CN102185011A - 太阳能电池片的制绒方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种太阳能电池片的制绒方法。所述方法包括：对所述太阳能电池片的正面进行制绒；对所述太阳能电池片的背面进行抛光。通过本发明所提供的制绒方法，在太阳能电池片的正面形成了低反射率的绒面结构，在其背面形成了高反射率的抛光面结构，所述高反射率的抛光面结构不仅可以增加长波响应，而且减小了背面金属电极与硅片的复合率，提高了开路电压、短路电流、填充因子，因此，可提高太阳能电池片的利用效率。而且，本发明所提供的制绒方法成本较低，工艺简单，可广泛应用于商业化生产中。

Description

太阳能电池片的制绒方法

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能电池片的制绒方法。

背景技术

太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。

目前，太阳能电池片的制造工艺已经标准化，其主要步骤如下：

1.制绒：通过化学反应使原本光亮的硅片表面(包括正面和背面)形成凸凹不平的结构以延长光在其表面的传播路径，从而提高太阳能电池片对光的吸收效率。

2.扩散制结：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。扩散的浓度、深度以及均匀性直接影响太阳能电池片的电性能，扩散进杂质的总量用方块电阻来衡量，杂质总量越小，方块电阻越大。

3.周边刻蚀：该步骤的目的在于去掉扩散制结时在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层。

4.沉积减反射膜：目前主要有两类减反射膜，氮化硅膜和氧化钛膜，主要起减反射和钝化的作用。

5.印刷电极。

6.烧结：使印刷的电极与硅片之间形成合金。

现有技术中关于制绒工艺已经发展的相当成熟。商业化生产中普遍采用低浓度的碱性溶液或酸性溶液来制得比较理想的金字塔状绒面结构或虫孔状绒面结构。但是，随着近几年光伏行业的飞速发展，现有的制绒工艺已经达到瓶颈阶段，这是由于：无论是金字塔状绒面结构还是虫孔状绒面结构，均不可能无限制地降低反射率，提高短路电流来达到提高太阳能电池利用效率的目的。为此，一些实验室开发了反应离子刻蚀技术、蜂窝绒面结构技术、电化学腐蚀技术等来改造绒面结构，进而降低反射率，提高太阳能电池的利用效率，但实验室所作的研究均需高昂的成本和复杂的工艺，因此，难以将其应用于商业化生产中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池片的制绒方法，该方法不仅可以提高太阳能电池片的利用效率，而且可以大规模应用于商业化生产中。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太阳能电池片的制绒方法，所述方法包括：对所述太阳能电池片的正面进行制绒；对所述太阳能电池片的背面进行抛光。

优选的，对所述太阳能电池片的正面进行制绒具体包括：将所述太阳能电池片的正面置于碱性溶液中、背面置于碱性溶液外；对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作；对所述太阳能电池片进行脱水及去除金属离子处理；对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作；将所述太阳能电池片风干。

优选的，对所述太阳能电池片的正面进行制绒具体包括：将所述太阳能电池片的正面置于酸性溶液中、背面置于酸性溶液外；对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作；去除所述太阳能电池片中残余的多孔硅；对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作；对所述太阳能电池片进行脱水及去除金属离子处理；对所述太阳能电池片进行第三漂洗操作；将所述太阳能电池片风干。

优选的，对所述太阳能电池片的背面进行抛光具体包括：将所述太阳能电池片的背面置于抛光溶液中，正面置于抛光溶液外；对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作；对所述太阳能电池片进行清洗；对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作；将所述太阳能电池片风干。

优选的，所述碱性溶液为：体积比为1∶3.5∶6∶180∶40的硅酸钠、氢氧化钠、异丙醇、去离子水和乙二醇的混合溶液。

优选的，所述酸性溶液为：体积比为5∶1∶3∶2的硝酸、氢氟酸、去离子水和硫酸的混合溶液。

优选的，所述抛光溶液为：体积比为1∶3∶200∶80的氢氟酸、硝酸、去离子水和硫酸的混合溶液。

优选的，所述碱性溶液的温度为70℃～85℃，所述太阳能电池片的正面置于碱性溶液中、背面置于碱性溶液外保持10min～45min。

优选的，所述酸性溶液的温度为6℃～11℃，所述太阳能电池片的正面置于酸性溶液中、背面置于酸性溶液外保持8min～12min。

优选的，所述抛光溶液的温度为7℃～15℃，所述太阳能电池片的背面置于抛光溶液中、正面置于抛光溶液外保持30s～90s。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的太阳能电池片的制绒方法，包括：对所述太阳能电池片的正面进行制绒；对所述太阳能电池片的背面进行抛光。通过本发明所提供的制绒方法，在太阳能电池片的正面形成了低反射率的绒面结构，在其背面形成了高反射率的抛光面结构，所述高反射率的抛光面结构不仅可以增加长波响应，而且减小了背面金属电极与硅片的复合率，提高了开路电压、填充因子，因此，可提高太阳能电池片的利用效率。而且，本发明所提供的制绒方法成本较低，工艺简单，可广泛应用于商业化生产中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种太阳能电池片的制绒方法流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种单晶硅正面制绒后的金相显微镜图；

图3为本发明实施例所提供的一种多晶硅正面制绒后的金相显微镜图；

图4为本发明实施例所提供的一种硅片背面抛光后的金相显微镜图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

正如背景技术部分所述，现有技术商业化生产中的制绒工艺已经达到瓶颈阶段，无法再降低硅片的反射率从而提高太阳能电池片的利用效率，而实验室虽然可以通过一些技术手段来改造绒面结构，进而降低反射率，但实验室所作的研究需要高昂的成本和复杂的工艺，故难以将其应用于商业化生产中。发明人研究发现，现有技术中均为通过改造绒面结构来降低反射率，也即，现有技术中仅关注于太阳能电池片的正面绒面结构，通过改造正面绒面结构，进而降低反射率，提高短路电流，最终提高太阳能电池片的利用效率。

基于此，本发明另辟新径，避开正面绒面对太阳能电池利用效率的影响，转而寻求背面结构对电池电性能的影响。考虑到现有技术中制绒工艺多为双面制绒，即硅片双面均没入制绒液中进行制绒，这样势必造成背面(即铝背场面)也是凹凸不平的绒面，在印刷电极时，导电浆料将沿着凹凸不平的绒面上下波动，因此，容易造成空隙，形成高的复合率，不能形成良好的背场反射器，进而影响太阳能电池的利用效率。因此，本发明在对太阳能电池片制绒时，仅对硅片正面进行制绒，而对硅片背面进行抛光，此种制绒方法不仅能提高太阳能电池片的利用效率，而且还能广泛应用于商业化生产中。

参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种太阳能电池片的制绒方法流程图，该方法具体包括：

步骤S1：对所述太阳能电池片的正面进行制绒。

传统工艺中的制绒技术多为双面制绒，即将硅片(太阳能电池片，也可称硅电池片)浸入制绒液中一定时间，所述制绒液与硅片表面发生反应，进而在硅片正面及背面形成凹凸不平的结构。

本发明实施例中仅对硅片正面进行制绒，即，仅使硅片的正面没入制绒液中，而使硅片的背面外露于制绒液外，这样就能实现仅对硅片的正面进行制绒。

具体实施过程，可利用湿法刻蚀设备辊轮控制，另外，还可以在制绒液中添加一定量的硫酸或乙二醇来增加制绒液的密度和粘性，使得所述硅片能够漂浮于制绒液中，且保证硅片的正面置于制绒液中，背面置于制绒液外。

对于单晶硅来说，所述制绒液为碱性溶液，对于多晶硅来说，所述制绒液为酸性溶液。

步骤S2：对所述太阳能电池片的背面进行抛光。

本步骤中将硅片的背面置于抛光溶液中，正面置于抛光溶液外，即，使得所述硅片漂浮于抛光溶液中，且保证硅片背面没入溶液中，仅对硅片的背面进行抛光。

步骤S1和S2的顺序可以互换，对此，本发明并无特别限制。

由上可知，本发明实施例所提供的太阳能电池片的制绒方法，通过对太阳能电池片的正面进行制绒，背面进行抛光，从而在无损正面绒面对短路电流贡献的基础上，得到了较为光滑的背面，进而可增加长波响应，减少因绒面结构而使金属铝和硅片接触不好的现象，减小背面复合率，提高开路电压，同时提高填充因子，最终可提高太阳能电池片的利用效率。且该方法能够被广泛应用于商业化生产中。

实施例二

下面以一具体实施例详细描述本发明所提供的太阳能电池片的制绒方法，该方法具体包括：

步骤S1：对所述太阳能电池片的正面进行制绒。

太阳能电池片，即硅片，分为单晶硅和多晶硅，在制绒工艺中，单晶硅和多晶硅所用的制绒液以及一些工艺条件会有区别，下面分别对两种情况进行描述。

当所述太阳能电池片为单晶硅时，步骤S1又可包括如下几个步骤：

步骤S11：将所述太阳能电池片的正面置于碱性溶液中、背面置于碱性溶液外。

此步骤之前，需要对所述单晶硅进行超声清洗及预处理，之后将其放入制绒槽进行制绒。本实施例中所述制绒槽为湿法刻蚀用的设备。

将单晶硅置于具有碱性溶液的湿法刻蚀设备中，利用辊轮控制所述单晶硅漂浮于碱性溶液中，且所述单晶硅的正面没入溶液中，背面露于溶液外。所述碱性溶液为：体积比为1∶3.5∶6∶180∶40的硅酸钠、氢氧化钠、异丙醇、去离子水和乙二醇的混合溶液。该溶液中特别添加了乙二醇，目的就是增加所述碱性溶液的密度和粘性，使得单晶硅能够漂浮于所述溶液中。控制所述碱性溶液的温度在70℃～85℃之间，且令单晶硅漂浮于该溶液中的时间在10min～45min之间。

步骤S12：对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作。

将漂浮于碱性溶液中的单晶硅取出来后，对其进行第一漂洗操作，即将其放入35℃～55℃的温水隔离槽进行漂洗。

步骤S13：对所述太阳能电池片进行脱水及去除金属离子处理。

第一漂洗操作之后，将所述单晶硅放入氢氟酸溶液或盐酸溶液中进行脱水和去除金属离子处理。

步骤S14：对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作。

将所述单晶硅放入35℃～55℃的温水隔离槽进行第二漂洗操作。

步骤S15：将所述太阳能电池片风干。

通过压缩空气或氮气，将所述单晶硅风干。

参考图2，图2为按照上述步骤所得的单晶硅正面制绒后的金相显微镜图。图中示出了具有金字塔状的凹凸不平的绒面结构，该绒面结构可有效地降低反射率，提高短路电流，进而提高太阳能电池片的利用效率。

当所述太阳能电池片为多晶硅时，步骤S1可包括如下几个步骤：

步骤S101：将所述太阳能电池片的正面置于酸性溶液中、背面置于酸性溶液外。

此步骤之前，需要对所述多晶硅进行超声清洗及预处理，之后将其放入制绒槽进行制绒。本实施例中所述制绒槽为湿法刻蚀用的设备。

将多晶硅置于具有酸性溶液的湿法刻蚀设备中，利用辊轮控制所述多晶硅漂浮于酸性溶液中，且所述多晶硅的正面没入溶液中，背面露于溶液外。所述酸性溶液为：体积比为5∶1∶3∶2的硝酸、氢氟酸、去离子水和硫酸的混合溶液。该溶液中特别添加了硫酸，目的就是增加所述酸性溶液的密度和粘性，使得多晶硅能够漂浮于所述酸性溶液中。控制所述酸性溶液的温度在6℃～11℃之间，且令多晶硅漂浮于该溶液中的时间在8min～12min之间。

步骤S102：对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作。

将漂浮于酸性溶液中的多晶硅取出来后，对其进行第一漂洗操作，即将其放入35℃～55℃的温水隔离槽进行漂洗。

步骤S103：去除所述太阳能电池片中残余的多孔硅。

第一漂洗操作之后，将所述多晶硅放入浓度为5％的氢氧化钾溶液中，将多晶硅上残余的多孔硅去除。

步骤S104：对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作。

将所述多晶硅放入35℃～55℃的温水隔离槽进行第二漂洗操作。

步骤S105：对所述太阳能电池片进行脱水及去除金属离子处理。

第二漂洗操作之后将所述多晶硅放入氢氟酸溶液或盐酸溶液中进行脱水和去除金属离子处理。

步骤S106：对所述太阳能电池片进行第三漂洗操作。

将所述多晶硅放入35℃～55℃的温水隔离槽进行第三漂洗操作。

步骤S107：将所述太阳能电池片风干。

通过压缩空气或氮气，将所述多晶硅风干。

参考图3，图3为按照上述步骤所得的多晶硅正面制绒后的金相显微镜图，图中示出了虫孔状的凹凸不平的绒面结构，此种结构能有效地降低反射率，提高短路电流，提高太阳能电池片的利用效率。

步骤S2：对所述太阳能电池片的背面进行抛光。

步骤S1中对太阳能电池片的正面进行制绒时，根据单晶硅和多晶硅的不同有不同的制绒步骤，本步骤对太阳能电池片的背面进行抛光时，对所述单晶硅和多晶硅的执行步骤均相同。本步骤具体可包括如下几个步骤：

步骤S21：将所述太阳能电池片的背面置于抛光溶液中，正面置于抛光溶液外。

将硅片置于具有抛光溶液的湿法刻蚀设备中，利用辊轮控制使得所述硅片漂浮于该抛光溶液中，且硅片的背面没入溶液中，正面露于溶液外。所述抛光溶液为：体积比为1∶3∶200∶80的氢氟酸、硝酸、去离子水和硫酸的混合溶液。该溶液中特别添加了硫酸，目的是增加所述抛光溶液的密度和粘性，使得硅片能够漂浮于所述抛光溶液中。控制所述抛光溶液的温度在7℃～15℃之间，且令硅片漂浮于该溶液中的时间在30s～90s之间。

需要说明的是，抛光溶液并不限制于此步骤中所述的酸性的混合溶液，还可以为碱性的混合溶液，对此，本发明并无特别限制。

步骤S22：对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作。

将漂浮于抛光溶液中的硅片取出来后，对其进行第一漂洗操作，即将其放入35℃～55℃的温水隔离槽进行漂洗。

步骤S23：对所述太阳能电池片进行清洗。

第一漂洗操作之后，将所述硅片放入氢氧化钾溶液中进行清洗。

步骤S24：对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作。

将所述硅片放入35℃～55℃的温水隔离槽进行第二漂洗操作。

步骤S25：将所述太阳能电池片风干。

通过压缩空气或氮气，将所述硅片风干。

参考图4，图4为按照步骤S2所得的硅片背面抛光后的金相显微镜图。由图可看出，抛光后的硅片的背面比较平整、光滑，相邻硅原子的高度相差不大，因此，依靠此种结构可形成良好的背场反射器，提高金属铝与硅片的结合力，减小背面复合率，提高开路电压及填充因子，最终提高太阳能电池片的利用效率。

实施例三

提供两批相同的P型单晶硅样品和两批相同的P型多晶硅样品，电阻率可介于1Ω·cm～6Ω·cm之间，每批中均包含10个样品。第一批和第二批样品为单晶硅，第三批和第四批样品为多晶硅。

将第一批样品按照现有技术进行双面制绒，具体实施过程可以为：对所述第一批样品进行超声清洗及预处理；将第一批样品浸入实施例二中所述碱性溶液中，在80℃下制绒30min；制绒后将所述第一批样品置于45℃的温水隔离槽进行第一漂洗操作；第一漂洗操作后将所述第一批样品置于盐酸溶液中进行脱水和去除金属离子处理；之后将所述第一批样品置于45℃的温水隔离槽进行第二漂洗操作；最后将第一批样品风干。

所述第一批样品也可以这样进行制绒：对所述第一批样品进行超声清洗及预处理；按照实施例二中步骤S11～S15，对第一批样品的正面进行制绒；之后将所述第一批样品翻转，仍然执行步骤S11～S15，所不同的是：翻转后令单晶硅的背面置于碱性溶液中，正面置于碱性溶液外，对单晶硅的背面进行制绒。

将第二批样品按照本发明所提供的制绒方法进行制绒，即：对所述第二批样品进行超声清洗及预处理；按照实施例二中步骤S11～S15，对第二批样品的正面进行制绒，按照实施例二中步骤S21～S25，对第二批样品的背面进行抛光。制绒时间和温度等相关数据与第一批样品相同。

将第三批样品按照现有技术进行双面制绒，具体实施过程可以为：对所述第三批样品进行超声清洗及预处理；将第三批样品浸入实施例二中所述酸性溶液中，在10℃下制绒10min；制绒后将所述第三批样品置于45℃的温水隔离槽进行第一漂洗操作；第一漂洗操作后将所述第三批样品置于5％的氢氧化钾溶液中去除多晶硅上残余的多孔硅；之后将所述第三批样品置于45℃的温水隔离槽进行第二漂洗操作；第二漂洗操作之后将所述第三批样品置于盐酸溶液中进行脱水和去除金属离子处理；之后将所述第三批样品置于45℃的温水隔离槽进行第三漂洗操作；最后将第三批样品风干。

所述第三批样品也可以这样进行制绒：对所述第三批样品进行超声清洗及预处理；按照实施例二中步骤S101～S107，对第三批样品的正面进行制绒；之后将所述第三批样品翻转，仍然执行步骤S101～S107，所不同的是：翻转后令多晶硅的背面置于酸性溶液中，正面置于酸性溶液外，对多晶硅的背面进行制绒。

将第四批样品按照本发明所提供的制绒方法进行制绒，即：对所述第四批样品进行超声清洗及预处理；按照实施例二中步骤S101～S107，对第四批样品的正面进行制绒，按照实施例二中步骤S21～S25，对第四批样品的背面进行抛光。制绒时间和温度等相关数据与第三批样品相同。

对制绒后的第一批、第二批、第三批和第四批样品进行电性能测试，测试结果分别见表一、表二、表三和表四。

由下面四个表可看出，无论是单晶硅还是多晶硅，采用本发明所提供的制绒方法，相对现有技术的制绒方法来说，其开路电压、短路电流均有了一定幅度的提高，单晶硅的转换效率平均值由17.40％提高到17.66％，提高了0.26％，多晶硅的转换效率平均值由16.1096％提高到16.3386％，提高了0.229％。

因此，采用本发明所提供的技术方案，在不影响正面绒面对太阳能电池片贡献的前提下，通过对硅片背面进行抛光，可以形成良好的铝背场，有效地提高了太阳能电池片的开路电压、短路电流、填充因子，最终提高了太阳能电池片的利用效率。

表一

表二

表三

表四

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池片的制绒方法，其特征在于，包括：

对所述太阳能电池片的正面进行制绒；

对所述太阳能电池片的背面进行抛光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述太阳能电池片的正面进行制绒具体包括：

将所述太阳能电池片的正面置于碱性溶液中、背面置于碱性溶液外；

对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作；

对所述太阳能电池片进行脱水及去除金属离子处理；

对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作；

将所述太阳能电池片风干。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述太阳能电池片的正面进行制绒具体包括：

将所述太阳能电池片的正面置于酸性溶液中、背面置于酸性溶液外；

对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作；

去除所述太阳能电池片中残余的多孔硅；

对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作；

对所述太阳能电池片进行脱水及去除金属离子处理；

对所述太阳能电池片进行第三漂洗操作；

将所述太阳能电池片风干。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述太阳能电池片的背面进行抛光具体包括：

将所述太阳能电池片的背面置于抛光溶液中，正面置于抛光溶液外；

对所述太阳能电池片进行第一漂洗操作；

对所述太阳能电池片进行清洗；

对所述太阳能电池片进行第二漂洗操作；

将所述太阳能电池片风干。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液为：体积比为1∶3.5∶6∶180∶40的硅酸钠、氢氧化钠、异丙醇、去离子水和乙二醇的混合溶液。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液为：体积比为5∶1∶3∶2的硝酸、氢氟酸、去离子水和硫酸的混合溶液。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述抛光溶液为：体积比为1∶3∶200∶80的氢氟酸、硝酸、去离子水和硫酸的混合溶液。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液的温度为70℃～85℃，所述太阳能电池片的正面置于碱性溶液中、背面置于碱性溶液外保持10min～45min。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液的温度为6℃～11℃，所述太阳能电池片的正面置于酸性溶液中、背面置于酸性溶液外保持8min～12min。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述抛光溶液的温度为7℃～15℃，所述太阳能电池片的背面置于抛光溶液中、正面置于抛光溶液外保持30s～90s。

Images