CN102181937B - 一种制作太阳能多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制作太阳能多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法，包括：将多晶硅碎片置于带有开口的容纳袋中，在配制腐蚀液的过程中，将所述容纳袋置于腐蚀液原液中对腐蚀液原液进行激活。与现有技术相比，本发明的激活过程是在腐蚀液的配制过程中完成的，因此可以缩短整个腐蚀反应的时间，从而提高工作效率，尤其适合于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及用于制备太阳能电池的多晶硅技术领域，具体涉及一种制作太阳能多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法。
背景技术
太阳能光伏电池，简称为光伏电池，用于把太阳的光能直接转化为电能。与常规能源相比，光伏电池是一种可再生清洁能源，有利于环境保护，并且可以节省造价很贵的输电线路，因此光伏电池具有广阔的应用前景。单晶硅片或多晶硅片是制备光伏电池的主要部件，当太阳光照射在单晶硅片或多晶硅片上时，光能可以转变为电能。
目前，制备多晶硅太阳能电池主要包括如下步骤：a.首先是表面织构化处理，即通过化学反应使原本光亮的硅片表面形成蠕虫状的绒面结构；b.扩散步骤，如将P型硅片在扩散后表面变成N型，形成PN结，使得硅片具有光伏效应；c.周边刻蚀，该步骤的目的在于去掉扩散步骤中在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层，减少漏电；d.沉积减反射膜，即在硅片表面沉积氮化硅膜和氧化钛膜，其目的是起减反射和钝化的作用；e.印刷电极，烘干；f.烧结，即使印刷的电极与硅片之间形成合金。
在上述步骤a)中，对多晶硅表面进行织构化工艺是在多晶硅表面形成蠕虫状的腐蚀坑，利用光陷原理增加光的吸收，降低太阳光在硅片表面的反射率，增加硅片对太阳光的吸收效果，从而提高太阳能电池电性能。
目前，用于制备多晶硅绒面的腐蚀液一般为HF-HNO3体系的腐蚀液，HF-HNO3体系腐蚀液工作原理是HNO3作为强氧化剂将Si氧化成SiO2，然后HF与SiO2反应生成可溶性络合物即H2[SiF6]。在上述腐蚀反应过程中，包含了一个重要的自催化反应过程，该自催化反应过程如下式(1)-式(4)所示：
HNO3+HNO2→N2O4+H2O (1)
N2O4→2NO2 (2)
NO2→NO2 -+e+ (3)
NO2 -+H+→HNO2 (4)
在上面的自催化反应过程中，HNO3发生还原反应不断生成空穴提供给硅进行氧化反应，氧化反应生成的氧化物即SiO2再与HF反应，形成可溶性络合物H2[SiF6]，整个腐蚀反应速率是由生成的HNO2浓度所决定的。实际上，上述自催化反应过程都发生在单一的混合腐蚀液中，整个反应过程如式(5)所示：
Si+HNO3+6HF→H2SiF6+HNO2+H2O+H2 (5)
在实际的工业生产中，使腐蚀液产生足够支持腐蚀反应的HNO2的过程称之为腐蚀液的激活过程，即在腐蚀液的配置过程完成以后，向腐蚀液中投入足够多的完整的多晶硅片，使之发生式(5)所示的反应，该过程也称为“跑片激活”工序，“跑片激活”工序可以产生足够多的HNO2，从而保证后续腐蚀反应过程的顺利进行。
在现有技术中，配制腐蚀液一般都是在本领域技术人员熟知的成熟的多晶制绒设备中进行的，典型的如德国生产的RENA多晶制绒设备等。在多晶制绒设备中配制腐蚀液时，腐蚀液原液的循环时间大约需要2～3小时，配制腐蚀液后，大约需要1～2小时进行“跑片激活”工序。由于“跑片激活”工序是在配制腐蚀液之后单独进行的，因此该工序增加了整个腐蚀反应过程的时间，降低了工作效率；而且需要使用完整的硅片，也造成原料浪费。
本发明人考虑，可以在配制腐蚀液的过程中同时进行对腐蚀液的“激活工序”，但是，由于腐蚀液在配制过程中是不断循环流动的，在该过程中加入多晶硅片时，碎片容易进入腐蚀液，混入到制绒设备的腐蚀液循环管道中，从而影响制绒设备的正常运行。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种用于制备多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法，该激活方法可以在配制腐蚀液的过程中完成对腐蚀液的激活工序，从而减少了整个腐蚀工序的时间，提高了工作效率。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于制备多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法，包括：
将多晶硅碎片置于带有开口的容纳袋中；
在配制腐蚀液的过程中，将所述容纳袋置于腐蚀液原液中对腐蚀液进行激活。
优选的，所述容纳袋为防酸碱布缝制而成。
优选的，所述容纳袋的开口的大小可以调整。
优选的，所述容纳大袋的开口边缘周围设置有拉绳，所述容纳袋开口的大小通过所述拉绳调整。
优选的，所述拉绳为弹性拉绳。
优选的，所述容纳袋的开口方向与腐蚀液的流动方向相反。
优选的，所述腐蚀液包括HF、HNO3和水。
优选的，所述腐蚀液中HNO3∶HF按照体积比为10∶1～2∶1。
优选的，所述配制腐蚀液是在多晶硅制绒设备中进行的。
本发明还提供一种制作太阳能多晶硅绒面的方法，包括：
将多晶硅在以上技术方案所述的激活后的腐蚀液中进行腐蚀形成多晶硅绒面，腐蚀温度为6℃～25℃，腐蚀时间为4分钟～8分钟。
本发明提供了一种制作太阳能多晶硅绒面腐蚀液的激活方法，本发明先将多晶硅绒面放置在一个带有开口的容纳袋中，然后在配制腐蚀液的过程中，将容纳袋置于腐蚀液原液中对腐蚀液中进行激活。与现有技术相比，本发明的激活过程是在腐蚀液的配制过程中完成的，因此可以缩短整个腐蚀反应的时间，从而提高工作效率，尤其适合于大规模工业化生产；此外，本专利使用多晶硅碎片进行激活，也节省了原料。
附图说明
图1为本发明提供的盛装多晶硅碎片的容纳袋的示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种制作太阳能多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法，其特征在于，包括：
将多晶硅碎片置于带有开口的容纳袋中；
在配制腐蚀液的过程中，将所述容纳袋置于腐蚀液原液中对腐蚀液进行激活。
本发明所述腐蚀液原液是指在配制腐蚀液过程中将原料液混合后得到的原料混合液，配液完成后得到的为腐蚀液。按照本发明，所述配制腐蚀液的过程是在本领域技术人员熟知的多晶硅制绒设备中进行的，典型的制绒设备如德国的RENA多晶硅制绒设备。在该设备中，腐蚀液的配制过程是在连续循环的过程中进行的，本发明先将多晶硅碎片放置在带有开口的容纳袋中，然后将容纳袋放置在腐蚀液原液中，连续流动的腐蚀液原液可以通过开口与所述容纳袋中的多晶硅进行反应，主要反应式(5)所示：
Si+HNO3+6HF→H2SiF6+HNO2+H2O+H2 (5)
在该反应过程中，流动的HF与HNO3与Si反应可以生成更多的HNO2从而实现对腐蚀液的激活。
按照本发明，所述容纳袋优选为由防酸碱面料缝制而成，容纳袋留有一开口，通过该开口，腐蚀液可以与容纳袋中的多晶硅碎片接触，对于多晶硅碎片的大小，本发明并无特别限制，优选为面积是0.1cm2～10cm2的任意形状，如圆形、三角形、长圆形、棱形、方形等任意多边形或不规则形状，多晶硅碎片的大小更优选为0.2cm2～5cm2，更优选为0.5cm2～3cm2，多晶硅碎片的厚度，本发明并无特别的限制，优选为0.2cm～5cm，更优选为0.3cm～1cm，更优选为0.4cm～0.6cm。
按照本发明，所述容纳袋的材质优选为防酸碱服面料制成的容纳袋，例如由耐酸织物或橡胶、塑胶等材料制成的防酸碱面料。所述防酸碱面料可以为透气型防酸碱面料，也可以为不透气型防酸碱面料，优选为防水透气型防酸碱面料，防水透气型防酸碱面料可以为纤维织物制成的防酸碱面料，纤维织物可以为天然织物，如粗毛呢，柞丝绸等；纤维织物也可以为合成纤维织物，如氯纶、涤纶等。所述防水透气型防酸碱面料优选为符合GB12012-89标准的防酸碱面料。
如图1所示，为本发明提供的容纳袋的示意图，所述容纳袋包括容纳袋本体11，与所述容纳袋本体连接的开口部12，在开口部12的边缘设置有拉伸13，该拉伸13穿过开口部的边缘部，通过使开口部相对拉伸13滑动，可以调整开口的大小，拉伸可以为弹性拉伸，也可以为非弹性拉伸，拉伸也需要使用防酸碱材料制成，在本体部内，盛装有多晶硅碎片(未画出)。当将所述容纳袋放置到腐蚀液中时，流动的腐蚀液与开口内的多晶硅接触，发生式(5)的反应，生成HNO2，当本领域技术人员根据常识判断出腐蚀液由原来的无色或浅色逐渐变成黄色时，表示生成了NO2，从而也证明已经产生了足够多的HNO2，此时可以进行腐蚀反应。
对于容纳袋的大小，本发明并无特别的限制，可以根据腐蚀液的量来决定需要盛装的多晶硅的数量，从而设计容纳袋的大小；当然，也可以同时放置多个容纳袋，这样也可以达到同样的效果，对此，本发明均无特别的限制。此外，当将容纳袋放置在腐蚀液中时，对于放置方法，优选将开口的方向与腐蚀液的流动方向相反，这样，可以使腐蚀液与容纳袋内的多晶硅碎片达到更好的接触效果。
按照本发明，对于腐蚀液的成分，本发明并无特别的限制，可以使用本领域技术人员熟知的HF-HNO3体系的腐蚀液，优选包括2摩尔/升～5摩尔/升的HF，优选的，HF的浓度为2.5摩尔/升～4.5摩尔/升，更优选为3摩尔/升～4摩尔/升，更优选为3.1摩尔/升～3.4摩尔/升。
对于HNO3的浓度，优选为5摩尔/升～15摩尔/升，更优选为为6摩尔/升～12摩尔/升，更优选为7摩尔/升～10摩尔/升，更优选为7.5摩尔/升～8.5摩尔/升。对于HNO3与HF的体积比，优选为10∶1～2∶1，更优选为6∶1～2∶1，更优选为3∶1。
按照本发明，所述腐蚀液中还包括0.2摩尔/升～1摩尔/升的亚硝酸盐，优选的，亚硝酸盐的浓度优选为0.3摩尔/升～0.8摩尔/升，更优选为0.3摩尔/升～0.5摩尔/升，更优选为0.35摩尔/升～0.4摩尔/升。所述亚硝酸盐的具体例子可以为NaNO2、KNO2、NH4NO2中的一种或多种，更优选为NaNO2，加入亚硝酸盐的目的是为了引发自催化反应。
上述腐蚀液中，HF和HNO3作为强化剂，对多晶硅的表面进行刻蚀，形成蠕虫状结构。
本发明提供的一种制作多晶硅绒面的方法的具体实施方式包括：
将多晶硅在以上技术方案所述的腐蚀液中进行刻蚀，刻蚀温度为6℃～25℃，刻蚀时间为4分钟～8分钟。
按照本发明，利用上述腐蚀液对多晶硅表面进行刻蚀时，刻蚀温度优选为7℃～20℃，更优选为8℃～15℃。温度过低时，反应不能充分的进行，从而影响绒面的表面质量。如果温度过高，其中的有效成分容易挥发，腐蚀液的稳定性较差。本发明优选的刻蚀时间为4分钟～8分钟，更优选为5分钟～7分钟，更优选为5分钟～6分钟。刻蚀时间过短时，刻蚀效果较差；如果刻蚀时间过长，则可能会将其它的晶面刻蚀掉，从而影响绒面的表面质量。
按照本发明，在将多晶硅利用上述腐蚀液进行刻蚀前，还包括清洗硅片的步骤，清洗硅片目的是去除油污，清洗硅片的方法可以用超声波进行清洗。去除硅片表面的油污后，将硅片放在腐蚀液中进行刻蚀处理，制备绒面。制备绒面后，用清洗液去除多晶硅绒面上的残留物，清洗液可以为纯净水、丙酮、乙醇中的一种或多种。清洗掉多晶硅绒面上的残留物后，将多晶硅片进行甩干处理。
以下以具体实施例说明本发明的效果，但是本发明的保护范围不受实施例的限制。
以下实施例中，多晶硅片规格为125mm×125mm。
实施例1
多晶硅制绒设备为德国产RENA多晶酸制绒设备，配制包括6摩尔/升HNO3、2摩尔/升HF、0.2摩尔/升NaNO2的腐蚀液；
将200片平均厚度为0.2cm、面积为0.4cm2～1cm2的多晶硅碎片放置在图1所示的符合GB12012-89防酸碱标准的容纳袋中，在配制腐蚀液的过程中，将所述容纳袋放置在腐蚀液原液中，开口方向与腐蚀液流动方向相反，约2小时后，腐蚀液变成符合要求的黄色，表明已经完成激活过程；
取超声波清洗后的电阻率为0.5～3Ω·cm的P型多晶硅片在制绒设备中进行腐蚀，温度为15℃，带速为1.3m/min，产品合格率为99.8％。
比较例1
多晶硅制绒设备为德国产RENA多晶酸制绒设备，配制包括6摩尔/升HNO3、2摩尔/升HF、0.2摩尔/升NaNO2的腐蚀液，2小时后，完成配液过程。
取超声波清洗后的电阻率为0.5～3Ω·cm的P型多晶硅片在制绒设备中进行“跑片激活”工序，温度为15℃，带速为1.5m/min，1.5小时后，腐蚀液变成符合要求的黄色，完成腐蚀液的激活过程；
取超声波清洗后的电阻率为0.5～3Ω·cm的P型多晶硅片在制绒设备中进行腐蚀，温度为15℃，带速降为1.3m/min，产品合格率为99.8％。
与比较例1相比，实施例1在配制腐蚀液的过程中完成对腐蚀液的激活工序，减少了“跑片激活工序”，节省时间，提高了工作效率，尤其适合于大规模工业化生产。
以上对本发明所提供的用于制作多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法以及利用该腐蚀液制作多晶硅绒面的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种制作太阳能多晶硅绒面的腐蚀液的激活方法，其特征在于，包括：
将多晶硅碎片置于带有开口的容纳袋中，所述容纳袋为防酸碱布缝制而成；
在配制腐蚀液的过程中，将所述容纳袋置于腐蚀液原液中对腐蚀液进行激活，所述腐蚀液包括HF、HNO3和水。
2.根据权利要求1所述的激活方法，其特征在于，所述容纳袋的开口的大小可以调整。
3.根据权利要求2所述的激活方法，其特征在于，所述容纳袋的开口边缘周围设置有拉绳，所述容纳袋开口的大小通过所述拉绳调整。
4.根据权利要求3所述的激活方法，其特征在于，所述拉绳为弹性拉绳。
5.根据权利要求1所述的激活方法，其特征在于，所述容纳袋的开口方向与腐蚀液的流动方向相反。
6.根据权利要求1至5任一项所述的激活方法，其特征在于，所述腐蚀液中HNO3：HF按照体积比为10：1~2：1。
7.根据权利要求6所述的激活方法，其特征在于，所述配制腐蚀液是在多晶硅制绒设备中进行的。
8.一种制作太阳能多晶硅绒面的方法，其特征在于，包括：
将多晶硅在权利要求1至7任一项所述的激活后的腐蚀液中进行刻蚀，刻蚀温度为6℃~25℃，刻蚀时间为4分钟~8分钟。
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