CN102623551A - 减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，硅片依次经过去除表面损伤层、硅片表面制作单面氮化硅掩膜、表面织构化、去除氮化硅掩膜、扩散制结、去除磷硅玻璃、等离子刻边、沉积氮化硅减反膜、印刷背面电极、印刷铝背场、印刷正面电极、烧结分选成品。本发明的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺通过制作单面掩膜，掩膜为氮化硅，阻挡了制绒液和硅片表面接触，减少硅片表面的腐蚀厚度，进而降低碎片率；另外，未被制绒液腐蚀的表面保持原有的平整结构，烧结时易与铝浆形成较好的欧姆接触，减小串联电阻，降低背表面的复合，增加少子的收集率，从而提高了电池片的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池的制造方法，尤其是一种减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺。
背景技术
近年来随着太阳能产业的急剧扩张，原材料的供需不平衡造成太阳能级硅材料的价格急剧上升，如何进一步降低成本、提高效率是太阳能领域首要目标。为了降低制造成本，硅片厚度从320um、270um、230um、220um一直降到200um，然而薄片化是一柄双刃剑，薄片可以降低成本，但碎片率会增加；同时在烧结背电场时，由于硅与铝浆的热胀系数不同而产生应力作用，导致硅片容易发生翘曲，严重影响太阳能电池的组装，成品率低。
表面织构化制作绒面是提高太阳电池效率的重要手段，通过化学腐蚀，在硅片表面形成一个陷光的表面绒面构造，光线经过这样的表面至少会有2次机会与硅表面接触，这样可有效地减少太阳光在硅片表面的反射。传统制绒液采用的是碱和价格相对较高的异丙醇混合液，双表面结构腐蚀工艺，从去损伤到制绒后硅片的厚度减少30um。若原始硅片为200um，制绒后硅片厚度剩下170um，现有的生产设备和工艺条件很难控制碎片率和成品率。另外，背表面有“金字塔”结构存在，烧结时“塔尖”和“塔底”辐射到的能量不同，当金属铝和晶体硅接触面达到共晶温度时，“塔尖”和“塔底”溶入的硅原子量有差异，难以形成均匀的欧姆接触，阻碍光电流收集。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有的技术存在的缺点，提供一种减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，该方法可以减少硅片腐蚀厚度，提高成品率，适于产业化生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，硅片依次经过去除表面损伤层、硅片表面制作单面氮化硅掩膜、表面织构化、去除氮化硅掩膜、扩散制结、去除磷硅玻璃、等离子刻边、沉积氮化硅减反膜、印刷背面电极、印刷铝背场、印刷正面电极、烧结分选成品。
所述的单面氮化硅掩膜由等离子体增强化学气相沉积设备制作，等离子体增强化学气相沉积设备具有工艺腔体，工艺腔体中设有驱动带，驱动带上放置石墨载板，其制作单面氮化硅掩膜的具体方法如下：
一、开启真空系统维持等离子体增强化学气相沉积设备中工艺腔体内的压强在2.0×10-1mbar-2.3×10-1mbar范围之内；
二、打开微波电源，向工艺腔体内通入氨气和硅烷工艺气体，工艺气体总流量为2600ml/min，氨气与硅烷流量比为3∶1-4∶1；
三、稳定工艺腔体内温度390℃-400℃；
四、在等离子体增强化学气相沉积设备的驱动带上装入石墨载板，在石墨载板中放入已去除表面损伤的硅片，驱动带开始带动石墨载板移动穿过工艺腔体，石墨载板的运行速度150cm/min-200cm/min，氨气和硅烷在工艺腔体中形成等离子体，硅片穿过工艺腔体时单面形成一层氮化硅掩膜，氮化硅掩膜的厚度为10-20nm。
所述的工艺腔体压强为2.3×10-1mbar，工艺气体中氨气与硅烷流量比为3∶1，载板速度为200cm/min。
表面织构化由制绒清洗设备进行处理，制绒清洗设备具有进行反应的水槽，其表面织构化的方法如下：
一、在制绒清洗设备的水槽中加入去离子水，并开始加热；
二、在制绒清洗设备的水槽中加入质量分数为1.0％-1.3％的NaOH溶液；
三、待水槽内溶液的温度升至80-85℃时，加入乙醇，并搅拌均匀；
四、待温度稳定后，放入已制作单面氮化硅掩膜的硅片，18-25min后取出硅片完成表面织构化。
NaOH溶液的质量分数为1.1％，溶液的温度为83℃，反应时间为20min。
氮化硅掩膜由制绒清洗设备进行去除处理，其去除氮化硅掩膜的方法为：在制绒清洗设备的水槽中加入质量分数为49％的HF溶液和去离子水的溶液，其体积配比为1∶30，将已完成表面织构化的硅片放入水槽中，待HF与氮化硅掩膜充分反应后取出硅片完成去除氮化硅掩膜操作。
本发明的有益效果是，本发明的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺通过制作单面掩膜，掩膜为氮化硅，阻挡了制绒液和硅片表面接触，减少硅片表面的腐蚀厚度，进而降低碎片率；另外，未被制绒液腐蚀的表面保持原有的平整结构，烧结时易与铝浆形成较好的欧姆接触，减小串联电阻，降低背表面的复合，增加少子的收集率，从而提高了电池片的转换效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺的流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
图1是本发明的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，硅片依次经过去除表面损伤层、硅片表面制作单面氮化硅掩膜、表面织构化、去除氮化硅掩膜、扩散制结、去除磷硅玻璃、等离子刻边、沉积氮化硅减反膜、印刷背面电极、印刷铝背场、印刷正面电极、烧结分选成品。
本发明是在去除表面损伤层后，首先在硅片表面制作单面氮化硅掩膜，然后再进行表面织构化、完成后去除氮化硅掩膜。
为了去除硅棒在切割时产生的表面损伤层，利用单晶硅在浓碱中反应各向同性做表面织构化预处理。去损伤工艺参数如下：
NaOH溶液：质量分数为20％-30％，最佳质量分数30％；
反应时间：40s-60s，最佳时间45s；
温度：70-80℃，最佳温度75℃。
为了在制备绒面时只做单表面结构化，利用氮化硅与碱溶液不反应的特性，在硅片表面沉积一层氮化硅阻碍碱溶液与硅片表面接触。氮化硅薄膜可通过PECVD、LECVD、ECR-CVD、PVD等多种方法进行合成；等离子体增强化学气相沉积(PECVD)借助于辉光放电等离子体，使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术，其操作方法灵活，工艺重复性好。
单面氮化硅掩膜采用等离子体增强化学气相沉积设备制作，等离子体增强化学气相沉积设备具有工艺腔体，工艺腔体中设有驱动带，驱动带上放置石墨载板，其制作单面氮化硅掩膜的具体方法如下：
一、开启真空系统维持等离子体增强化学气相沉积设备中工艺腔体内的压强在2.0×10-1mbar-2.3×10-1mbar范围之内，最佳压强为2.3×10-1mbar；
二、打开微波电源，向工艺腔体内通入氨气和硅烷工艺气体，工艺气体总流量为2600ml/min，氨气与硅烷流量比为3∶1-4∶1，最佳比为3∶1；
三、稳定工艺腔体内温度390℃-400℃；
四、在等离子体增强化学气相沉积设备的驱动带上装入石墨载板，在石墨载板中放入已去除表面损伤的硅片，驱动带开始带动石墨载板移动穿过工艺腔体，石墨载板的运行速度150cm/min-200cm/min，氨气和硅烷在工艺腔体中形成等离子体，硅片穿过工艺腔体时单面形成一层氮化硅掩膜，氮化硅掩膜的厚度为10-20nm。具体操作时可因根据工艺腔体的不同尺寸长度设定运行速度，完成硅片的单面氮化硅掩膜的制作，可采用较快的速度，石墨载板的速度200cm/min时沉积的氮化硅掩膜厚度较薄，方便后续去除操作。
为了在硅片表面形成均匀的金字塔结构，利用单晶硅晶面在稀碱中反应各向异性。表面织构化由常规的制绒清洗设备进行处理，制绒清洗设备具有进行反应的水槽，其表面织构化的方法如下：
一、在制绒清洗设备的水槽中加入去离子水，并开始加热；
二、在制绒清洗设备的水槽中加入质量分数为1.0％-1.3％的NaOH溶液，若反应太快、太剧烈因采用质量分数为1.1％的NaOH溶液，若反应还是太快可加入适量Na2SiO3固体，以减缓反应速度；
三、待水槽内溶液的温度升至80-85℃时，加入乙醇，并搅拌均匀，溶液的最佳温度为83℃；
四、待温度稳定后，放入已制作单面氮化硅掩膜的硅片，NaOH溶液腐蚀硅片上没有氮化硅掩膜的一面并在这一面形成金字塔构造，18-25min后取出硅片完成表面织构化。
氮化硅掩膜采用制绒清洗设备进行去除处理，其去除氮化硅掩膜的方法为：在制绒清洗设备的水槽中加入质量分数为49％的HF溶液和去离子水的溶液，其体积配比为1∶30，将已完成表面织构化的硅片放入水槽中，待HF与氮化硅掩膜充分反应后取出硅片完成去除氮化硅掩膜操作。
通过上述制作单面氮化硅掩膜的方法，氮化硅掩膜阻挡NaOH溶液腐蚀硅片，只进行单面腐蚀，从而减少硅片在制绒(表面织构化)时的腐蚀厚度，若原始硅片为200um，制绒后硅片厚度剩下180-190um，硅片的厚度得以保证，减少碎片率，提高成品率。未被NaOH溶液腐蚀的表面保持原有的平整结构，烧结时易与铝浆形成较好的欧姆接触，减小串联电阻，降低背表面的复合，增加少子的收集率，从而提高了电池片的转换效率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，其特征在于：硅片依次经过去除表面损伤层、硅片表面制作单面氮化硅掩膜、表面织构化、去除氮化硅掩膜、扩散制结、去除磷硅玻璃、等离子刻边、沉积氮化硅减反膜、印刷背面电极、印刷铝背场、印刷正面电极、烧结分选成品。
2.如权利要求1所述的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，其特征是：所述的单面氮化硅掩膜由等离子体增强化学气相沉积设备制作，等离子体增强化学气相沉积设备具有工艺腔体，工艺腔体中设有驱动带，驱动带上放置石墨载板，其制作单面氮化硅掩膜的具体方法如下：
一、开启真空系统维持等离子体增强化学气相沉积设备中工艺腔体内的压强在2.0×10-1mbar-2.3×10-1mbar范围之内；
二、打开微波电源，向工艺腔体内通入氨气和硅烷工艺气体，工艺气体总流量为2600ml/min，氨气与硅烷流量比为3∶1-4∶1；
三、稳定工艺腔体内温度390℃-400℃；
四、在等离子体增强化学气相沉积设备的驱动带上装入石墨载板，在石墨载板中放入已去除表面损伤的硅片，驱动带开始带动石墨载板移动穿过工艺腔体，石墨载板的运行速度150cm/min-200cm/min，氨气和硅烷在工艺腔体中形成等离子体，硅片穿过工艺腔体时单面形成一层氮化硅掩膜，氮化硅掩膜的厚度为10-20nm。
3.如权利要求2所述的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，其特征是：所述的工艺腔体压强为2.3×10-1mbar，工艺气体中氨气与硅烷流量比为3∶1，载板速度为200cm/min。
4.如权利要求1所述的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，其特征是：表面织构化由制绒清洗设备进行处理，制绒清洗设备具有进行反应的水槽，其表面织构化的方法如下：
一、在制绒清洗设备的水槽中加入去离子水，并开始加热；
二、在制绒清洗设备的水槽中加入质量分数为1.0％-1.3％的NaOH溶液；
三、待水槽内溶液的温度升至80-85℃时，加入乙醇，并搅拌均匀；
四、待温度稳定后，放入已制作单面氮化硅掩膜的硅片，NaOH溶液腐蚀硅片上没有氮化硅掩膜的一面并在这一面形成金字塔构造，18-25min后取出硅片完成表面织构化。
5.如权利要求4所述的减少太阳能硅片腐蚀厚度的制造工艺，其特征是：NaOH溶液的质量分数为1.1％，溶液的温度为83℃，反应时间为20min。
6.如权利要求1所述的减少太阳能硅片腐蚀厚度去掩膜制造工艺，其特征是：氮化硅掩膜由制绒清洗设备进行去除处理，其去除氮化硅掩膜的方法为：在制绒清洗设备的水槽中加入质量分数为49％的HF溶液和去离子水的溶液，其体积配比为1∶30，将已完成表面织构化的硅片放入水槽中，待HF与氮化硅掩膜充分反应后取出硅片完成去除氮化硅掩膜操作。
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