CN102593268B - 采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法 - Google Patents

采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，包括：首先通过对高质量硅片在碱性环境下预清洗，经碱性腐蚀去锯齿后，进行表面金字塔结构化学制绒，再二次清洗之后使用RSS技术做绒面结构光滑圆整，之后在酸性环境下清洗，最后去氧化层腐蚀之后烘干干燥。本发明解决了由于等离子体尖端放电等不利因素导致的非晶硅薄膜沉积不均匀的问题，同时适用于大面积太阳电池生产，这为大规模生产高效HIT电池提供了重要参考，在光伏制造领域有着巨大意义。

Description

采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法
技术领域
本发明属于异质结太阳电池清洗制绒领域，特别涉及一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法。
背景技术
目前，大规模开发利用太阳能光伏发电的核心在于提升太阳电池的光电转换效率和降低太阳电池的生产成本。带有本征薄层的非晶硅/单晶硅异质结太阳电池，即HIT太阳电池，可以用200℃以下的低温非晶硅沉积技术来替取代传统晶硅电池生产工艺中的高温过程，因而有望成为单晶硅电池的廉价替代物，在实现低价高效太阳电池方面具有非常重要的应用前景。目前，日本的三洋电机公司在2011年研发的HIT太阳电池已经实现23.0％的转换效率，而世界上其他研究组均无法达到20％以上。因此，为了能研发出转换效率超过20％的高效HIT电池，改进太阳电池制造技术，优化生产工艺，具有十分重要的意义。
经对现有HIT太阳电池制造工艺研究调查发现，HIT太阳电池中非晶硅薄层的均匀性和薄膜质量，是影响太阳电池效率的关键因素。但是由于非晶硅薄层的厚度仅有5-15纳米，因此非晶硅薄膜的沉积受到硅片表面形貌的严重影响。目前的HIT太阳电池制造工艺中，为了获得硅片表面较好的减反效果，往往利用硅本身晶面腐蚀速度的不同做成表面为(111)晶面的四面方锥体结构，即金字塔结构。该结构因其尖峰锐利，易于在非晶硅沉积过程中引起等离子体放电等不利因素，使得非晶硅薄膜沉积很不均匀，造成薄膜质量较差和低电池转换效率。目前日本的三洋电机公司和夏普公司已经开始对清洗制绒工艺进行优化，以期改进薄膜均匀性，提高HIT太阳电池转换效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是由于等离子体尖端放电等不利因素导致的非晶硅薄膜沉积不均匀，提供一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，该方法同时适用于大面积太阳电池生产，这为大规模生产高效HIT电池提供了重要参考，在光伏制造领域有着巨大意义。
本发明的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，包括：
(1)将硅片放入体积比为1∶1∶5-1∶1∶10的氨水、双氧水和去离子水中，在45-85℃下清洗1-10分钟后取出，完成硅片的初步清洗，之后常温下去离子水洗；
(2)将上述初步清洗的硅片浸入体积比为1∶2-1∶10的氢氧化钾溶液和去离子水中，在45-85℃下腐蚀20-120秒后取出，去除锯齿毛边，之后常温下去离子水洗；
(3)将上述去锯齿后的硅片浸入体积比为3∶3∶1∶5-3∶3∶1∶10的碱性溶液、二甲基丙醇、添加剂和去离子水中，在45-85℃下腐蚀1-5分钟后取出，蚀刻出四面方锥体结构(表面为(1、1、1)晶面)制绒，结构高度为5-12微米，之后常温下去离子水洗；
(4)将上述制绒后的硅片再次经步骤(1)完成清洗，放入体积比为1∶2∶3-1∶2∶4的氢氟酸、硝酸或盐酸和去离子水中，在5-30℃下腐蚀5-30秒后取出，使得绒面光滑圆整，之后常温下去离子水洗；
(5)将上述绒面光滑圆整后的硅片用体积比为1∶1∶5-1∶1∶10的盐酸、双氧水和去离子水进行酸洗，在45-85℃下清洗30-150秒后取出，之后常温下去离子水洗；
(6)将上述经酸洗的硅片放入体积比为1∶1-1∶9的氢氟酸和去离子水中，在15-35℃下腐蚀10-50秒后取出，去除硅片表面氧化层，之后常温下去离子水洗；
(7)最后将上述硅片从水中以1-5毫米/秒的速度提拉，于50-100℃烘干。
所述步骤(1)中的氨水的质量分数为10-30％，双氧水的质量分数为10-40％。
所述步骤(2)中的氢氧化钾溶液的质量分数为20-50％。
所述步骤(3)中的碱性溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液，质量分数为20-50％。
所述步骤(3)中的添加剂为掺双氧水的醇类添加剂。
所述步骤(4)中的氢氟酸的质量分数为10-60％，硝酸或盐酸的质量分数为10-60％。
所述步骤(5)中的盐酸的质量分数为15-35％，双氧水的质量分数为15-35％。
所述步骤(6)中的氢氟酸的质量分数为10-50％。
有益效果
本发明通过在表面金字塔化学制绒步骤和最终清洗步骤之间加入RSS绒面光滑圆整，将硅片表面尖锐金字塔结构刻蚀成圆整光滑绒面，以此解决了由于等离子体尖端放电等不利因素导致的非晶硅薄膜沉积不均匀，致使非晶硅成膜质量大大上升，解决了HIT太阳电池制造工艺上的一大难题。该技术方法同时适用于大面积太阳电池生产，这为大规模生产高效HIT电池提供了重要参考，在光伏制造领域有着巨大意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
以n型硅为衬底的HIT太阳电池为例，其具体结构为TCO/p-a-Si∶H/i-a-Si∶H/c-Si/n+-a-Si∶H/AlBSF，其中硅片厚度为250微米，本征氢化非晶硅薄膜i-a-Si∶H和p型氢化非晶硅薄膜p-a-Si∶H的厚度分别约为5纳米和15纳米。具体实施步骤如下，百分数皆为质量分数：
(1)将硅片放入体积比为1∶1∶5的10％氨水、10％双氧水和去离子水中，在45℃下清洗2分钟后取出，完成硅片的初步清洗，之后常温下去离子水洗5秒；
(2)将上述初步清洗的硅片浸入体积比为1∶2的20％氢氧化钾溶液和去离子水中，在45℃下腐蚀20秒后取出，去除锯齿毛边，之后常温下去离子水洗10秒；
(3)将上述去锯齿后的硅片浸入体积比为3∶3∶1∶5的20％氢氧化钾溶液、二甲基丙醇、添加剂(掺双氧水的醇类添加剂)和去离子水中，在45℃下腐蚀1分钟后取出，蚀刻出四面方锥体结构(表面为(1、1、1)晶面)制绒，结构高度为5微米，之后常温下去离子水洗30秒；
(4)将上述制绒后的硅片再次经步骤(1)完成清洗，放入体积比为1∶2∶3的10％氢氟酸、10％硝酸和去离子水中，在5℃下腐蚀5秒后取出，使得绒面光滑圆整，之后常温下去离子水洗20秒；
(5)将上述绒面光滑圆整后的硅片用体积比为1∶1∶5的15％盐酸、15％双氧水和去离子水进行酸洗，在85℃下清洗30秒后取出，洗去残留碱液并进一步光滑硅片表面，之后常温下去离子水洗5秒；
(6)将上述经酸洗的硅片放入体积比为1∶1的10％氢氟酸和去离子水中，在35℃下腐蚀20秒后取出，去除刚才步骤中硅片表面因接触空气产生的氧化层，之后常温下去离子水洗30秒；
(7)最后将上述硅片从水中以1毫米/秒的速度提拉，以此保证去除水痕，并在洁净烘干室中于50℃烘干。
通过精确优化的合适的清洗制绒步骤，可以使得硅片表面态缺陷密度进一步的下降。加入了RSS绒面光滑圆整技术，去除非晶硅薄膜沉积中等离子体尖端放电等不利影响，一定程度上提升了非晶硅薄膜的均匀性，从而改进了HIT太阳电池工艺，使得转换效率可以进一步提升到20％以上。
实施例2
以n型硅为衬底的HIT太阳电池为例，其具体结构为TCO/p-a-Si:H/i-a-Si:H/c-Si/n+-a-Si:H/AlBSF，其中硅片厚度为250微米，本征氢化非晶硅薄膜i-a-Si:H和p型氢化非晶硅薄膜p-a-Si:H的厚度分别约为5纳米和15纳米。具体实施步骤如下，百分数皆为质量分数：
(1)将硅片放入体积比为1∶1∶10的30％氨水、40％双氧水和去离子水中，在65℃下清洗8分钟后取出，完成硅片的初步清洗，之后常温下去离子水洗20秒；
(2)将上述初步清洗的硅片浸入体积比为1∶10的50％氢氧化钾溶液和去离子水中，在85℃下腐蚀120秒后取出，去除锯齿毛边，之后常温下去离子水洗20秒；
(3)将上述去锯齿后的硅片浸入体积比为3∶3∶1∶10的50％氢氧化钠溶液、二甲基丙醇、添加剂(掺双氧水的醇类添加剂)和去离子水中，在85℃下腐蚀5分钟后取出，蚀刻出四面方锥体结构(表面为(1、1、1)晶面)制绒，结构高度为12微米，之后常温下去离子水洗5秒；
(4)将上述制绒后的硅片再次经步骤(1)完成清洗，放入体积比为1∶2∶4的60％氢氟酸、60％硝酸或盐酸和去离子水中，在30℃下腐蚀30秒后取出，使得绒面光滑圆整，之后常温下去离子水洗30秒；
(5)将上述绒面光滑圆整后的硅片用体积比为1∶1∶10的35％盐酸、35％双氧水和去离子水进行酸洗，在75℃下清洗150秒后取出，洗去残留碱液并进一步光滑硅片表面，之后常温下去离子水洗30秒；
(6)将上述经酸洗的硅片放入体积比为1∶9的50％氢氟酸和去离子水中，在35℃下腐蚀10秒后取出，去除刚才步骤中硅片表面因接触空气产生的氧化层，之后常温下去离子水洗5秒；
(7)最后将上述硅片从水中以5毫米/秒的速度提拉，以此保证去除水痕，并在洁净烘干室中于100℃烘干。
通过精确优化的合适的清洗制绒步骤，可以使得硅片表面态缺陷密度进一步的下降。加入了RSS绒面光滑圆整技术，去除非晶硅薄膜沉积中等离子体尖端放电等不利影响，一定程度上提升了非晶硅薄膜的均匀性，从而改进了HIT太阳电池工艺，使得转换效率可以进一步提升到20％以上。

Claims (8)

1.一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，包括：
(1)将硅片放入体积比为1:1:5至1:1:10的氨水、双氧水和去离子水中，在45-85℃下清洗1-10分钟后取出，完成硅片的初步清洗，之后常温下去离子水洗；
(2)将上述初步清洗的硅片浸入体积比为1:2至1:10的氢氧化钾溶液和去离子水中，在45-85℃下腐蚀20-120秒后取出，去除锯齿毛边，之后常温下去离子水洗；
(3)将上述去锯齿后的硅片浸入体积比为3:3:1:5至3:3:1:10的碱性溶液、二甲基丙醇、添加剂和去离子水中，在45-85℃下腐蚀1-5分钟后取出，蚀刻出四面方锥体结构制绒，结构高度为5-12微米，之后常温下去离子水洗；
(4)将上述制绒后的硅片再次经步骤(1)完成清洗，放入体积比为1:2:3至1:2:4的氢氟酸、硝酸或盐酸和去离子水中，在5-30℃下腐蚀5-30秒后取出，使得绒面光滑圆整，之后常温下去离子水洗；
(5)将上述绒面光滑圆整后的硅片用体积比为1:1:5至1:1:10的盐酸、双氧水和去离子水进行酸洗，在45-85℃下清洗30-150秒后取出，之后常温下去离子水洗；
(6)将上述经酸洗的硅片放入体积比为1:1至1:9的氢氟酸和去离子水中，在15-35℃下腐蚀10-50秒后取出，去除硅片表面氧化层，之后常温下去离子水洗；
(7)最后将上述硅片从水中以1-5毫米/秒的速度提拉，于50-100℃烘干。
2.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氨水的质量分数为10-30％，双氧水的质量分数为10-40％。
3.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(2)中的氢氧化钾溶液的质量分数为20-50％。
4.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(3)中的碱性溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液，质量分数为20-50％。
5.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(3)中的添加剂为掺双氧水的醇类添加剂。
6.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(4)中的氢氟酸的质量分数为10-60％，硝酸或盐酸的质量分数为10-60％。
7.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(5)中的盐酸的质量分数为15-35％，双氧水的质量分数为15-35％。
8.根据权利要求1所述的一种采用绒面光滑圆整技术的异质结太阳电池清洗制绒方法，其特征在于：所述步骤(6)中的氢氟酸的质量分数为10-50％。
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