CN101965642B - 具有锥体结构的硅表面的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有锥体结构的硅表面的制备方法，其中将具有所述硅表面的硅片浸入蚀刻液中。为了制备尽可能均匀的锥体结构，本发明建议在硅表面与蚀刻液接触前用臭氧对该表面进行处理。

Description

具有锥体结构的硅表面的制备方法
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及具有锥体结构(pyramidaleTextur)的硅表面的制备方法。
此类方法例如从EP 0 944 114 B1中是已知的。就太阳能电池而言，为了制备具有锥体结构的硅表面，建议蚀刻液中含有的异丙醇含量大于乙二醇含量。由此，特定的锥体尺寸分布在一定的分散程度(Streuung)内是可调节的。
但是，在实践中已经发现，在使用同一蚀刻液时，取决于待加工的硅表面的品质，得到了不同的锥体尺寸分布。为了制备出均一的锥体尺寸分布，在实践中必要的是，蚀刻液的配方和各待加工的硅表面的品质相适配。除了改变配方之外，还必须改变腐蚀持续时间和温度。调节出适用于制备期望锥体尺寸分布的参数有时是冗长和昂贵的。
在硅表面上制备锥体结构的常见方法的其他缺点在于，附着在硅表面上的杂质引起不期望的结构变化。
这种结构变化产生了肉眼可见的不规则的硅表面。这样的硅表面被认为是有缺陷的。
为了克服上述缺点，根据现有技术已知的是，在制备锥体结构所需的用碱性蚀刻液进行处理的步骤之前设置另一蚀刻步骤。其中首先用高浓度碱性溶液蚀刻经锯切的硅片。这种前置的另一蚀刻步骤要求额外的耗费。除此之外，经锯切的硅片品质之间的差异也不总是能够完全地得以补偿。
另一可能方案为，使用氧化性酸实施另一蚀刻步骤。这种另一腐蚀步骤也产生额外的费用。除此之外，经锯切的硅片品质之间的差异也不能得到充分的补偿。另一缺点在于，在该情况中，必须使用高浓度氧化性酸，而操作高浓度氧化酸性是危险的。
本发明的目的是，消除现有技术的缺点。具体地，本发明提供了具有锥体结构的硅表面的制备方法，该方法能够尽可能简单并廉价的实施。根据本发明的另一目的，可以独立于硅片的品质并且不改变蚀刻液的组成和/或浓度来制备具有特定的锥体结构的硅表面。
所述目的通过权利要求1的技术特征得以实现。本发明的有利的实施方案在权利要求2～14的技术特征中给出。
根据本发明的具有锥体结构的硅表面的制备方法，在硅表面与蚀刻液接触前用臭氧处理该硅表面。这样处理的硅表面即使在品质不同的情况下在后续用蚀刻液处理后也显示出特别均匀的锥体结构。也就是说，在该硅表面上如此制备的锥体具有相对狭窄的尺寸分布。特别地，没有必要依据待处理的硅片的品质改变蚀刻液的组成或其他参数(如温度或腐蚀持续时间)。该建议的方法可以简单并廉价的实施。
术语“品质”特别理解为硅片的化学表面特性。硅片的不同的化学表面特性是由于在锯切时使用了不同的液体而造成的。作为液体可以使用例如油或二元醇。根据使用的液体种类的不同，后续对经锯切的硅片以不同方式进行清洗。硅表面可以特别根据疏水性或亲水性对其品质进行区别，或者根据预先进行的清洗步骤的残留物是否附着其上对其品质进行区别。
根据特别有利的方案，在气相中用臭氧处理硅表面。这种处理步骤可以快速并简单的实施。对硅表面进行后续干燥不是必需的。这里，已证明下面的条件是有利的，臭氧在气相中的浓度大于20g/m3。该气相的空气湿度有利地为60～95％，优选75～85％。
然而根据备选的方案，为了用臭氧进行处理，也可以将硅片浸入去离子水中，在该去离子水中添加了浓度为大于1ppm、优选3～50ppm的臭氧。
不管是用含臭氧的气相还是用含臭氧的液体处理硅表面，有利的是，处理温度在15～60℃、优选在20～40℃的温度范围。该处理实施的持续时间有利地为15秒至60分钟，优选3分钟至40分钟。一般而言，3分钟至10分钟范围的处理持续时间已经引起非常好的结果。
根据另一有利的方案，在通过锯切制备硅片后根据本发明用臭氧进行处理。其中硅片以普遍方式平行于<100>面切割。通过锯切制备的硅片可以在根据本发明用臭氧处理前进行湿法净化(Nassreinigung)。该步骤去除可能附着在硅表面上的锯切残留物。在这个情况中，臭氧处理在湿法净化后实施。但是也可以将前述的湿法净化步骤与本发明的臭氧处理步骤组合。在这个情况中，湿法净化也可以用添加了臭氧的水溶液进行。
臭氧处理的硅片可以后续进行干燥和包装。也就是说，它们形成了准备出售的中间产品，之后根据顾客的特定需求用蚀刻液处理制备锥体结构。
但是，另一方面，在多种情况中，本发明的臭氧处理步骤也可以从传送的硅片开始以连续、半连续或批处理方法与蚀刻步骤一起实施。其中在蚀刻管线和净化管线中对于接收蚀刻液的槽而言逆流
Figure BPA00001214303300031
提供另一用于接收添加了臭氧的去离子水的槽。或者，例如提供具有盖子的可密封的容器，其中硅片和含臭氧的气相接触。例如还可以向待处理的硅表面提供臭氧和水蒸气或用含臭氧的水蒸气吹待处理的硅表面。
接着，这种臭氧处理的硅片以常见方式浸入碱性蚀刻液中。其中，该蚀刻液含有KOH或NaOH作为主要成分。另外可以在该蚀刻液中加入一种或多种醇，优选异丙醇。蚀刻液的温度有利的为70～90℃中。蚀刻时间，根据在期望的在硅表面上制备锥体的尺寸，为5分钟至20分钟。
以下详细阐述实施例：
实施例1：
将装有100片硅片的载体放置在容器中。用盖子密封该容器。接着，通过导入水蒸气将容器中的空气湿度调节为85～95％的相对空气湿度范围。可选地，也可以在容器中形成水蒸汽。进一步地通过在容器中输入臭氧将臭氧浓度调节为20～40g/m3。硅片用前述的气相处理大约15分钟。接着用氮气或氧气冲洗容器内部。打开盖子，接着将装在载体中的硅片——无其他中间步骤——浸入蚀刻液中以制备锥体结构。
实施例2：
将装有100片硅片的载体浸入充满去离子水的槽中。向去离子水中加入浓度约为10ppm的臭氧。水的温度为25～30℃。在10分钟的处理持续时间后，从处理槽中取出载体，并且——无其他中间步骤——浸入蚀刻液中制备锥体结构。

Claims (18)

1.具有锥体结构的硅表面的制备方法，其中将具有该硅表面的硅片浸入蚀刻液中，
其特征在于，
在硅表面与蚀刻液接触前用臭氧处理硅表面，
其中，在气相中用臭氧处理所述硅表面，并且所述处理在15～60℃的温度范围内实施。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气相包括空气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，臭氧在气相中的浓度为大于20g/m3。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述气相的空气湿度为60～95％。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述气相的空气湿度为60～95％。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述气相的空气湿度为75～85％。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述气相的空气湿度为75～85％。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理在20～40℃的温度范围内实施。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，实施所述处理的持续时间是15秒至60分钟。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，实施所述处理的持续时间是3分钟至40分钟。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述臭氧处理在通过锯切制备硅片后进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，在锯切后对所述硅片进行湿法净化。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述臭氧处理在湿法净化后进行。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，对经臭氧处理的硅片进行干燥和包装。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻液是碱性蚀刻液。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻液含有KOH或NaOH作为主要成分。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻液含有醇。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述蚀刻液含有异丙醇。
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