CN102212885B - 多晶硅太阳能电池片的制绒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种多晶硅太阳能电池片的制绒方法，该方法包括：采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒；采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒；其中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于对其进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比。通过本发明所提供的方法，能够在多晶硅太阳能电池片表面形成比较均匀的绒面结构，进而可提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种多晶硅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，太阳能电池是一种具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，对于多晶硅太阳能电池片而言，其一般通过酸性溶液腐蚀来实现制绒，例如，一般采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片表面进行腐蚀，进而在其表面形成蜂窝状结构。当太阳光照射在腐蚀后的多晶硅太阳能电池片表面时，光线会因为绒面的存在而发生多次反射，进而减小了太阳光的反射率，增加了电池片对太阳光的利用率，最终可提高电池片的光电转换效率。
现有技术中在对多晶硅太阳能电池片进行制绒时常采用质量浓度为550g/L的硝酸和55g/L的氢氟酸作为酸性混合溶液，制绒时间控制在120s左右。但是，依照现有技术对多晶硅太阳能电池片进行制绒后，所得硅片绒面的均匀性较差，不利于提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多晶硅太阳能电池片的制绒方法，该方法能够有效地提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多晶硅太阳能电池片的制绒方法，不会增加制绒时间，该方法包括：
采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒；
采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒；其中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于对其进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比，且对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒和第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的混合溶液的温度均为8～15℃，对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒的制绒时间为50s，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒的制绒时间为70s。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比为10:1。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比为12.5:1。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒时所用硝酸的质量浓度为500g/L，氢氟酸的质量浓度为40g/L。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸的质量浓度为550g/L，氢氟酸的质量浓度为55g/L。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒之后，还包括：
对多晶硅太阳能电池片进行第一次去离子水清洗；
采用氢氧化钾溶液对多晶硅太阳能电池片进行清洗；
对多晶硅太阳能电池片进行第二次去离子水清洗；
采用氢氟酸和盐酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行清洗；
对多晶硅太阳能电池片进行第三次去离子水清洗；
对多晶硅太阳能电池片进行烘干处理。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行第一次、第二次和第三次去离子水清洗均在常温下进行，时间均为15s。
优选的，上述方法中，对多晶硅太阳能电池片进行烘干处理，具体为：在45℃下使多晶硅太阳能电池片在空气中风干。
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的多晶硅太阳能电池片的制绒方法包括：采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒；采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒；其中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于对其进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比。本发明所提供的方法在对多晶硅太阳能电池片进行制绒时分两次进行，且第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比，这样，在第一次制绒过程中，质量浓度比相对较大的硝酸和氢氟酸的混合溶液可对多晶硅太阳能电池片起到抛光作用（即去除多晶硅太阳能电池片表面的损伤层），在第二次制绒过程中，质量浓度比相对较小的硝酸和氢氟酸的混合溶液可对多晶硅太阳能电池片起到制绒作用，因此，本发明所提供的方法，使硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片所起到的抛光和制绒作用分开来进行，最终可在多晶硅太阳能电池片的表面形成比较均匀的绒面结构，所述均匀的绒面结构利于提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。
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多晶硅太阳能电池片制绒方法的流程示意图。
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。
正如背景技术部分所述，依照现有技术对多晶硅太阳能电池片（可简称多晶硅片或硅片）进行制绒后，所得硅片绒面的均匀性较差，不利于提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。发明人研究发现，造成制绒后硅片绒面均匀性较差的原因在于：采用酸性溶液对多晶硅片进行腐蚀进而实现制绒，其过程包括抛光（即去除多晶硅片上的损伤层）和制绒，因此，依据现有工艺采用质量浓度为550g/L的硝酸和55g/L的氢氟酸的混合溶液对硅片进行制绒，制绒时间控制在120s左右，这种制绒方法使得抛光与制绒工艺同时进行，因此，最终导致所得绒面均匀性较差。
基于此，本发明提供了一种多晶硅太阳能电池片的制绒方法，该方法包括：采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒；采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒；其中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于对其进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比。
由上可知，本发明所提供的多晶硅太阳能电池片的制绒方法，针对酸性溶液腐蚀多晶硅片包括抛光和制绒两个过程，因此，使对多晶硅片的制绒过程分两次进行，第一次制绒过程即为对多晶硅片的抛光过程，第二次制绒过程即为对多晶硅片的制绒（形成绒面）过程，由于抛光过程中需要去除多晶硅片表面的损伤层，因此，此过程中所需硝酸和氢氟酸的质量浓度比应该相对较大，而制绒过程中所需硝酸和氢氟酸的质量浓度比可相对较小。故本发明所提供的多晶硅太阳能电池片的制绒方法，通过将制绒过程分两次进行，且控制第一次制绒过程中所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比大于第二次制绒过程中所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比，这样，使所述硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅片的抛光和制绒过程分开，从而可在多晶硅片表面形成比较均匀的绒面结构，进而可提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明所提供的多晶硅太阳能电池片的制绒方法。
参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种多晶硅太阳能电池片的制绒方法流程图，该方法具体包括：
步骤S1：采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒。
本发明实施例在此步骤中所采用的硝酸和氢氟酸的质量浓度比相对较大，具体可以为：采用质量浓度比为12.5:1、体积比为13:2的硝酸和氢氟酸的混合溶液作为酸性溶液，且在第一次制绒过程中控制所述酸性溶液的温度在8～15℃之间，控制制绒时间在50s左右。
对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒的目的是去除多晶硅片表面的损伤层。
步骤S2：采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒；其中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于对其进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比。
此步骤中所采用的硝酸和氢氟酸的质量浓度比相对第一次制绒过程中所用的硝酸和氢氟酸的质量浓度比要小，具体的，可采用质量浓度比为10:1、体积比为13:2的硝酸和氢氟酸的混合溶液作为第二次制绒过程中的酸性溶液，且控制第二次制绒过程中的酸性溶液的温度在8～15℃之间，控制制绒时间在70s左右。
对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒的目的是在多晶硅片表面形成均匀、细致的绒面。
步骤S3：对多晶硅太阳能电池片进行第一次去离子水清洗。
具体的，可以在常温状态下采用喷淋设备对多晶硅太阳能电池片进行第一次去离子水清洗，清洗时间可以为15s左右，洗去多晶硅片上的酸性溶液。
步骤S4：采用氢氧化钾溶液对多晶硅太阳能电池片进行清洗。
在常温状态下采用较低浓度的氢氧化钾溶液对多晶硅太阳能电池片进行喷淋清洗，清洗时间可以为15s左右。
步骤S5：对多晶硅太阳能电池片进行第二次去离子水清洗。
在常温状态下采用喷淋设备对多晶硅太阳能电池片进行第二次去离子水清洗，清洗时间可以为15s左右，洗去多晶硅片上的氢氧化钾溶液。
步骤S6：采用氢氟酸和盐酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行清洗。
在常温状态下采用较低浓度的氢氟酸和盐酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行喷淋清洗，清洗时间可以为15s左右。
步骤S7：对多晶硅太阳能电池片进行第三次去离子水清洗。
在常温状态下采用喷淋设备对多晶硅太阳能电池片进行第三次去离子水清洗，清洗时间可以为15s左右，洗去多晶硅片上的氢氟酸和盐酸的混合溶液。
步骤S8：对多晶硅太阳能电池片进行烘干处理。
在45℃下使多晶硅太阳能电池片在空气中风干。
本发明所提供的多晶硅太阳能电池片的制绒方法，将制绒过程分成两步进行，且两步中所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比不同，第一步中硝酸和氢氟酸的质量浓度比相对较大，可实现对多晶硅片的抛光作用，第二步中硝酸和氢氟酸的质量浓度比相对较小，目的是在多晶硅片表面形成小而均匀的绒面。本发明实施例虽然将多晶硅片的制绒过程分成两步进行，但并未增加整个制绒过程的时间，因此，本发明所提供的方法，在不增加制绒时间的条件下，使得多晶硅片表面形成了小而且较均匀的绒面结构，这种小而均匀的绒面结构不仅可以增加多晶硅太阳能电池片的短路电流，而且可以提高硅片的光电转换效率；同时，小而均匀的绒面结构利于后续工艺的正常进行，不会对电池生产产生不利影响。
下面采用两批完全相同的、电阻率可介于0.5Ω·cm～3Ω·cm之间的、P型多晶硅样品进行实验，每批中包含18个样品，使第一批样品按照本发明所提供的方法进行制绒，使第二批样品按照现有工艺进行制绒，具体过程如下：
使第一批的18个样品均按照如下步骤进行制绒：
a1、采用质量浓度为500g/L的硝酸和40g/L的氢氟酸的混合溶液（硝酸和氢氟酸的体积比为13:2）对多晶硅片进行第一次制绒，控制第一次制绒过程中混合溶液的温度为10℃，控制制绒时间为50s。
b1、采用质量浓度为550g/L的硝酸和55g/L的氢氟酸的混合溶液（硝酸和氢氟酸的体积比为13:2）对多晶硅片进行第二次制绒，控制第二次制绒过程中混合溶液的温度为10℃，控制制绒时间为70s。
c1、在常温状态下对多晶硅片进行第一次去离子水清洗，清洗时间为15s。
d1、在常温状态下采用质量分数为5%的氢氧化钾溶液对多晶硅片进行清洗，清洗时间为15s。
e1、在常温状态下对多晶硅片进行第二次去离子水清洗，清洗时间为15s。
f1、在常温状态下采用质量分数为5%的氢氟酸和质量分数为10%的盐酸的混合溶液对多晶硅片进行清洗，清洗时间为15s。
g1、在常温状态下对多晶硅片进行第三次去离子水清洗，清洗时间为15s。
h1、在45℃下使多晶硅片在空气中风干。
使第二批的18个样品均按照如下步骤进行制绒：
a2、采用质量浓度为550g/L的硝酸和55g/L的氢氟酸的混合溶液（硝酸和氢氟酸的体积比为13:2）对多晶硅片进行一次制绒，控制制绒过程中混合溶液的温度为10℃，控制制绒时间为120s。
b2、在常温状态下对多晶硅片进行第一次去离子水清洗，清洗时间为15s。
c2、在常温状态下采用质量分数为5%的氢氧化钾溶液对多晶硅片进行清洗，清洗时间为15s。
d2、在常温状态下对多晶硅片进行第二次去离子水清洗，清洗时间为15s。
e2、在常温状态下采用质量分数为5%的氢氟酸和质量分数为10%的盐酸的混合溶液对多晶硅片进行清洗，清洗时间为15s。
f2、在常温状态下对多晶硅片进行第三次去离子水清洗，清洗时间为15s。
g2、在45℃下使多晶硅片在空气中风干。
上述两批样品在制绒工艺完成后，依次对其进行扩散制结、沉积减反射膜和印刷电极等工艺，最终制得成品后对所述成品进行电性能测试，所得测试结果分别见表一和表二。
表一示出了第一批样品的电性能测试结果，表二示出了第二批样品的电性能测试结果。由表一和表二对比可知，采用本发明所提供的方法对多晶硅片进行制绒，相对现有技术来说，最终所得产品的短路电流由8.33A提高到了8.36A，其光电转换效率由16.68%提高到了16.76%。
因此，采用本发明所提供的技术方案，在不增加制绒时间的前提下，在多晶硅片表面形成了小而均匀的蜂窝状绒面结构，从而可提高电池片的短路电流，且可提高电池片的光电转换效率。与此同时，小而均匀的绒面结构利于后续工艺的正常进行，不会对后续工艺中电极及背场的印刷造成不利影响。
表一实施例1～18的性能表
表二实施例1～18的性能表
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 (8)
1.一种多晶硅太阳能电池片的制绒方法，其特征在于，包括：
采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒；
采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒；其中，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比小于对其进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比，且对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒和第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的混合溶液的温度均为8～15℃，对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒的制绒时间为50s，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒的制绒时间为70s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比为10:1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒时所用硝酸和氢氟酸的质量浓度比为12.5:1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行第一次制绒时所用硝酸的质量浓度为500g/L，氢氟酸的质量浓度为40g/L。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒时所用硝酸的质量浓度为550g/L，氢氟酸的质量浓度为55g/L。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行第二次制绒之后，还包括：
对多晶硅太阳能电池片进行第一次去离子水清洗；
采用氢氧化钾溶液对多晶硅太阳能电池片进行清洗；
对多晶硅太阳能电池片进行第二次去离子水清洗；
采用氢氟酸和盐酸的混合溶液对多晶硅太阳能电池片进行清洗；
对多晶硅太阳能电池片进行第三次去离子水清洗；
对多晶硅太阳能电池片进行烘干处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行第一次、第二次和第三次去离子水清洗均在常温下进行，时间均为15s。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对多晶硅太阳能电池片进行烘干处理，具体为：在45℃下使多晶硅太阳能电池片在空气中风干。
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