对称性。

2002年M.A.Gosálvez在其文章中论述了腐蚀速率随腐蚀剂浓度的变化出现了峰值现象的另一种解释方法，他认为：在腐蚀过程中，随着腐蚀剂浓度的变化，硅表面既有吸附H+离子又有OH-离子吸附，但即使H+离子数目在硅表面占主导地位，OH-离子仍然会占据重要部分的表面位置，依此使得硅的腐蚀能进一步进行。由于OH-离子的存在使得表面硅原子的背键削弱至断裂，因此硅的腐蚀速率将会依赖于硅表面吸附的OH-离子数目。然而，单晶硅的腐蚀速率和其表面OH-离子的覆盖率不一定是完全的线性关系，因为背键削弱只是腐蚀过程中的一个因素，几何结构的空间限制将是OH-离子吸附过程中不得不考虑的又一个因素。这样，对任意晶向上的腐蚀速率将不仅仅是OH-离子表面覆盖率的线性函数。随着OH-离子覆盖率的增加，表面硅原子背键被削弱、断裂，腐蚀速率增大；当覆盖率进一步增大时，由于空间结构的限制，OH-/OH-间的相互作用将会占据主导地位，从而使得腐蚀速率减小。因为后面的过程将是破坏OH-(H+)吸附形成H+(OH-)吸附的过程〔23〕，以至于腐蚀速率减小甚至当硅表面完全为H+或OH-(完全钝化)吸附时停止。因此，在单晶硅的过程中各晶面的腐蚀速率随表面的变化也存在一峰值，而表面OH-离子覆盖率大小与腐蚀剂浓度相关。

单晶硅与酸腐蚀液之间的反应被认为是各向同性的反应。损伤层的去除和表面织构化在一个工艺步骤中完成。反应很容易在低激活能的位置发生。例如缺陷和损伤层。损伤层作为表面织构化的种子层。尽管它有较低的反射率，但其在表面很多区域形成很高的复合，严重恶化了电池的性能。腐蚀坑形成的机理是由酸腐蚀液在微裂纹中高速扩散，沿着微裂纹腐蚀的高速度决定。可以看出在酸腐蚀液中腐蚀30秒后形成很窄的裂缝，随着织构化的进行，裂缝逐渐变宽。90秒后硅片表面覆盖着蚯蚓状腐蚀坑，尺寸范围在2-3μm左右。随着腐蚀时间的延长，蚯蚓状腐蚀坑开始合并，气泡状腐蚀坑开始形成。这些腐蚀坑的形状不因为晶向的改变而改变。如果腐蚀的时间太长，织构的尺寸就会变的太大，位错和晶界的形貌就会出现，这会导致硅片机械性能的下降，另外还可以导致太阳电池漏电流的问题。

在生产中，正常碱制绒单晶绒面的“金字塔”比较大，在生产过程中由于不断的运输而使得塔尖破坏，导致成品电池后漏电流比较大，从而影响效率，以及电池片层压、封装成组件，组件功率降低的多。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种使得单晶电池的漏电比正常碱制绒电池的漏电小，从而提高单晶硅太阳能电池的转换效率的制备单晶硅绒面的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种制备单晶硅绒面的方法，其特征是：将单晶硅片先用碱腐蚀溶液腐蚀处理，然后用酸腐蚀溶液腐蚀处理制成单晶硅绒面；所述碱腐蚀溶液是氢氧化钠、硅酸钠、异丙醇和水的混合液，其中氢氧化钠的浓度范围为0.1到0.5摩尔/升，硅酸钠的浓度范围为0.01到0.07摩尔/升，异丙醇浓度范围为0.7到2.0摩尔/升；该酸腐蚀液是氢氟酸、硝酸及水的混合液，其中氢氟酸的浓度范围为1到10摩尔/升，硝酸浓度范围为3到30摩尔/升。

碱腐蚀处理的温度范围为75摄氏度到90摄氏度，碱腐蚀处理的时间范围为15分钟到40分钟。

酸腐蚀处理的温度范围为6摄氏度到40摄氏度，酸腐蚀处理的时间范围为5秒到300秒。

在用碱、酸腐蚀液腐蚀处理时，是把单晶硅片浸泡在碱、酸腐蚀液中。

被腐蚀处理的单晶硅片的厚度为4.5到25微米。

本发明先碱制绒后再酸制绒，则可以降低扩散后，金字塔的破坏，减小漏电，提高并联电阻，提高填充因子从而提高单晶电池的效率。

封装成组件后，可见光透过组件封装玻璃以及EVA才可射入电池表面。所以，EVA与单晶电池表面织构形貌、粘合情况密切相关。本发明先碱制绒后酸制绒的单晶电池片比正常碱制绒的电池片表面要平坦，这样EVA在被加热加压的层压过程中，更容易流动、充分填充了先碱制绒后酸制绒的电池片表面。因此，先碱绒后酸制绒的单晶电池片在层压后整个电池片的表面性质比正常碱制绒的更均匀。先碱制绒后酸制绒单晶电池片做成的组件的外观颜色与正常的碱制绒的单晶电池片做成的组件颜色一致。

所以将单晶硅片绒面先用碱腐蚀溶液，后用酸腐蚀溶液制成的这种工艺，既可以提高电池的效率，在不改变组件外观的基础上，又可以提高组件功率。

正常的碱制绒在单晶槽式的制绒机上完成；酸制绒既可以在槽式的酸制绒机上完成，又可以在链式的酸制绒机上完成。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为先碱腐蚀后再经20秒酸腐蚀形成的单晶硅绒面俯视电镜图；

图2为先碱腐蚀后再经20秒酸腐蚀形成的单晶硅绒面侧视电镜图；

图3为先碱腐蚀后再经30秒酸腐蚀形成的单晶硅绒面俯视电镜图；

图4为先碱腐蚀后再经30秒酸腐蚀形成的单晶硅绒面侧视电镜图；

图5为先碱腐蚀后再经80秒酸腐蚀形成的单晶硅绒面俯视电镜图；

图6为先碱腐蚀后再经80秒酸腐蚀形成的单晶硅绒面侧视电镜图。

具体实施方式：

一种制备单晶硅绒面的方法，将厚度为4.5到25微米(例5微米、15微米、25微米)单晶硅片先用碱腐蚀溶液浸泡腐蚀处理，然后用酸腐蚀溶液浸泡腐蚀处理制成单晶硅绒面；所述碱腐蚀溶液是氢氧化钠、硅酸钠、异丙醇和水的混合液，其中氢氧化钠的浓度范围为0.1到0.5摩尔/升(例0.1摩尔/升、0.3摩尔/升、0.5摩尔/升)，硅酸钠的浓度范围为0.01到0.07摩尔/升(例0.01摩尔/升、0.05摩尔/升、0.07摩尔/升)，异丙醇浓度范围为0.7到2.0摩尔/升(例0.7摩尔/升、1.3摩尔/升、2摩尔/升)；该酸腐蚀液是氢氟酸、硝酸及水的混合液，其中氢氟酸的浓度范围为1到10摩尔/升(例1摩尔/升、5摩尔/升、10摩尔/升)，硝酸是浓度范围为3到30摩尔/升(例3摩尔/升、15摩尔/升、30摩尔/升)。

碱腐蚀处理的温度范围为75摄氏度到90摄氏度(例75℃、85℃、90℃)，碱腐蚀处理的时间范围为15分钟到40分钟(例15分钟、25分钟、40分钟)。

酸腐蚀处理的温度范围为6摄氏度到40摄氏度(例6℃、20℃、40℃)，酸腐蚀处理的时间范围为5秒到300秒(例5秒、150秒、300秒)。

单晶硅片先经过上述处理后，表面形成大小为2到13微米的绒面。

Claims (5)

1、一种制备单晶硅绒面的方法，其特征是：将单晶硅片先用碱腐蚀溶液腐蚀处理，然后用酸腐蚀溶液腐蚀处理制成单晶硅绒面；所述碱腐蚀溶液是氢氧化钠、硅酸钠、异丙醇和水的混合液，其中氢氧化钠的浓度范围为0.1到0.5摩尔/升，硅酸钠的浓度范围为0.01到0.07摩尔/升，异丙醇浓度范围为0.7到2.0摩尔/升；该酸腐蚀液是氢氟酸、硝酸及水的混合液，其中氢氟酸的浓度范围为1到10摩尔/升，硝酸浓度范围为3到30摩尔/升。

2、根据权利要求1所述的制备单晶硅绒面的方法，其特征是：碱腐蚀处理的温度范围为75摄氏度到90摄氏度，碱腐蚀处理的时间范围为15分钟到40分钟。

3、根据权利要求1或2所述的制备单晶硅绒面的方法，其特征是：酸腐蚀处理的温度范围为6摄氏度到40摄氏度，酸腐蚀处理的时间范围为5秒到300秒。

4、根据权利要求1或2所述的制备单晶硅绒面的方法，其特征是：在用碱、酸腐蚀液腐蚀处理时，是把单晶硅片浸泡在碱、酸腐蚀液中。

5、根据权利要求1或2所述的制备单晶硅绒面的方法，其特征是：被腐蚀处理的单晶硅片的厚度为4.5到25微米。

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