CN102560686A - 一种硅片的湿法刻蚀方法及太阳能电池生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片的湿法刻蚀方法包括：使用氢氟酸对扩散制结后得到的硅片的各个表面进行润洗；用去离子水对硅片的各个表面进行冲洗；将硅片进行表面干燥；使用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对硅片的侧面和背面进行刻蚀。本发明还提供了一种太阳能电池的生产方法，依次包括硅片检测，表面制绒处理，扩散制结处理，上述技术方案所述的湿法刻蚀处理，镀减反射膜处理，制作正面电极及背面电极和烧结处理。本发明提供的硅片湿法刻蚀方法减少了对硅片正表面的腐蚀，对正表面起到保护作用，改善了硅片的正表面的外观，并且边缘绝缘较好。采用所述湿法刻蚀方法制备的太阳能电池反向电流不合格的百分比小于0.2％，漏电减少，合格率高。

Description

一种硅片的湿法刻蚀方法及太阳能电池生产方法

技术领域

本发明涉及太阳能光电利用领域，特别涉及硅片的湿法刻蚀方法及太阳能电池生产方法。

背景技术

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化为电能的装置。现阶段以广电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，其原理为太阳光照在半导体PN结上，形成新的空穴-电子对，在PN结电场的作用下，光生空穴由N区流向P区，光电子由P区流向N区，接通电路后形成电流。由于各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池为人类未来大规模利用太阳能开辟了广阔的前景。

根据材料的不同，太阳能电池可以分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米太阳能电池及有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的太阳能电池，在应用中居主导地位。

制造硅太阳能电池的一般方法是：首先将表面干净的P型或者N型硅片首先经过制绒工序形成绒面结构；其次在硅片表面扩散制结，形成N+或者P+的发射极，经过湿法刻蚀去掉硅片侧面和背面的扩散层；然后在其正表面再形成一层具有减反射功能的SiN薄膜；最后在硅片正背面分别制作金属电极，经过烧结过程形成晶硅太阳能电池。

其中，扩散制结时产生杂质磷或硼，磷或硼会不可避免的扩散至硅片侧面和背面，最终导致短路。因此，必须对太阳能电池硅片侧面和背面的掺杂硅进行刻蚀，以去除硅片侧面和背面的扩散层。同时扩散制结还会在扩散层表面形成磷硅或硼硅玻璃，影响电池效率，因此也需要去除。湿法刻蚀一般采用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液去除硅片各个表面的磷硅或硼硅玻璃并且去除电池侧面和背面的扩散层。由于磷硅或硼硅玻璃具有亲水性，湿法刻蚀的化学药液去除硅片正表面的玻璃后，容易腐蚀硅片正表面，尤其是距硅片边缘1mm左右的位置，造成硅片正面边缘腐蚀均匀性比较差，不仅影响外观而且会造成电池一定程度上漏电，影响其成品合格率。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种湿法刻蚀方法及太阳能电池的生产方法，所述湿法刻蚀方法减少了化学药液对硅片正表面的影响，湿法刻蚀处理更均匀，改善了硅片正表面的外观及性能。

本发明提供了一种硅片的湿法刻蚀方法，包括以下步骤：

a)使用氢氟酸对扩散制结后得到的硅片的各个表面进行润洗；

b)用去离子水对所述步骤a)得到的硅片的各个表面进行冲洗；

c)将所述步骤b)得到的硅片进行表面干燥；

d)使用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对所述步骤c)得到的硅片的侧面和背面进行刻蚀。

优选的，所述步骤a)中氢氟酸的质量浓度为5％～10％。

优选的，所述步骤a)中氢氟酸的质量浓度为7％～9％。

优选的，所述步骤a)中润洗的时间为1～5min。

优选的，所述步骤b)中冲洗的时间为1～3min。

优选的，所述步骤b)中冲洗为喷淋或润洗。

优选的，所述步骤c)中干燥为烘干或甩干。

优选的，所述步骤a)中润洗在链式设备或槽式设备中进行。

优选的，所述步骤b)中冲洗在链式设备或槽式设备中进行。

本发明提供了一种太阳能电池的生产方法，依次包括硅片检测，表面制绒处理，扩散制结处理，湿法刻蚀处理，镀减反射膜处理，制作正面电极及背面电极和烧结处理，其特征在于，按照上述技术方法所述的硅片湿法刻蚀方法进行湿法刻蚀。

与现有技术相比，本发明提供的硅片湿法刻蚀方法为：首先用氢氟酸对硅片表面进行处理，然后再用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液进行湿法刻蚀。使用氢氟酸去除硅片表面的玻璃后，硅基体暴露出来，由于硅基体具有憎水性，在随后进行湿法刻蚀过程时，氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液就仅仅对浸泡于其中的背面和侧面进行充分刻蚀，减少对到漂浮于混合液之上的硅片正表面的腐蚀从而对正表面起到保护作用，刻蚀更均匀，改善了硅片的正表面的外观，并且边缘绝缘较好。实验结果表明，采用所述湿法刻蚀方法制备的太阳能电池反向电流不合格的百分比小于0.2％，漏电减少，合格率高。

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。

本发明实施例公开了一种硅片的湿法刻蚀方法，包括以下步骤：

a)使用氢氟酸对扩散制结后得到的硅片的各个表面进行润洗；

b)用去离子水对所述步骤a)得到的硅片的各个表面进行冲洗；

c)将所述步骤b)得到的硅片进行表面干燥；

d)使用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对所述步骤c)得到的硅片的侧面和背面进行刻蚀。

在本发明中，以扩散制结后的硅片为材料。对所述硅片类型没有限制，可以为单晶P型硅片，也可以为多晶P型硅片或N型硅片。

步骤a)使用氢氟酸对扩散制结后的硅片各个表面进行润洗，所述氢氟酸的质量浓度优选为5％～10％，更优选为7％～9％；所述润洗的时间优选为1～5min。所述润洗对设备也没有特殊限制，优选在链式设备或槽式设备中进行。该步骤的作用为去除扩散制结时产生的磷硅/硼硅玻璃。

步骤b)用去离子水对所述步骤a)得到的硅片的各个表面进行冲洗。所述冲洗的时间优选为1～3min；所述冲洗没有特殊限制，优选为喷淋或润洗；所述冲洗对设备也没有特殊限制，优选在链式设备或槽式设备中进行。该步骤的作用为将步骤a)中润洗后硅片表面残留的氢氟酸去除。

步骤c)将所述步骤b)得到的硅片进行表面干燥。所述干燥优选为烘干或甩干，所述干燥的程度优选为没有水痕。

步骤d)使用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对所述步骤c)得到的硅片的侧面和背面进行刻蚀。所述步骤d)与现有的硅片的湿法刻蚀方法一致，可按照本领域技术人员熟知的方法进行。所述氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液中氢氟酸的浓度优选为15～20g/L，硝酸的浓度优选为300～350g/L，硫酸的浓度优选为300～350g/L；所述刻蚀优选的控制刻蚀深度为1.5±0.2μm，绝缘电阻大于1KΩ。该步骤的作用为去除硅片侧面和背面的掺杂硅进行刻蚀，以去除硅片侧面和背面的扩散层，从而防止太阳能电池漏电情况的发生。

在本发明的湿法刻蚀方法中，经过步骤a)、b)和c)的处理，扩散制结后的硅片表面的磷硅/硼硅玻璃被去除，硅基体暴露出来。在步骤d)使用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对硅片进行刻蚀时，所述硅片漂浮于混合液中，背面和侧面浸泡于混合液中，由于硅基体具有憎水性，因此混合液对浸泡于其中的硅片背面和侧面进行充分刻蚀，减少对漂浮于混合液之上的硅片正表面的腐蚀，从而对正表面起到保护作用，刻蚀更均匀，改善了硅片正表面的外观，并且边缘绝缘较好。

本发明还公开了一种太阳能电池的生产方法，依次包括硅片检测，表面制绒处理，扩散制结处理，湿法刻蚀处理，镀减反射膜处理，制作正面电极及背面电极和烧结处理，其特征在于，按照上述技术方案所述的硅片湿法刻蚀方法进行湿法刻蚀。

在本发明太阳能电池生产方法中，对硅片检测没有特殊要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行，包括对硅片的表面平整度、少子寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等进行技术参数进行检测，并进行相应的分类或挑选，得到表面平整，没有微裂纹的硅片。

在本发明太阳能电池生产方法中，硅片检测合格后，进行表面制绒处理。本发明对表面制绒处理没有特殊要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行，可以使用碱溶液腐蚀硅片的表面，形成类“金字塔”状的绒面，制作有绒面的一侧为硅片的正表面。所述表面制绒处理的作用是去除硅片表面的机械损伤层和氧化层，形成绒面，在硅片表面形成有效增强硅片对入射太阳光的吸收，从而增加光的吸收，提高电池的短路电流和转换效率。

本发明太阳能电池生产方法中，表面制绒处理后的硅片即可进行扩散制结处理。本发明对扩散制结处理没有特殊要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行，作用是形成PN结，使得电子和空穴在流动后不再回到原处，从而形成电流。

本发明太阳能电池生产方法中，湿法刻蚀处理按照上述技术方案所述的硅片湿法刻蚀方法对扩散制结后的硅片进行湿法刻蚀。

本发明太阳能电池生产方法中，在湿法刻蚀后的硅片正表面镀减反射膜，所述减反射膜可以是SiN薄膜。本发明对镀减反射膜处理没有特殊要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行，作用是对电池进行钝化，钝化可以去掉电池表面的悬空键和降低表面态，从而降低表面复合损失，提高太阳能电池的光电转换效率。

本发明太阳能电池生产方法中，在镀有减反射膜的硅片正面及背面制作电极。本发明对制作正面电极及背面电极没有特殊要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行，可以采用丝网印刷，目的是将光照下产生的电流导出。

本发明太阳能电池生产方法中，最后对制作有电极的硅片进行烧结。本发明对烧结处理没有特殊要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行，目的是使制作的正面电极及背面电极和硅片形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路电流并使其具有牢固的附着力与良好的可焊性。

对运用上述技术方案所述的太阳能电池生产方法制备的电池的性能进行测试，反向电流不合格的百分比小于0.2％，漏电减少，合格率高。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的硅片的湿法刻蚀方法及太阳能电池的生产方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

将检测合格多晶P型硅片进行表面制绒和扩散制结处理后，用浓度为10％的氢氟酸对多晶P型硅片进行润洗，控制润洗时间为1min，用去离子水冲洗2min后烘干硅片，然后用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对烘干的硅片进行刻蚀，所述混合液中氢氟酸的浓度为15g/L，硝酸的浓度为300g/L，硫酸的浓度为320g/L，控制硅片的侧面及背面的刻蚀深度在1.5±0.2μm，绝缘电阻大于1KΩ。经测量，湿法刻蚀的正表面腐蚀边缘小于0.5mm。

在湿法刻蚀后的硅片表面制作减反射膜，然后制作正面电极及背面电极并烧结处理，制成太阳能电池。对电池的性能进行测试，详细数据如表1所示。

表1 比较例1与实施例1制备的太阳能电池的性能参数

Voc为电池的开路电压；Isc为电池的短路电流；Rs为电池的串联电阻；Rsh为电池的并联电阻；FF为电池的填充因子；Eff为电池的转换效率；Irev1为电池的反向电流；Irev2为反向电流不合格的百分比。

实施例2

将检测合格的单晶P型硅片进行表面制绒和扩散制结处理后，用浓度为5％的氢氟酸对单晶P型硅片进行润洗，控制润洗时间为5min，用去离子水冲洗3min后烘干硅片，然后用氢氟酸和硝酸的混合液对烘干的硅片进行刻蚀，所述混合液中氢氟酸的浓度为20g/L，硝酸的浓度为300g/L，硫酸的浓度为350g/L，控制硅片的侧面及背面的刻蚀深度在1.5±0.2μm，绝缘电阻大于1KΩ。经测量，湿法刻蚀的正表面腐蚀边缘小于0.5mm。

在湿法刻蚀后的硅片表面制作减反射膜，然后制作正面电极及背面电极并烧结处理，制成太阳能电池。对电池的性能进行测试，详细数据如表2所示。

表2 比较例2与实施例2制备的太阳能电池的性能参数

Voc为电池的开路电压；Isc为电池的短路电流；Rs为电池的串联电阻；Rsh为电池的并联电阻；FF为电池的填充因子；Eff为电池的转换效率；Irev1为电池的反向电流；Irev2为反向电流不合格的百分比。

实施例3

将良好的多晶P型硅片使用常规方法进行表面制绒和扩散制结处理后，用浓度为5％的氢氟酸对多晶P型硅片进行润洗，控制润洗时间为5min，用去离子水冲洗3min后烘干硅片，然后用氢氟酸和硝酸的混合液对烘干的硅片进行刻蚀，所述混合液中氢氟酸的浓度为17g/L，硝酸的浓度为330g/L，硫酸的浓度为350g/L，控制硅片的侧面及背面的刻蚀深度在1.5±0.2μm，绝缘电阻大于1KΩ。经测量，湿法刻蚀的正表面腐蚀边缘小于0.5mm。

在湿法刻蚀后的硅片表面制作减反射膜，然后制作正面电极及背面电极并烧结处理，制成太阳能电池。对电池的性能进行测试，详细数据如表3所示。

表3 比较例1与实施例3制备的太阳能电池的性能参数

Voc为电池的开路电压；Isc为电池的短路电流；Rs为电池的串联电阻；Rsh为电池的并联电阻；FF为电池的填充因子；Eff为电池的转换效率；Irev1为电池的反向电流；Irev2为反向电流不合格的百分比。

比较例1

将多晶P型硅片进行表面制绒和扩散制结处理后，用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对扩散制结后的硅片进行刻蚀，所述混合液中氢氟酸的浓度为15g/L，硝酸的浓度为300g/L，硫酸的浓度为320g/L，控制硅片的侧面及背面的刻蚀深度在1.5±0.2μm，绝缘电阻大于1KΩ。经测量，湿法刻蚀的正表面腐蚀边缘1mm。

在湿法刻蚀后的硅片表面制作减反射膜，然后制作正面电极及背面电极并烧结处理，制成太阳能电池。对电池的性能进行测试，详细数据如表1和表3所示。

比较例2

将单晶P型硅片进行表面制绒和扩散制结处理后，用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对扩散制结后的硅片进行刻蚀，所述混合液中氢氟酸的浓度为20g/L，硝酸的浓度为300g/L，硫酸的浓度为350g/L，控制硅片的侧面及背面的刻蚀深度在1.5±0.2μm，绝缘电阻大于1KΩ。经测量，湿法刻蚀的正表面腐蚀边缘1mm。

在湿法刻蚀后的硅片表面制作减反射膜，然后制作正面电极及背面电极并烧结处理，制成太阳能电池。对电池的性能进行测试，详细数据如表2所示。

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 (10)

1.一种硅片的湿法刻蚀方法，包括以下步骤：

a)使用氢氟酸对扩散制结后得到的硅片的各个表面进行润洗；

b)用去离子水对所述步骤a)得到的硅片的各个表面进行冲洗；

c)将所述步骤b)得到的硅片进行表面干燥；

d)使用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合液对所述步骤c)得到的硅片的侧面和背面进行刻蚀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中氢氟酸的质量浓度为5％～10％。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中氢氟酸的质量浓度为7％～9％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中润洗的时间为1～5min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中冲洗的时间为1～3min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中冲洗为喷淋或润洗。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中干燥为烘干或甩干。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中润洗在链式设备或槽式设备中进行。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中冲洗在链式设备或槽式设备中进行。

10.一种太阳能电池的生产方法，依次包括硅片检测，表面制绒处理，扩散制结处理，湿法刻蚀处理，镀减反射膜处理，制作正面电极及背面电极和烧结处理，其特征在于，按照权利要求1～9任意一项所述的硅片湿法刻蚀方法进行湿法刻蚀。