CN102569502A

CN102569502A - 一种湿法刻蚀工艺

Info

Publication number: CN102569502A
Application number: CN2011104232184A
Authority: CN
Inventors: 刘光; 朱生宾; 王永丰; 谢忠阳
Original assignee: HEFEI JA SOLAR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEFEI JA SOLAR TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种晶体硅片的湿法刻蚀工艺，主要含有背面抛光工序，在刻蚀去边结之后，增加采用抛光液对晶体硅背面进行抛光工序，抛光时抛光液的温度为5~30℃，抛光时间为10s~10min，抛光液含有以下质量百分含量的组分：HF0.5%~10%、HNO₃5%~55%、H₂SO₄5%~55%、醋酸5%~30%。通过增加背面抛光工序，可以使硅片背面更加光滑，加强其背反射，增强对太阳光中的长波段光谱的吸收，从而增加光能转换，提高电池的Isc，最终提高电池的转化效率。并且光滑的电池背面更加有利于后续铝硅合金与硅体的结合，提高其欧姆接触，加强该界面对光的反射效果，提高Voc，最终提高电池的转换效率。

Description

一种湿法刻蚀工艺

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种湿法刻蚀工艺。

背景技术

目前的商业化晶体硅太阳能电池生产的大致流程如下：新投单/多晶硅片→去除硅片表面损伤层，制绒面→在POCl₃气氛中进行磷扩散，形成N⁺扩散层→利用刻蚀，去掉硅片周边的PN结→利用PECVD技术在正表面沉积SiNx减反射膜→丝网印刷背电极、背电场、正电极→在烧结炉内烧结形成欧姆接触→测试分选。这种商业化太阳能电池制造技术相对简单、成熟，适合工业化、自动化生产，因而得到广泛应用。

一直以来，硅材料在晶体硅太阳电池的成本中占很大比重，为了减少硅料的用量，硅片厚度变得越来越薄。硅片变薄，除了要考虑生产中的碎片率，烧结后的弯曲度，还要关注电池的长波响应特性。因为硅是一种间接吸收半导体材料，薄硅片需要有很好的背面反射，才能降低光学损失，增加有效吸收。目前，晶体硅太阳电池背面一般由掺铝背场层、铝硅合金层、铝浆烧结层组成。铝硅合金层与硅体结合紧密，两者的界面对光产生反射作用。铝浆在不规则的硅片背面上经过烧结，虽然也可以得到这三层结构，但铝硅合金厚度和密度不均匀，界面非常粗糙，反射效果不好。同时在一般生产工艺中，硅片在经过制绒工艺后，虽然正面形成了所需要的绒面，增强了光的多次反射，提高了光的吸收，但背面同样也被制成了高低起伏，很是粗糙的不平面。这对于需要良好的背反射，对太阳光中的长波段光谱的吸收和后续铝硅合金与硅体的结合，欧姆接触的效果影响巨甚。并且，粗糙的背表面具有更大的表面积，会增加背面的复合，降低长波段的内量子效率，降低Isc。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湿法刻蚀工艺，该工艺采用掺杂扩散后的电池片，在刻蚀去除硅片周边PN结后再增加一步背面抛光步骤，可使硅片背面更加光滑，加强其背反射，增强对太阳光中的长波段光谱的吸收，从而增加光能转换，提高电池的Isc，最终提高电池的转化效率；同时光滑平整的背表面有利于降低背表面的复合；背面抛光，同时也去除了背面的扩磷层，降低了背表面的掺杂浓度，有利于降低因掺杂导致的俄歇复合。此外光滑的电池背面更加有利于后续铝硅合金与硅体的结合，提高其欧姆接触，加强了其界面对光的反射效果，从而提高Voc，最终提高电池的转换效率。

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种晶体硅片的湿法刻蚀工艺，主要含有背面抛光工序，在刻蚀去边结之后，增加采用抛光液对晶体硅背面进行抛光工序，抛光时抛光液的温度为5~30℃，抛光时间为10s~10min，抛光液含有以下质量百分含量的组分：HF 0.5%~10%、HNO₃5%~55%、H₂SO₄5%~55%、醋酸5%~30%。

所述抛光液中还含有添加剂，所述的添加剂包括氟化铵、亚硝酸钾、柠檬酸钾、月桂醇醚磷酸酯钾和十二醇硫酸酯钾中的一种或几种，其含量占抛光液总质量的 0~20%。

其中所述刻蚀去边结包括干法去边结和湿法去边结。

采用干法去边结时，所述背面抛光工序作为单独的工序增加在干法刻蚀去边结之后。

采用湿法去边结时，所述背面抛光工序整合在链式湿法刻蚀去边结工序中。

在湿法刻蚀工艺中还含有去除磷硅玻璃PSG和干燥工序。

其中去除磷硅玻璃PSG，可以在背面抛光之前进行，也可以在背面抛光之后进行。通常采用质量百分比为1~20%的HF溶液去除去除磷硅玻璃PSG。

其中干燥工序可以采用如风干或甩干的干燥方式。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1) 在去除边结之后，增加背面抛光工序可以使硅片背面更加光滑，加强了其背反射，增强了对太阳光中的长波段光谱的吸收，提高了电池的Isc；

(2) 经过背面抛光处理后的光滑的电池背面更加有利于后续铝硅合金与硅体的结合，提高其欧姆接触，加强了其界面对光的反射效果，从而提高Voc；

(3) 经过背面抛光处理后的光滑平整的背表面减少了表面积，因此有利于降低表面复合，提高少子寿命；

(4) 经过背面抛光处理后的抛光过程去除了背面的扩磷层，降低了背面的掺杂浓度，有利于降低背面的俄歇复合。

附图说明

图1是实施例1-4中制备的太阳电池增强了对太阳光中的长波段光谱的吸收，提高了电池的Isc示意图；

图2是实施例1-4中制备的太阳电池增强了对太阳光中的长波段光谱的吸收，提高了电池的Isc示意图，其中横坐标为波长，纵坐标为相对透射率；

图3是实施例2中经过背面抛光处理后的电池片，再经过背场烧结后的 SEM 剖面示意图，图中显示经过背抛湿法刻蚀后，合金层界面平坦（无坑洞），有效面积大；

图4是未经过背抛湿法刻蚀工艺之 SEM 剖面示意图，图中显示合金层界面不平坦（有坑洞绒面），铝团簇体被架空，有效面积小；

图5是实施例3中多晶硅片经过背面抛光处理后的后少子寿命测试图（非钝化测试），示意图显示，经过抛光湿法刻蚀后，提高了少子的寿命。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，含以下步骤：

(1) 选取经过掺杂扩散处理后的电池片；

(2) 对上述电池片刻蚀去除周边的 PN 结，刻蚀采用链式湿法刻蚀，采用质量百分比3% HF和40% HNO₃混合溶液去除硅片周边PN结；

(3) 采用抛光液在5℃下对去除周边 PN 结的电池片进行背面抛光处理10S，采用的抛光液中含有以下质量百分含量的组分：HF10%、HNO₃ 55%、H₂SO₄10%、醋酸5%以及添加剂氟化铵、亚硝酸钾、硫酸脂钾计10%；

(4) 采用质量百分含量为10%的 HF去除磷硅玻璃PSG；

(5) 对上述电池片进行干燥，干燥采用风干的方式。

如图1中所示，在去除边结之后，增加背面抛光工序可以使硅片背面更加光滑，加强了其背反射，增强了对太阳光中的长波段光谱的吸收，提高了电池的Isc（可参见图1和图2）；从图1中可以看出，硅片背面抛光后，利用镜面反射的原理，增加了光的(尤其是长波段)背面反射率(R)，减少了光的投射损失(T)，从而增加了输出电流。

实施例2

本实施例提供的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，含以下步骤：

(1) 选取经过掺杂扩散处理后的电池片；

(3) 采用质量百分比含量5% HF去除磷硅玻璃PSG；

(4) 采用抛光液在30℃下对去除周边 PN 结的电池片进行背面抛光处理10min，采用的抛光液中含有以下质量百分含量的组分：HF 0.5%、HNO₃ 5%、H₂SO₄50%、醋酸30%以及添加剂亚硝酸钾、柠檬酸钾、十二醇硫酸酯钾计10%；

(5) 对上述电池片进行干燥，干燥采用甩干的方式。

如图1中所示，在去除边结之后，增加背面抛光工序可以使硅片背面更加光滑，加强了其背反射，增强了对太阳光中的长波段光谱的吸收，提高了电池的Isc（可参见图1和图2）；从图1中可以看出，硅片背面抛光后，利用镜面反射的原理，增加了光的(尤其是长波段)背面反射率(R)，减少了光的投射损失(T)，从而增加了输出电流；从图2中可以看出，硅片经背面抛光处理后，在长波段透射率明显降低。

经过背面抛光处理后的光滑的电池背面更加有利于后续铝硅合金与硅体的结合，提高其欧姆接触，加强了其界面对光的反射效果，从而提高了Voc（可参见图3,4）；从图3（经过抛光）中看出，抛光后，铝硅合金有效面积大；从图4中（未抛光）可以看出，背面未抛光时，背面有坑洞绒面，铝硅合金有效面积小。

实施例3

本实施例提供的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，含以下步骤：

(1) 选取经过掺杂扩散处理后的电池片；

(2) 对上述电池片刻蚀去除周边的 PN 结，刻蚀采用干法等离子刻蚀；

(3) 采用质量百分比含量20% HF去除磷硅玻璃PSG；

(4) 采用抛光液在15℃下对去除周边 PN 结的电池片进行背面抛光处理5min，采用的抛光液中含有以下质量百分含量的组分：HF 1%、HNO₃ 30%、H₂SO₄5%、醋酸25%和添加剂氟化铵、亚硝酸钾、柠檬酸钾、月桂醇醚磷酸酯钾和十二醇硫酸酯钾计20%；

(5) 对上述电池片进行干燥，干燥采用风干的方式。

经过背面抛光处理后的光滑平整的背表面减少了表面积，因此有利于降低表面复合，提高少子寿命，从图5中可以看出，多晶硅片背抛光后少子寿命显著提高（非钝化测试）。

实施例4

本实施例提供的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，含以下步骤：

(1) 选取经过掺杂扩散处理后的电池片；

(2) 对上述电池片采用干法等离子刻蚀工艺去除硅片周边PN结；

(3) 采用抛光液在10℃下对去除周边 PN 结的电池片进行背面抛光处理2.5min，采用的抛光液中含有以下质量百分含量的组分：HF 2%、HNO₃ 15%、H₂SO₄55%、醋酸10%；

(4) 采用质量百分比含量10% HF去除磷硅玻璃PSG；

(5) 对上述电池片进行干燥，干燥采用甩干的方式。

以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，上述实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种晶体硅片的湿法刻蚀工艺，主要含有背面抛光工序，其特征是：在刻蚀去边结之后，增加采用抛光液对晶体硅背面进行抛光工序，抛光时抛光液的温度为5~30℃，抛光时间为10s~10min，抛光液含有以下质量百分含量的组分：HF 0.5%~10%、HNO₃5%~55%、H₂SO₄5%~55%、醋酸5%~30%。

2.根据权利要求1所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：所述抛光液中还含有添加剂，所述的添加剂包括氟化铵、亚硝酸钾、柠檬酸钾、月桂醇醚磷酸酯钾和十二醇硫酸酯钾中的一种或几种，其含量占抛光液总质量的 0~20%。

3.根据权利要求1所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：所述刻蚀去边结包括干法去边结和湿法去边结。

4.根据权利要求3所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：采用干法去边结时，所述背面抛光工序作为单独的工序增加在干法刻蚀去边结之后。

5.根据权利要求3所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：采用湿法去边结时，所述背面抛光工序整合在链式湿法刻蚀去边结工序中。

6.根据权利要求1-5任一项所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：在湿法刻蚀工艺中还含有去除磷硅玻璃和干燥工序。

7.根据权利要求6所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：去除磷硅玻璃时采用HF溶液，其质量百分含量为1~20%。

8.根据权利要求6所述的晶体硅片的湿法刻蚀工艺，其特征是：干燥工序采用包括风干或甩干的干燥方式。