CN102277574B

CN102277574B - 单晶硅太阳电池及其的腐蚀液、制绒方法和制备方法和光伏组件

Info

Publication number: CN102277574B
Application number: CN2011102331626A
Authority: CN
Inventors: 高艳杰; 霍桢潮; 雷浩
Original assignee: Yingli Energy China Co Ltd
Current assignee: Yingli Energy China Co Ltd
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-08-15
Also published as: CN102277574A

Abstract

本发明提供一种用于<111>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液包括：3wt％～8wt％的氢氧化钾、0.0005wt％～0.01wt％的异丙醇、2wt％～6wt％的硅酸钠和余量的纯水。本发明还提供一种单晶硅太阳电池的制绒方法，其是使用上述腐蚀液在50℃～70℃对<111>晶向单晶硅片进行腐蚀。本发明还提供一种应用了上述腐蚀液和制绒方法的单晶硅电池片的制备方法，以及基体材料为<111>晶向的单晶硅太阳电池，和由上述单晶硅电池制成的光伏组件。该<111>晶向的单晶硅太阳电池强度较高，碎片率低。

Description

单晶硅太阳电池及其的腐蚀液、制绒方法和制备方法和光伏组件

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，特别涉及单晶硅太阳电池及其的腐蚀液、制绒方法和制备方法和光伏组件。

背景技术

近年来，随着工业化进程的加进，煤炭、石油和天然气等常规能源日益枯竭，并且一系列环保问题伴随出现，如何摆脱上述常规能源在数量以及环保压力的限制，寻求一种新型绿色能源已成为当今诸多国家的主要研究对象。太阳能作为一种可再生的绿色能源已逐渐在全球范围内得到快速的发展。随着太阳能发电技术的日益成熟，太阳能电池已在工业、农业和航天等诸多领域取得广泛应用。

太阳电池是通过光电效应将光能转化成电能的装置。目前，根据所用材料的不同，太阳电池可分为：硅太阳电池、化合物薄膜太阳电池和聚合物多层修饰电极型太阳电池、有机太阳电池和纳米晶太阳电池。其中，硅太阳电池发展最为成熟，在应用中占主导地位。

硅太阳电池又分为晶体硅太阳电池和硅薄膜太阳电池。晶体硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。多晶硅太阳电池的成本较为低廉，但规模生产的转换效率较低，约为15％～17％，同时随着硅片厚度的不断降低，碎片率也有所提升。相对于多晶硅太阳电池，单晶硅电池具有较高的转换效率，规模化生产的效率约为18％～20％，因此单晶硅太阳电池应用较为广泛。

现有的单晶硅太阳电池是以<100>晶向单晶硅片为原料硅片，其制备工艺具体为：将<100>晶向单晶硅片首先进行清洗，然后用碱液对硅片制绒后进行掺杂扩散，硅片上形成PN结，再对硅片周边进行刻蚀后进行镀膜、印刷、烧结，制得单晶硅太阳电池。现有的单晶硅太阳电池硅片厚度通常为180μm～220μm，碎片率较高电池碎片率较高，一般为5％以上，由此也使得单晶硅电池的生产成本较高。

发明内容

相对于<100>晶向单晶硅片，<111>晶向单晶硅片的解离面为{111}面，{111}面硅原子排列密度高，因此，<111>晶向单晶硅片的强度较高，使用<111>晶向单晶硅片制备单晶硅太阳电池可降低碎片率，进而降低生产成本。

在单晶硅太阳电池的制备工艺，制绒是最关键的工艺之一，单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样，因此将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，即可在硅片表面产生出许多细小的金字塔外观，这一过程称为制绒。制绒的作用是在单晶硅表面形成金字塔状绒面，提高硅片的陷光作用。<100>晶向单晶硅片可以在70℃～80℃温度下用质量分数为2％的NaOH或KOH加异丙醇溶液进行各向异性的腐蚀，产生分布无序的向上的金字塔。但是，由于<111>晶向与<100>晶向单晶硅片结构上的差异，使得现有的制绒工艺不适于对<111>晶向单晶硅片，由此限制了<111>晶向的单晶硅在太阳电池领域的应用。

本发明要解决的技术问题是提供一种用于<111>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液、单晶硅太阳电池的制绒方法、单晶硅太阳电池的制备方法和单晶硅太阳电池，以实现<111>晶向单晶硅片在单晶硅太阳电池领域的应用，降低单晶硅太阳电池的碎片率。

有鉴于此，本发明提供一种用于<111>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液，包括：3wt％～8wt％的氢氧化钾、0.0005wt％～0.01wt％的异丙醇、2wt％～6wt％的硅酸钠和余量的纯水。

优选的，包括：4wt％～7.5wt％的氢氧化钾。

优选的，包括：0.0025wt％～0.008wt％的异丙醇。

本发明还提供一种单晶硅太阳电池的制绒方法，包括：使用上述腐蚀液在50℃～70℃对<111>晶向单晶硅片进行腐蚀。

优选的，所述腐蚀的时间为16min～21min。

本发明还提供一种单晶硅太阳电池制备方法，包括：

将<111>晶向的单晶硅片进行清洗；

将清洗后的单晶硅电池片进行制绒，具体为：使用腐蚀液在50℃～70℃对清洗后的<111>晶向单晶硅片进行腐蚀，所述腐蚀液包括：3wt％～8wt％的氢氧化钾、0.0005wt％～0.01wt％的异丙醇、2wt％～6wt％的硅酸钠和余量的纯水；

将制绒后的单晶硅电池片依次进行扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结，得到单晶硅电电池片。

优选的，所述腐蚀的时间为16min～21min。

优选的，所述扩散的温度为650℃～1050℃，时间为30min～120min。

本发明还提供一种单晶硅太阳电池，其基体材料为<111>晶向的单晶硅片。

本发明还提供一种光伏组件，包括基板和密封于所述基板侧边的密封部；所述基板包括依次设置的：面板、面胶膜、电池片、背胶膜和背板；所述电池片由上述单晶硅太阳电池组合构成。

本发明提供一种用于<111>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液，包括：3wt％～8wt％的氢氧化钾、0.0005wt％～0.01wt％的异丙醇、2wt％～6wt％的硅酸钠和余量的纯水。相对于现有<100>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液，本发明根据<111>晶向单晶硅的硅原子排列紧密的特点，提高了碱的浓度，同时为了控制腐蚀液对<111>晶向单晶硅具有合适的腐蚀速度，保持腐蚀液对<111>晶向单晶硅的各向异性，本发明还相应降低了异丙醇，提高了硅酸钠的浓度，以保证在<111>晶向单晶硅表面形成连续的金字塔结构。

本发明还提供一种单晶硅太阳电池的制绒方法，该方法是采用上述腐蚀液对<111>晶向的单晶硅片进行制绒，同时对腐蚀温度进行调整，以保证金字塔结构的完整性，且具有合适的绒面面积。按照上述方法可实现对<111>晶向的单晶硅片进行制绒工序，制绒后在单晶硅片表面形成连续均匀的金字塔结构。将按照此方法制绒后的硅片依次进行扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结得到的单晶硅电电池片具有较低的碎片率。

附图说明

图1为实施例4制绒后的单晶硅表面电镜扫描图；

图2为实施例1制得的光伏组件结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，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。

本发明公开了一种用于<111>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液，包括：3wt％～8wt％的氢氧化钾、0.0005wt％～0.01wt％的异丙醇、2wt％～6wt％的硅酸钠和余量的纯水。

腐蚀液中的KOH、异丙醇、硅酸钠三者浓度比例决定着溶液的腐蚀速率和角锥体形成情况。碱对硅的择优腐蚀是金字塔形成的本质，缺陷、沾污、异丙醇及硅酸钠含量会影响金字塔的连续性及金字塔大小。本发明提供的腐蚀液配方中，碱不使用氢氧化钠，只使用氢氧化钾，以避免钠离子沾污单晶硅片，同时工艺也较易控制；由于<111>晶向单晶硅硅原子排列紧密，因此本发明增大KOH碱溶液浓度，将KOH的浓度调整为3wt％～8wt％，优选为4wt％～7.5wt％，碱含量的提高有助于加快反应速度，其反应式为：Si+2KOH+H₂O→K₂SiO₃+2H₂。

但是，反应速度过快则会造成腐蚀的各向的异性因子变小，绒面变差，难以形成金字塔结构。同时，反应的加剧还会出现片子的漂浮，造成碎片率的增加。为此本发明相应调配腐蚀液中的其他组分以使其对<111>晶向的单晶硅片具有合适的腐蚀速度。

首先，本发明适当降低了异丙醇浓度，将异丙醇的浓度控制为0.0005wt％～0.01wt％，优选为0.0025wt％～0.008wt％。腐蚀液体系中异丙醇作用是降低硅片表面张力，减少碱反应产物H₂气泡在硅片表面的粘附，使硅片的金字塔更加均匀一致。气泡的密度、直径和腐蚀反应的速率限定了硅片表面织构的几何特征。气泡的大小以及在硅片表面停留的时间，与溶液的粘度、表面张力有关系，故需要异丙醇来调节溶液的粘滞特性。当KOH的含量处于上述范围时，异丙醇浓度的下降有助于改善腐蚀速率，增加了腐蚀的各向异性，有利于金字塔结构的成形。此外，低浓度的异丙醇还不易挥发，进而保证异丙醇在腐蚀过程中的调节作用，提高晶面择优性。

其次，本发明还提高了硅酸钠的浓度，将硅酸钠的浓度调整为2wt％～6wt％，优选为3wt％～5wt％。硅酸钠腐蚀液体系中呈胶体状态，大大的增加了溶液的粘稠度，对腐蚀液中OH-从腐蚀液向反应界面的输运过程具有缓冲作用，使得大批量腐蚀加工单晶硅绒面时，溶液中碱含量具有较宽的工艺公差范围，提高了产品工艺加工质量的稳定性和溶液的可重复性。此外适当增大硅酸钠浓度还起到减缓、成核作用。

综上所述，本发明根据<111>晶向单晶硅的硅原子排列紧密的特点，提高了碱的浓度，同时为了控制腐蚀液对<111>晶向单晶硅具有合适的腐蚀速度，保持腐蚀液对<111>晶向单晶硅的各向异性，本发明还相应降低了异丙醇，提高了硅酸钠的浓度，以保证在<111>晶向单晶硅表面形成连续的金字塔结构。

本发明提供的上述腐蚀液可以按照如下方法制备：

按照重量比，向纯水中加入氢氧化钾、异丙醇和硅酸钠，搅拌15～20分钟后即得。

本发明实施例公开了一种单晶硅太阳电池的制绒方法，包括：使用腐蚀液在50℃～70℃对<111>晶向单晶硅片进行腐蚀，所述腐蚀液包括：3wt％～8wt％的氢氧化钾、0.0005wt％～0.01wt％的异丙醇、2wt％～6wt％的硅酸钠和余量的纯水。

该方法以<111>晶向单晶硅片为原料硅片，使用上述腐蚀液对硅片进行制绒处理，同时对腐蚀温度进行控制，选用50℃～70℃的腐蚀温度，腐蚀温度过高会破坏角锥体的几何形状，同时腐蚀温度的降低有助于降低异丙醇的挥发，提高晶面选择优性；腐蚀温度过低，则会造成反应速度过慢。腐蚀温度优选设为55℃～65℃。

腐蚀时间优选为16min～21min，研究发现，腐蚀10分钟后金字塔的绒面已经“成核”，只是大小并不均匀，随着时间的延长，金字塔结构向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等。腐蚀时间过长，绒面面积偏大对电池反射反而不利；腐蚀时间过短，形成的金字塔结构不够均匀。

该方法采用上述腐蚀液对<111>晶向的单晶硅片进行制绒，同时对腐蚀温度进行调整，以保证金字塔结构的完整性，且具有合适的绒面面积。按照上述方法可实现对<111>晶向的单晶硅片进行制绒工序，制绒后在单晶硅片表面形成连续均匀的金字塔结构。

此外，本发明还提供一种单晶硅电池的制备方法，包括：

将<111>晶向单晶硅片进行清洗；

将制绒后的单晶硅电池片依次进行扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结，得到单晶硅电池片。

上述方法是首先对<111>晶向单晶硅片进行清洗，然后按照上述方法进行制绒，在<111>晶向单晶硅片表面形成金字塔的绒面结构，增强了硅片对入射太阳光的吸收。

然后需要对制绒后的<111>晶向单晶硅片进行扩散，制备PN结，扩散前优选对<111>晶向单晶硅片进行酸洗，洗去硅片表面附着的金属离子。

由于{111}面原子排列密度比{100}面高低，故扩散速度相对较慢，相同温度下，扩散时间优选为<100>晶向单晶硅扩散时间的1.5～5倍。本发明中，扩散温度优选为650℃～1050℃，扩散时间优选为30min～120min。

扩散后的硅片在侧边也存在PN结，而侧边的PN结是不需要的，只有刻蚀掉，才能形成电池核心。刻蚀后需要对硅片进行镀膜，用于减少反射；然后再进行印刷、烧结和测试分选后便得到单晶硅太阳电池，其中扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结可以采用现有的<100>晶向单晶硅太阳电池的相应工艺，本发明对此并无特别限制。上述方法既适用于制作P型单晶硅太阳电池，又适用于制作N型单晶硅太阳电池。

本发明提供的单晶硅太阳能电池制备方法是以<111>晶向的单晶硅片为硅片原料，采用上述方法对清洗后的硅片进行制绒，然后再进行扩散、刻蚀、镀膜、印刷、烧结和测试分选后制得，由于<111>晶向的单晶片强度较高，因此按照上述方法制备出的单晶硅太阳电池碎片率较低，由此降低生产成本。

本发明还提供一种单晶硅太阳电池，其基体材料为<111>晶向的单晶硅片。由于<111>晶向的单晶片强度较高，因此该单晶硅太阳电池碎片率较低，降低生产成本较低。

相应的，本发明还提供一种光伏组件，该组件包括基板和密封于所述基板侧边的密封部，如图2所示为本发明提供的光伏组件的结构示意图，基板包括：面板1、面胶膜2、电池片3、背胶膜4和背板5，其中电池片3由上述单晶硅太阳电池组合构成。

上述光伏组件的面板1、面胶膜2、背板5和背胶膜4可以采用现有光伏组件的相应结构，如采用钢化玻璃面板、EVA胶膜或PVB胶膜、背板膜等。密封部通常采用铝边框。

由于本发明提供的光伏组件的单晶太阳电池具有较高的强度，由此也提升了光伏组件的力学性能。

本发明提供的光伏组件可以按照如下方式制备：

将一定数量的上述单晶硅太阳电池串联后并联，组合构成电池片组；

将面板、背胶膜、电池片、面胶膜、面板依次叠放后真空热压成型，得到基板；

用铝边框对基板的四边进行包覆，得到光伏组件。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的单晶硅太阳电池的腐蚀液、制绒方法和单晶硅电池片及其制备方法进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下实施例中的单晶硅片均是英利能源有限公司提供的<111>晶向的单晶硅片。

实施例1

向90.9945g纯水中加入5gKOH、0.0055g异丙醇和4g硅酸钠，搅拌18分钟后即得。

实施例2

向94.4985g纯水中加入3.5gKOH、0.0015g异丙醇和2g硅酸钠，搅拌20分钟后即得。

实施例3

向86.992g纯水中加入7.5gKOH、0.008g异丙醇和5.5g硅酸钠，搅拌15分钟后即得。

实施例4

1、将<111>晶向的P型单晶硅片进行清洗；

2、将清洗后的单晶硅片浸入盛有实施例1制得的腐蚀液的制绒槽内，腐蚀液温度为60℃，腐蚀18分钟后将单晶硅片取出。如图1所示为本实施例制绒后的单晶硅表面电镜扫描图，单晶硅表面形成连续均匀的金字塔结构。

3、在高温扩散炉内对步骤2得到的单晶硅片使用进行扩散，扩散温度为800℃，扩散时间为60min，磷源为POCl₃。

4、对扩散后的硅片进行刻蚀。

5、在300℃～450℃对刻蚀后的硅片进行镀单层氮化硅膜。

6、使用银浆对镀膜后的硅片进行丝网印刷。

7、印刷后，置于烧结炉内在750℃～980℃烧结15min，制得厚度为180μm的P型单晶硅电池片。

按照上述方法连续制备单晶硅电池片，测得其碎片率为0.03％。

8、将步骤7制得的单晶硅太阳电池串联后并联，组合构成电池片组。

9、将背板、背胶膜、电池片、面胶膜、面板依次叠放后真空热压成型，得到基板。

10、用铝边框对基板的四边进行包覆，得到光伏组件。

实施例5

1、将<111>晶向的N型单晶硅片进行清洗；

2、将清洗后的单晶硅片浸入盛有实施例2制得的腐蚀液的制绒槽内，腐蚀液温度为50℃，腐蚀20分钟后将单晶硅片取出，单晶硅表面形成连续均匀的金字塔结构。

3、在高温扩散炉内对步骤2得到的单晶硅片使用进行扩散，扩散温度为950℃，扩散时间为120min，硼源为BBr₃。

4、对扩散后的硅片进行刻蚀。

5、在300℃～450℃对刻蚀后的硅片进行镀单层氮化硅膜。

6、使用银浆对镀膜后的硅片进行丝网印刷。

7、印刷后，置于烧结炉内在750℃～980℃烧结15min，制得厚度为200μm的N型单晶硅电池片。

按照上述方法连续制备单晶硅电池片，测得其碎片率为0.15％。

10、用铝边框对基板的四边进行包覆，得到光伏组件。

实施例6

1、将N型<111>晶向的单晶硅片进行清洗；

2、将清洗后的单晶硅片浸入盛有实施例3制得的腐蚀液的制绒槽内，腐蚀液温度为70℃，腐蚀16分钟后将单晶硅片取出，单晶硅表面形成连续均匀的金字塔结构。

步骤3～步骤10与实施例5相同。制得的单晶硅太阳电池的硅片厚度为220μm，按照上述方法连续制备单晶硅电池片，测得其碎片率为0。

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。

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

1.一种用于<111>晶向单晶硅太阳电池的腐蚀液，包括：3wt%～8wt%的氢氧化钾、0.0005wt%～0.01wt%的异丙醇、2wt%～6wt%的硅酸钠和余量的纯水。

2.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，包括：4wt%～7.5wt%的氢氧化钾。

3.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，包括：0.0025wt%～0.008wt%的异丙醇。

4.一种单晶硅太阳电池的制绒方法，包括：使用权利要求1所述的腐蚀液在50℃～70℃对<111>晶向单晶硅片进行腐蚀。

5.根据权利要求4所述的制绒方法，其特征在于，所述腐蚀的时间为16min～21min。

6.一种单晶硅太阳电池制备方法，包括：

将<111>晶向的单晶硅片进行清洗；

将清洗后的单晶硅电池片进行制绒，具体为：使用腐蚀液在50℃～70℃对清洗后的<111>晶向单晶硅片进行腐蚀，所述腐蚀液包括：3wt%～8wt%的氢氧化钾、0.0005wt%～0.01wt%的异丙醇、2wt%～6wt%的硅酸钠和余量的纯水；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀的时间为16min～21min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述扩散的温度为650℃～1050℃，时间为30min～120min。