CN101864599B - 一种硅片的绒面制作方法 - Google Patents

一种硅片的绒面制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光伏或半导体领域的一种硅片的绒面制作方法，本发明要解决的技术问题是提供一种硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于HCl气体中进行腐蚀来制备硅片绒面；相比目前使用较多的氢氟酸、硝酸或碱腐蚀制绒方法，采用本发明提供的硅片制绒方法得到的电池能够更好的吸收和利用太阳光，有助于转换效率的提高，且适合大规模生产。

Description

一种硅片的绒面制作方法
技术领域
本发明涉及光伏或半导体领域的一种硅片的绒面制作方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池是典型的p-n型太阳能电池，是最基本且最重要的太阳能电池。晶体硅太阳能电池一般是利用硅切片，在硅片切割过程中由于刀片的作用，使得硅片表面有一层10-20μm的损伤层，在制备太阳能电池时首先需要利用化学腐蚀将损伤层去除，然后在硅片表面制备绒面结构。这种绒面结构比平整的化学抛光的硅片表面具有更好的减反射效果，能够更好的吸收和利用太阳光。当一束光线照射在平整的硅片上时，约有30％的太阳光会被反射掉；如果光线照射在经过处理的绒面结构硅片上，反射的光线会进一步照射在相邻的绒面结构上，减少太阳光的反射；同时，光线斜射入晶体硅，也会增加太阳光在硅片内部的有效运动长度，从而增加了光线被吸收的机会，将有助于提高电池的转换效率。
制作单晶硅片绒面的方法通常采用化学方法或物理方法将硅单晶表面制成“正金字塔”或“倒金字塔”的正四面体绒面结构。其中化学方法成本较低，适合产业化生产，应用较为广泛。所以目前国内外生产单晶硅太阳电池的企业大多是采用NaOH水溶液在一定温度下加入一定量的酒精或异丙醇作缓冲剂来实现。但采用这种方法制绒，如果硅表面和制绒溶液没有充分反应，在硅片表面会出现一些“雨点”或“亮点”，在该处就不会形成金字塔，制备得到的绒面效果较差。
多晶硅片绒面的制备方法主要有机械刻槽、激光刻槽、等离子刻蚀和各向同性酸腐蚀。其中机械刻槽、激光刻槽、以及等离子刻蚀制备出的硅片绒面效果好，但处理工序相对复杂，加工系统也相对昂贵，不适合进行批量生产。另外，在多晶硅片绒面的制作过程中，可能会引入机械应力和损伤，在后处理中形成缺陷。所以，目前生产线上主要采用氢氟酸、硝酸腐蚀对多晶硅片进行制绒，采用这种方法制绒，成本较低，可以广泛应用，但绒面效果比较差，绒面的反射率一般在10-20％，直接导致单晶硅电池的转换效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅片的绒面制作方法，采用该方法制备的硅片绒面结构能够很好的吸收以及利用太阳光，提高晶体硅太阳电池的转换效率，同时制备成本低，非常有利于进行产业化推广。
本发明的技术方案有下列：硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于HCl气体中进行腐蚀来制备硅片绒面。
一种硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于装置中，向装置中通入HCl气体对硅片进行腐蚀来制备硅片绒面。
一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为280℃-600℃。
一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为300-3000mL/min。
一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅片。
一种硅片的绒面制作方法，其中：为了促进绒面制作效果，还可以在通入HCl气体前将硅片的部分表面覆盖掩护膜。掩护膜的材料可以是二氧化硅。二氧化硅的粒度范围在1-1000nm。
一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体可以混有惰性气体。惰性气体可以是氮气、氩气或其他惰性气体的任意一种或几种的混合气体。加入惰性气体是为了防止硅片表面被氧化，起保护作用。
一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-8-1.5×10-1Pa。对装置进行抽真空主要是由于在高温下，如果不是在真空条件下进行制作绒面，硅片表面会被空气严重氧化生成二氧化硅，二氧化硅是不与HCl气体反应的，导致无法获得带有绒面结构的硅片。
一种硅片的绒面制作方法，其中：惰性气体与HCl气体的体积混合比例为0.1％-20％∶99.9％-80％。
本发明的工作原理：本发明主要是利用硅与HCl气体反应的原理，在高温下硅与HCl气体反应生成SiHCl3，SiCl4，具体反应方程式如下：
Si+3HCl→(280～350℃)SiHCl3+H2+50千卡/克分子
Si+4HCl→(＞350℃)SiCl4+2H2+54.6千卡/克分子
所以基于保护环境方面考虑，SiCl4气体具有很强的刺激性，它的产生对于本发明的操作环境以及周围环境非常不利，所以温度设置为280～350℃为本发明优选的技术方案。
本发明与单晶硅片的现有技术实施效果比较
 本发明   现有技术1   现有技术2
  技术方案  采用HCl气体   采用碱溶液，如   采用物理方法，
  进行制绒   NaOH进行制绒   如等离子体刻蚀制绒
制绒效果 好，反射率在7.35-9.82％   单晶硅片表面形成“雨点”或是“亮点”，影响制绒效果。 好，反射率在8.0-9.9％
  制绒成本   低   低   高
本发明与多晶硅片的现有技术实施效果比较
  本发明   现有技术1   现有技术2
技术方案 采用HCl气体进行制绒   采用酸溶液，如氢氟酸、硝酸进行制绒   采用物理方法，如等离子体刻蚀制绒
制绒效果   好，反射率在7.51-10.82％ 绒面效果较差   好，反射率在8.0-9.9％
  制绒成本   低   低   高
采用本发明的加入惰性气体技术方案和不加入惰性气体技术方案相比，可以观察到的
实验效果如下：(实验对象为多晶硅片)
  惰性气体与HCl的混合比例 惰性气体类型 制绒效果反射率
0.1％∶99.9％ 氩气   较好，7.51％
  1％∶99％   氩气   较好，8.11％
  5％∶95％   氮气   好，8.23％
  10％∶90％   氮气   好，8.25％
  15％∶95％   氩气   好，9.16％
  20％∶80％   氩气   好，9.88％
  25％∶75％   氮气   好，9.23％
  不加入惰性气体   不加入惰性气体   较差，10.82％
本发明的制绒效果是由反射率测试仪得到的结果，反射率越小，说明制绒效果好，有利于更好地吸收和利用光，反射率越大，说明制绒效果差。
本发明的工作原理及其优点：本发明利用HCl气体与硅在280℃-600℃下反应的原理对硅片表面进行腐蚀，制作硅片绒面。对于单晶硅片而言，HCl气体能够与硅片充分反应，避免在单晶硅片表面形成“雨点”或是“亮点”；对于多晶硅片而言，采用该方法制备的绒面效果与等离子刻蚀制备的绒面效果相当，但制备成本低，能够满足大规模生产。相比目前使用较多的氢氟酸、硝酸或碱腐蚀制绒方法，采用该方法得到的电池能够更好的吸收和利用太阳光，有助于转换效率的提高，且适合大规模生产。
具体实施方式
实施例1、一种硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于HCl气体中进行腐蚀来制备硅片绒面。
实施例2、一种硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于装置中，向装置中通入HCl气体对硅片进行腐蚀来制备硅片绒面。
实施例3、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为280℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例4、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为300℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例5、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为320℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例6、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为350℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例7、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为380℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例8、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为400℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例9、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为450℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例10、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为500℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例11、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的温度为600℃。其余同实施例1或实施例2。
实施例12、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为300mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例13、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为400mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例14、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为500mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例15、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为600mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例16、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为800mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例17、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为1000mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例18、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为1500mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例19、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为2000mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例20、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为2500mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例21、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体的进气速度为3000mL/min。其余同实施例1或实施例2。
实施例22、一种硅片的绒面制作方法，其中：还可以在通入HCl气体前将硅片的部分表面覆盖掩护膜。其余同实施例1或实施例2。
实施例23、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的硅片是单晶硅片。其余同实施例1或实施例2。
实施例24、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的硅片是多晶硅片。其余同实施例1或实施例2。
实施例25、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氮气，氮气与HCl气体的体积混合比例为0.1％∶99.9％。其余同实施例1或实施例2。
实施例26、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氩气，氩气与HCl气体的体积混合比例为1％∶99％。其余同实施例1或实施例2。
实施例27、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氩气，氩气与HCl气体的体积混合比例为2％∶98％。其余同实施例1或实施例2。
实施例28、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氮气，氮气与HCl气体的体积混合比例为5％∶95％。其余同实施例1或实施例2。
实施例29、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氮气，氮气与HCl气体的体积混合比例为10％∶90％。其余同实施例1或实施例2。
实施例30、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氩气，氩气与HCl气体的体积混合比例为15％∶85％。其余同实施例1或实施例2。
实施例31、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氮气，氮气与HCl气体的体积混合比例为20％∶80％。其余同实施例1或实施例2。
实施例32、一种硅片的绒面制作方法，其中：所述的HCl气体混有氮气、氩气，氮气、氩气与HCl气体的体积混合比例为25％∶75％。其余同实施例1或实施例2。
实施例33、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-8Pa。其余同实施例2。
实施例34、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-7Pa。其余同实施例2。
实施例35、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-6Pa。其余同实施例2。
实施例36、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-5Pa。其余同实施例2。
实施例37、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-4Pa。其余同实施例2。
实施例38、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-3Pa。其余同实施例2。
实施例39、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-2Pa。其余同实施例2。
实施例40、一种硅片的绒面制作方法，其中：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-1Pa。其余同实施例2。
实施例41、一种硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于装置中，对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-3Pa，向装置中通入HCl气体对硅片进行腐蚀来制备硅片绒面，通入的HCl气体的温度为320℃，HCl气体的进气速度为1000mL/min。
实施例42、一种硅片的绒面制作方法，其中：将硅片置于装置中，对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-4Pa，向装置中通入HCl气体对硅片进行腐蚀来制备硅片绒面，通入的HCl气体的温度为350℃，HCl气体的进气速度为500mL/min。

Claims (4)

1.一种硅片的绒面制作方法，其特征在于：将硅片置于装置中，向装置中通入HCl气体对硅片进行腐蚀来制备硅片绒面；所述的HCl气体的温度为280℃-600℃；所述的HCl气体的进气速度为300-3000mL/min；所述的HCl气体可以混有惰性气体；惰性气体与HCl气体的体积混合比例为0.1％-20％∶99.9％-80％。
2.如权利要求1所述的一种硅片的绒面制作方法，其特征在于：还可以在通入HCl气体前将硅片的部分表面覆盖掩护膜。
3.如权利要求1所述的一种硅片的绒面制作方法，其特征在于：所述的硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅片。
4.如权利要求1所述的一种硅片的绒面制作方法，其特征在于：通入HCl气体前对装置进行抽真空形成负压环境，负压技术参数的绝对压力控制在1.5×10-8-1.5×10-1Pa。
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Denomination of invention: Preparation method of suede of silicon wafer

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License type: Exclusive License

Record date: 20140124

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Granted publication date: 20120718

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