CN102254992A

CN102254992A - 新型多晶硅制绒工艺

Info

Publication number: CN102254992A
Application number: CN2011101854655A
Authority: CN
Inventors: 王应民; 程泽秀; 李清华; 李�禾
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明为新型多晶硅制绒工艺，结合了电化学腐蚀和化学酸腐蚀制绒特点。首先采用电化学腐蚀法对多晶硅进行刻蚀，然后采用化学酸腐蚀法进行二次腐蚀。不仅能够克服化学酸腐蚀过程中腐蚀速度不易控制等问题，同时也能解决电化学腐蚀法中腐蚀不均匀等问题。本发明新型多晶硅制绒工艺具有高的稳定性，制备的多晶硅太阳能电池具有低的反射率及高的光电转化效率，具有比较好的开发价值。

Description

新型多晶硅制绒工艺

技术领域

本发明是涉及多晶硅制绒工艺，更具体的说是结合电化学刻蚀方法与化学腐蚀方法的特点，制备出具有低反射率，且与太阳能电池后续工艺相适应的多晶硅绒面。

背景技术

众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标。多晶硅太阳电池在光伏太阳电池中最具代表性，具备光电转换效率高、成本低、性能稳定、抗辐射能力强等特点。多晶硅太阳电池发电能否取代化石等常规能源，关键在于其成本能否下降到可与常规能源相竞争。多晶硅太阳电池降低成本的有效途径之一是提高其光电转换效率。目前，提高多晶硅太阳能电池光电转换效率的方法很多，其中降低光在太阳电池表面反射损失是提高光电转换效率的重要方法之一。

本专利结合电化学腐蚀方法和化学酸腐蚀方法特点，制备高性能的多晶硅绒面，提高太阳电池光电转换效率。

发明内容

在多晶硅太阳能电池的制造工艺中，制绒工艺是一个特别重要的环节，既需要清除硅晶片表面的损伤，同时还需要降低多晶硅表面反射率。

本发明的技术方案是这样的：一、p型多晶硅片经过清洗后，采用40％的氢氟酸与99.7％的无水乙醇的混合液，将多晶硅片放置于不同配比的腐蚀溶液中，通过电化学工作站控制电流密度，或工作电位，或恒定电位，或脉冲电流，或脉冲电位。在不同腐蚀时间、不同腐蚀温度条件下刻蚀多晶硅片表面，用去离子水反复洗净。

二、采用化学腐蚀法对刻蚀后的多晶硅片表面进行二次处理，得到高性能的多晶硅绒面。将刻蚀后的多晶硅片在化学酸腐蚀溶液或碱腐蚀溶液中进行二次处理，去除多晶硅表面的疏松多孔结构，最后用去离子水反复洗净多晶硅片，制备出低反射率的多晶硅片的绒面。

三，通过上述方法，制备的多晶硅绒面质量可控，反射率低，可以提高多晶硅太阳电池的光电转换效率。该工艺具有稳定性好，制造成本低等特点。

所制备的多晶硅片绒面的方法，通过如下步骤实现：

一、首先将p型多晶硅片放置于体积为H₂SO₄∶H₂O₂＝3∶1清洗液中，在室温条件浸泡至不起反应为止，用以除去表面的有机污染物，然后用二次去离子水冲洗干净，浸泡于20％HF溶液中一定时间去除表面氧化层，再分别用丙酮和乙醇进行超声波清洗以清除表面残留的杂质，最后用二次去离子水清洗干净。

二、将清洗干净的硅片放入盛有腐蚀液的电解池内对硅片进行电化学刻蚀，腐蚀溶液为HF-C₂H₅OH，或HF-C₂H₅OH-H₂O₂，或HF-C₂H₅OH-CrO₃，或HF-C₂H₅OH-HNO₃混合溶液，通过改变电流密度和刻蚀时间制备不同表面结构的多晶硅。

三、将刻蚀后的硅片进行化学酸腐蚀，化学酸腐蚀液为HF-H₂O₂，或HF-CrO₃，或HF-HNO₃混合溶液，其中H₂O₂、CrO₃、HNO₃是强氧化剂，HF酸是络合剂，其中强氧化剂给硅表面提供空穴，打破了硅表面的Si-H键，使硅氧化为SiO₂，然后HF酸溶解SiO₂，生成溶于水络合物H₂SiO₆。通过添加少量NH₄NO₃和NaNO₂调节腐蚀速度，控制多晶硅表面腐蚀形貌，减少光反射，增强光吸收。

附图说明

图1为多晶硅电化学腐蚀装置

图2为多晶硅腐蚀后绒面扫描电镜形貌

具体实施方式

首先将多晶硅片在氟化物溶液或碱性溶液中进行电化学刻蚀，然后采用化学腐蚀法对刻蚀后的多晶硅片表面进行二次处理，去除多晶硅表面疏松多孔结构，制备出适合多晶硅太阳能电池后续工艺的多晶硅绒面。

具体实施方式如下：

实例1：

一、多晶硅电化学刻蚀法方法的具体步骤：1)首先将电阻率为1.0Ω·cm～3.0Ω·cm的p型多晶硅片依次在体积为H₂SO₄∶H₂O₂＝3∶1清洗液、20％HF溶液、丙酮和乙醇溶液中清洗，最后用去离子水反复清洗；2)将清洗干净的多晶硅片放置于体积为HF∶C₂H₅OH＝1∶2～1∶1腐蚀溶液的电解池中，将电解池与电化学工作站连接，通过电化学工作站控制电流密度为5mA/cm²～30mA/cm²，反应温度为10℃～20℃，刻蚀时间为30s～600s。其中电化学工作站采用三电极体系，硅片为工作电极，铂片为辅助电极，参比电极采用饱和甘汞电极，通过盐桥与工作电极连接；3)刻蚀后的多晶硅片去离子水反复清洗干净。

二、采用化学酸腐蚀法对刻蚀后的多晶硅片表面进行二次处理，去除多晶硅表面疏松多孔结构。具体步骤：1)在体积为HF-H₂O₂＝4∶1～2∶1腐蚀液，反应温度为5℃～15℃，腐蚀时间为20s～60s，添加少量NH₄NO₃和NaNO₂调节腐蚀速度，控制多晶硅表面腐蚀形貌；2)腐蚀后硅片立即用去离子水冲洗，然后用1％NaOH溶液清洗20s，随后用1％HCl漂洗，去离子水反复洗净，制备出反射率低于16％、绒面腐蚀坑深度在2～6微米的多晶硅绒面，满足制备高效多晶硅太阳电池的绒面且能与目前太阳电池后续工艺相适应的要求。

实例2：

一、多晶硅电化学刻蚀法方法的具体步骤：1)首先将电阻率为1.0Ω·cm～3.0Ω·cm的p型多晶硅片置于体积为H₂SO₄∶H₂O₂＝3∶1清洗液、20％HF溶液、丙酮和乙醇溶液中清洗，最后用去离子水反复清洗；2)将清洗干净的多晶硅片放置于体积为HF∶C₂H₅OH∶H₂O₂＝1∶2∶0.5～1∶1∶0.5腐蚀溶液的电解池中，将电解池与电化学工作站连接，通过电化学工作站控制恒定电位为1V～10V，反应温度为10℃～20℃，刻蚀时间为30s～600s。其中电化学工作站采用三电极体系，硅片为工作电极，铂片为辅助电极，参比电极采用饱和甘汞电极，通过盐桥与工作电极连接；3)刻蚀后的多晶硅片去离子水反复清洗干净。

二、采用化学酸腐蚀法对刻蚀后的多晶硅片表面进行二次处理，去除多晶硅表面疏松多孔结构。具体步骤：1)在体积为HF-HNO₃＝3∶1～2∶1腐蚀液，反应温度为5℃～15℃，腐蚀时间为10s～50s，添加少量NH₄NO₃和NaNO₂调节腐蚀速度，控制多晶硅表面腐蚀形貌；2)腐蚀后硅片立即用去离子水冲洗，然后用1％NaOH溶液清洗20s，随后用1％HCl漂洗，去离子水反复洗净，制备出反射率低于16％、绒面腐蚀坑深度在2～6微米的多晶硅绒面，满足制备高效多晶硅太阳电池的绒面且能与目前太阳电池后续工艺相适应的要求。

Claims

1.本发明是新型多晶硅制绒工艺，结合了电化学腐蚀法和化学酸腐蚀法腐蚀优点，降低多晶硅绒面反射率，提高多晶硅太阳电池的光电转换效率。

2.如专利权利要求书1所述的新型多晶硅制绒工艺，其特征是采用电化学腐蚀法对多晶硅进行刻蚀，然后采用化学酸腐蚀法进行二次腐蚀后处理。

3.如专利权利要求书1或2所述的新型多晶硅制绒工艺，其特征是采用电化学工作站为电化学腐蚀系统提供恒定电流，或恒定电位，或脉冲电流，或脉冲电位。

4.如专利权利要求书1或2所述的新型多晶硅制绒工艺，其特征是电化学腐蚀溶液为HF-C₂H₅OH，或HF-C₂H₅OH-H₂O₂，或HF-C₂H₅OH-CrO₃，或HF-C₂H₅OH-HNO₃混合溶液。

5.如专利权利要求书1或2所述的新型多晶硅制绒工艺，其特征是化学酸腐蚀液为HF-H₂O₂，或HF-CrO₃，或HF-HNO₃混合溶液，加入少量NH₄NO₃和NaNO₂增强溶液稳定性的作用，调节腐蚀速度，控制多晶硅表面腐蚀形貌。