CN102593241A - 晶硅太阳能电池及晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法 - Google Patents

晶硅太阳能电池及晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，用于去除经扩散工序后在硅片边缘形成的扩散层，包括步骤：生成耐碱薄膜层于硅片的上表面和下表面；使用第一预设浓度的碱溶液以第一预设温度清洗具有耐碱薄膜层的硅片第一预设时间；将碱洗后的硅片置于第二预设浓度的盐酸中以第二预设温度酸洗第二预设时间；使用第三预设温度的去离子水清洗酸洗后的硅片第三预设时间；对清洗后的硅片进行去离子水提拉清洗，并烘干。硅片上下表面均形成一层耐碱薄膜层，对硅片进行碱溶液清洗，碱溶液对硅片的边缘未覆盖耐碱薄膜层的部分进行碱溶液清洗，去除了边缘部分形成的扩散层，而不会对硅片的表面部分造成损伤。本发明还提供了一种晶硅太阳能电池。

Description

晶硅太阳能电池及晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种晶硅太阳能电池及晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法。
背景技术
太阳能是新能源发展的主要方向之一，光伏发电技术是太阳能利用的一个主要方向。光伏发电技术是将太阳能直接转换为电能的技术，是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。当前光伏应用产品中，晶硅太阳能电池占据主要部分。
在晶硅太阳能电池的制备过程中，由于扩散工序扩散区域不可避免的会延伸至整个硅片，扩散层会延伸至周边，使硅片边缘因扩散层而造成上下电极短路。为此，需在扩散后将边缘扩散层去除以使正背面隔离。目前人们常用干法等离子刻蚀，激光刻蚀以及湿法刻蚀等方法去除硅片周边扩散层。
干法等离子刻蚀需要将硅片堆叠，影响其表面并造成人力成本的增加，同时产生废气等对环境有害物质；激光刻蚀不可避免地造成电池有效发电面积减小和激光损伤层漏电等；而常规的湿法刻蚀主要是用HNO3/HF进行腐蚀，主要适用于p型电池，对于N型电池因为背场区域的影响，无法在扩散发射结后进行边缘刻蚀。
因此，如何满足对不同类型的硅片边缘刻蚀时保证硅片的表面质量，同时降低硅片刻蚀中的人力成本，是目前本领域亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种晶硅太阳能电池及晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，以满足对不同类型的硅片边缘刻蚀时保证硅片的表面质量，同时降低硅片刻蚀中的人力成本。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，用于去除经扩散工序后在硅片边缘形成的扩散层，包括如下步骤：
1)生成耐碱薄膜层于硅片的上表面和下表面，得到具有耐碱薄膜层的硅片；
2)使用第一预设浓度的碱性溶液以第一预设温度清洗具有耐碱薄膜层的硅片第一预设时间，得到碱洗后的硅片；
3)将碱洗后的硅片置于第二预设浓度的酸性溶液中以第二预设温度酸洗第二预设时间，得到酸洗后的硅片；
4)使用第三预设温度的去离子水清洗酸洗后的硅片第三预设时间，得到清洗后的硅片；
5)对清洗后的硅片进行去离子水提拉清洗，并烘干，得到去除边缘扩散层的硅片。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述耐碱薄膜层为SiNX薄膜层或SiO2薄膜层或Al2O3薄膜层。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述碱性溶液为KOH溶液，或NaOH溶液，或KOH和NaOH的混合溶液。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第一预设浓度为10～45％wt。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第一预设温度为50～95℃。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第一预设时间为5～10min。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第二预设浓度为3～50％wt。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第二预设温度为20～80℃。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第二预设时间为5-10min。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第三预设温度为30～90℃。
优选地，在上述所晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，所述第三预设时间为5-10min。
一种晶硅太阳能电池，通过对硅片进行制绒工艺、扩散工艺、玻璃去除工艺和边缘刻蚀工艺等方法制备，所述边缘刻蚀工艺为如上任意一项所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法。
本发明提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，用于去除经扩散工序后的硅片边缘形成的扩散层，包括如下步骤，生成耐碱薄膜层于所述硅片的上表面和下表面，得到具有薄膜层的硅片；使用第一预设浓度的碱溶液以第一预设温度清洗具有薄膜层的硅片第一预设时间，得到碱洗后的硅片；将碱洗后的硅片置于第二预设浓度的盐酸中以第二预设温度酸洗第二预设时间，得到酸洗后的硅片；使用第三预设温度的去离子水清洗酸洗后的硅片第三预设时间，得到清洗后的硅片；对清洗后的硅片进行去离子水提拉清洗，并烘干，得到去除边缘扩散层的硅片。本发明在硅片的上下表面各形成一层耐碱薄膜层，然后对硅片进行碱溶液清洗，清洗时碱溶液对硅片的边缘未覆盖耐碱薄膜层的部分进行碱溶液清洗，去除了边缘部分形成的扩散层，而不会对硅片的表面部分造成损伤。本发明提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，满足对不同类型的硅片边缘刻蚀时保证硅片的表面质量，同时降低硅片刻蚀中的人力成本。
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为本发明提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法的工作流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种晶硅太阳能电池及晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，以满足对不同类型的硅片边缘刻蚀时保证硅片的表面质量，同时降低硅片刻蚀中的人力成本。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的事实例仅仅是本发明一部分事实例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为本发明提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法的工作流程图。
本实施例提供一种晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，用于去除经扩散工序后在硅片边缘形成的扩散层，晶硅太阳能电池在制备过程中，经过清洗、制绒、吸杂、扩散、玻璃去除等工艺后，扩散层会延伸至硅片的周边位置，在电池制备中会使电池上下电极短路，边缘扩散层的去除包括步骤：
S01：生成耐碱薄膜层于硅片的上表面和下表面。
将已生成扩散层的硅片放入PECVD腔室中，对硅片进行上下表面耐碱薄膜的沉积，沉积耐碱层后的硅片为一种双面钝化的预电池，即晶硅太阳能电池印刷前的状态。PECVD为等离子增强气相化学沉积法，是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。将硅片放入到PECVD腔室中，能够起到对硅片上下表面钝化的作用，得到具有薄膜层的硅片。
S02：使用第一预设浓度的碱性溶液以第一预设温度清洗具有耐碱薄膜层的硅片第一预设时间。
由于硅片表面已覆盖一层耐碱薄膜层，其具有良好的耐碱类溶液腐蚀的特性，而硅片的边缘并未进行耐碱薄膜的覆盖，因此，对硅片进行碱溶液清洗时，其只对硅片的边缘部分进行腐蚀，从而去除了硅片边缘部分的扩散层。
S03：将碱洗后的硅片置于第二预设浓度的酸性溶液中以第二预设温度酸洗第二预设时间。
硅片碱洗完毕后，硅片的边缘的扩散层已被腐蚀，此时取出的硅片的表面会附着一定量的碱溶液，若直接使用会进一步造成造成硅片的腐蚀而影响硅片的正常使用，因此，需对硅片表面附着的碱性溶液进行中和清洗，酸性溶液能够实现对硅片表面残留的碱性溶液和金属离子污染的去除，使硅片满足碱洗后的使用要求。
S04：使用第三预设温度的去离子水清洗酸洗后的硅片第三预设时间。
酸洗后的硅片完成了对硅片表面残余碱性溶液的清除，此时硅片表面残留了一些酸性溶液，为了不影响硅片的正常使用，去除硅片表面残余的酸性溶液，对硅片进行清洗，清洗时使用去离子水，去离子水不会对硅片表面带入新的离子污染，保证了硅片使用环境的安全。
S05：对清洗后的硅片进行去离子水提拉清洗，并烘干。
通过去离子水清洗后，进一步对硅片进行提拉清洗，保证了硅片表面的杂质等进一步去除，并通过烘干工艺，得到最终的边缘刻蚀后的硅片。
通过以上实施例提供的清洗工序可以得出，本发明提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，保证了不同类型的硅片边缘刻蚀时硅片的表面质量，同时降低了硅片刻蚀中的人力成本。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，耐碱薄膜层为SiNX薄膜层或SiO2薄膜层或Al2O3薄膜层。耐碱薄膜层的主要作用为在硅片的表面覆盖一层保护层，对硅片的表面起到掩蔽的作用，以防止对硅片进行边缘刻蚀时，腐蚀溶液对硅片的表面造成损失，而影响硅片的正常使用。通过PECVD在硅片表面形成耐碱薄膜层，如当耐碱薄膜层为SiNX薄膜层时，硅片表面的悬挂键通过氢原子填满，SiNX附着于硅片的表面，形成一层SiNX薄膜。SiNX薄膜层对硅片表面起到钝化的作用，同时也能起到保护作用和增透作用。具体的，耐碱薄膜层也可由其他耐碱材料制备获得。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，碱性溶液为KOH溶液，或NaOH溶液，或KOH和NaOH的混合溶液。扩散层的材料溶于碱性溶液，因此当扩散后的硅片放置于碱性溶液中时，由于碱性溶液的腐蚀性能，对硅片的扩散层进行腐蚀，由于硅片的表面已形成一层耐碱薄膜，因此只能对硅片的边缘进行刻蚀，从而达到了去除硅片边缘扩散层的目的。KOH溶液，或NaOH溶液，或KOH和NaOH的按一定比例形成的混合溶液都能够很好的去除硅片表面的扩散层，能够对硅片起到很好的边缘刻蚀的效果。
碱性溶液对硅片进行边缘刻蚀时，需要碱溶液配置为一定的浓度，并在一定的工作温度下碱洗一定的时间。具体的，碱溶液腐蚀硅片扩散层的第一预设浓度为10～45％wt，第一预设温度为50～95℃，第一预设时间为5～10min。碱性溶液的质量浓度为10～45％，余量设置为水。碱性溶液的浓度过低时，会出现因碱性不足不能达到对扩散层完全腐蚀的效果，浓度过高，不能满足溶液的使用要求。对碱性溶液提供一定的工作温度，能够保证溶液一定的工作活性，加快了反应的进行，降低了去除扩散层的时间。第一预设时间设置为5～10min，时间过短时，会出现扩散层腐蚀不完全的情况，不能达到预期的去除扩散层的效果；时间过长时，延长了工作时间，同时碱性溶液会进一步对掩蔽层下的扩散层造成损伤。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法中，酸性溶液的第二预设浓度为3～50％wt，第二预设温度为20～80℃，第二预设时间为5-10min。酸性溶液的质量浓度为3～50％，余量设置为水。用于中和硅片碱洗后残留于硅片表面的碱性溶液和金属离子。硅片由碱性溶液中取出时，表面残留的碱性溶液经一定浓度的酸性溶液中和，酸性溶液的浓度过低则不能起到去除酸性溶液的效果，浓度过高会造成材料的浪费，也不利于后期的清理工作。酸洗时保证一定的清洗温度，一方面避免出现碱洗后的硅片出现过冷的情况，另一方面保证了酸性溶液的一定的清洗活性。具体的，酸性溶液为盐酸溶液。
酸洗后的硅片表面附着酸性溶液，需要通过清洗过程对其表面酸性溶液进行清洗，清洗过程使用去离子水清洗，去离子水的第三预设温度为30～90℃，清洗的第三预设时间为5～10min。去离子水主要用于对酸洗后硅片表面的酸溶液进行去除，酸性溶液具有一定的温度活性，采用一定温度的去离子水清洗第三预设时间能够保持酸性溶液的活性，更好的实现对酸性溶液的去除。温度较低时使得酸性溶液的活性较低，去除时容易出现清洗不彻底的现象，若温度设置过高，容易对硅片的性能造成损害。同时清洗时需要一定的时间，以更好的实现对酸性溶液的去除，清洗时间较短酸性溶液不易去除完全，清洗时间较长时又会出现容易出现重复作业的情况，同时降低了生产效率。
硅片经碱性溶液腐蚀去除边缘的扩散层后，表面附着的碱性溶液浓度相对较高，若直接放入至酸性溶液中进行清洗，会由于酸碱的浓度相对较高而造成材料的浪费，同时，由于浓度相对较高的酸碱中和，为了使其中和完全，势必会延长中和的时间，从而导致工序时长的延长，为了避免材料的浪费，同时缩短工作时间，提高效率，S03)前还包括步骤，将碱洗后的硅片放入去离子水中，进行盐、碱的稀释及杂质的清洗。
通过去离子水对碱洗后的硅片进行清洗，去除硅片表面的残留物质，保证了下一步工序的正常进行，缩短了工作时间，提高了效率。去离子水设置于与碱溶液的温度相近，防止由于温度过低，造成硅片清洗时对硅片造成损伤。
本实施例提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，既适用于通过提拉法制备的单晶硅片，也适用于区熔法制备的单晶硅片或多晶硅片；同时，该方法中所述的进行边缘刻蚀的硅片，可以为P型或N型硅片，也可以为具有非晶硅镀层的P型、N型硅片。
基于上述实施例中提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，本发明还提供了一种晶硅太阳能电池，通过对硅片进行制绒工艺、扩散工艺、玻璃去除工艺和边缘刻蚀工艺等方法制备，晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺为上述实施例中提供的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法。
由于该晶硅太阳能电池采用了上述实施例的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，所以该晶硅太阳能电池由晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法带来的有益效果请参考上述实施例。
在对硅片的扩散层运用耐碱薄膜层掩蔽的方法进行碱性溶液边缘刻蚀可以大大提高晶硅太阳能电池的并联电阻，同时晶硅腐蚀面较为平整，增加了晶硅太阳能电池的开路电压，而且整个边缘刻蚀过程中无需人工直接接触硅片，便于刻蚀工序的操作，易于对晶硅太阳能电池进行大规模生产。
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 (12)

1.一种晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，用于去除经扩散工序后在硅片边缘形成的扩散层，其特征在于，包括如下步骤：
1)生成耐碱薄膜层于所述硅片的上表面和下表面，得到具有耐碱薄膜层的硅片；
2)使用第一预设浓度的碱性溶液以第一预设温度清洗具有耐碱薄膜层的硅片第一预设时间，得到碱洗后的硅片；
3)将碱洗后的硅片置于第二预设浓度的酸性溶液中以第二预设温度酸洗第二预设时间，得到酸洗后的硅片；
4)使用第三预设温度的去离子水清洗酸洗后的硅片第三预设时间，得到清洗后的硅片；
5)对清洗后的硅片进行去离子水提拉清洗，并烘干，得到去除边缘扩散层的硅片。
2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述耐碱薄膜层为SiNX薄膜层或SiO2薄膜层或Al2O3薄膜层。
3.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述碱性溶液为KOH溶液，或NaOH溶液，或KOH和NaOH的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第一预设浓度为10～45％wt。
5.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第一预设温度为50～95℃。
6.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第一预设时间为5～10min。
7.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第二预设浓度为3～50％wt。
8.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第二预设温度为20～80℃。
9.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第二预设时间为5～10min。
10.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第三预设温度为30～90℃。
11.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法，其特征在于，所述第三预设时间为5～10min。
12.一种晶硅太阳能电池，通过对硅片进行制绒工艺、扩散工艺、玻璃去除工艺和边缘刻蚀工艺等方法制备，其特征在于，所述边缘刻蚀工艺为如权利要求1-11任意一项所述的晶硅太阳能电池边缘刻蚀的方法。
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