CN102634799A - 一种太阳电池发射极腐蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对太阳电池的发射极的处理工艺，特别是一种太阳电池发射极腐蚀方法，其以氢氟酸和硝酸的混合溶液为基本腐蚀液，并至少添加入亚硝酸或者亚硝酸盐或者硫酸或者硫酸盐或者磷酸或者磷酸盐的一种或者以上的任意组合，优化腐蚀溶液的配比、温度、时间、添加剂的加入量等因素，可以均匀、可控地去除发射极表面的高杂质浓度区域，然后经过清洗，制备出低表面杂质浓度的太阳电池，或者结合掩模的印制工艺制备选择性发射极太阳电池。
Description
技术领域：
本发明涉及太阳电池表面发射极的处理工艺，特别是一种太阳电池发射极腐蚀的方法。
背景技术：
发射极是晶体硅太阳电池的基本结构，在新型太阳电池的研发中，为提高太阳电池的转换效率，发射极的优化是一个非常重要的方面。目前的制造工艺常采用高温热扩散的方式形成发射极，在发射极的表面往往会有高的杂质浓度。这个高杂质浓度的区域可能增加载流子在表面的复合速率，使短波长的光在发射极所产生的载流子很快损失掉，这对太阳电池的开路电压和短路电流都会产生很不利的影响，电池的转换效率也受到限制。
理想的发射极结构应该具有较低的表面杂质浓度，但是常规的高温热扩散很难实现这一目的。实现较低表面杂质浓度的一种方法是，在扩散后清洗硅片表面的富磷玻璃层，再进行退火使发射极表面的高浓度杂质向硅片内部迁移，通过这种再分布的方式降低表面的杂质浓度。这种方法过程繁琐，而且经过两步的高温热过程，硅片的质量受到损害，也不利于工业化的推广。
为解决上面的问题，可以在硅片经过扩散后再用湿化学的方法来腐蚀，以去除发射极表面高浓度的区域。对硅片的湿化学一般采用氢氟酸和硝酸的混合溶液，这种溶液对硅的腐蚀是一个很复杂的过程，一般认为这种腐蚀过程包括两步，第一步为硅的氧化过程，第二部是氧化物的溶解过程。氢氟酸和硝酸的混合溶液广泛应用于多晶硅片的制绒上，但是对于发射极的腐蚀来说，发射极的深度很浅，对腐蚀的控制要求很高，控制混合溶液的腐蚀速度和均匀性又成了一个难以解决的问题，硅片的发射极经过单纯的稀释的氢氟酸硝酸混合溶液腐蚀后，往往使发射极的深度变得很不一致，方块电阻的均匀性很差，而且腐蚀难以控制和重复，腐蚀后的发射极绒面受到一定的破坏，腐蚀后制备得到的电池效率往往会不升反降，这些都导致简单稀释的氢氟酸硝酸混合溶液很难适用于大规模工业化的发射极腐蚀工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳电池发射极的腐蚀方法，主要解决上面所述的技术中存在的缺陷，它可以大大地提高腐蚀的均匀性和可控制性，有效地保证腐蚀后发射极绒面不变，使通过腐蚀发射极提高太阳电池转换效率的方法更适用于大规模的工业生产。
本发明提供一种晶体硅太阳电池的发射极腐蚀液，其特征在于，以氢氟酸和硝酸的混合水溶液作为基本腐蚀液，并至少添加亚硝酸或者亚硝酸盐或者硫酸或者硫酸盐或者磷酸或者磷酸盐的一种或者以上的任意组合，此外还可以添加一些表面活性剂。
本发明的腐蚀液是在氢氟酸和硝酸的混合溶液中，至少添加亚硝酸或者亚硝酸盐或者硫酸或者硫酸盐或者磷酸或者磷酸盐的一种或者以上的任意组合。
所述的氢氟酸和硝酸的混合溶液中，其饱和溶液体积比为：HF∶HNO3∶H2O＝1∶(2～20)∶(10～50)。
所述的亚硝酸盐为亚硝酸钾或亚硝酸钠或亚硝酸钙或亚硝酸钡，硫酸盐为硫酸钠或硫酸钾或硫酸镁或硫酸锌或硫酸钙，磷酸盐为磷酸钠或磷酸钾。
所述的添加剂添加量控制在亚硝酸根的浓度为0～10mol/L，控制硫酸根的浓度在0～5mol/L，控制磷酸根的浓度在0～5mol/L。
所述的腐蚀溶液中还包括加入一些表面活性剂，如曲拉通等作为添加剂。
一种晶体硅太阳电池发射极腐蚀的方法，包括以下步骤：
(1)按比例配置好腐蚀液后进行充分的搅拌；
(2)腐蚀液的温度保持稳定，且控制在0～40℃的范围；
(3)将扩散后的硅片浸入腐蚀液中，或者将腐蚀液的液滴均匀地喷洒在硅片的发射极上，腐蚀50～300秒；
(4)停止对发射极的腐蚀后，对硅片用去离子水或者很稀的碱溶液进行清洗。
本发明的腐蚀方法还包括对扩散后硅片经过清洗富磷玻璃层后再进行腐蚀。
本发明的有益效果：本发明在氢氟酸和硝酸的混合溶液中至少添加亚硝酸或者亚硝酸盐或者硫酸或者硫酸盐或者磷酸或者磷酸盐的一种或者以上的任意组合，这些酸或者盐的引入可以大大改善腐蚀的均匀性，且使腐蚀的速度变得稳定更易于控制，腐蚀过程很容易重复，同时不改变发射极的绒面形貌，这为工业生产提供了很好的工艺窗口，并能明显地提高太阳电池的转换效率。此外，还可以加入一些表面活性剂如曲拉通以改善硅片表面的浸润性。
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，不代表本发明保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
配置无添加剂的氢氟酸硝酸腐蚀液，其中HF∶HNO3∶H2O(饱和溶液体积比)＝1∶3∶20；再配置加入添加剂的氢氟酸硝酸腐蚀液，其中HF∶HNO3∶H2O(饱和溶液体积比)＝1∶3∶20，添加亚硝酸钠的添加量为0.2mol/L，硫酸钠的添加量为0.1mol/L，这两种混合溶液都充分搅拌均匀，温度稳定在20±2℃。
取两片尺寸为125×125mm的单晶硅片，经过清洗、制绒，扩散后方块电阻均为30欧姆/方块，一片在未加入添加剂的氢氟酸硝酸混合溶液中腐蚀120秒，另一片在加入添加剂的氢氟酸硝酸混合溶液中腐蚀120秒，两片硅片经过稀的碱溶液清洗后，经检测，在未加入添加剂的腐蚀液中腐蚀后的硅片方块电阻在30～60欧姆/方块之间，而在加入添加剂的的腐蚀液中腐蚀后的硅片方块电阻则在50～55之间，制备出的两片电池，在加入添加剂的腐蚀液中腐蚀后的电池开路电压高出13mV，短路电流密度提高1mA/cm2，转换效率提高0.32％(绝对值)。
实施例2
配置无添加剂的氢氟酸硝酸腐蚀液，其中HF∶HNO3∶H2O(饱和溶液体积比)＝1∶3∶20；再配置加入添加剂的氢氟酸硝酸腐蚀液，其中HF∶HNO3∶H2O(饱和溶液体积比)＝1∶3∶20，亚硝酸钠的添加量为0.2mol/L，硫酸钠的添加量为0.1mol/L，这两种混合溶液都充分搅拌均匀，温度稳定在20±2℃。
取两片尺寸为125×125mm的单晶硅片，经过清洗、制绒，扩散后方块电阻均为30欧姆/方块，两片均在发射极上丝网印刷一层腐蚀掩模，烘干，一片在未加入添加剂的氢氟酸硝酸混合溶液中腐蚀150秒，另一片在加入添加剂的氢氟酸硝酸混合溶液中腐蚀150秒，两片硅片经过稀的碱溶液清洗后去除腐蚀掩模，制备成选择性发射极的结构。经检测，在未加入添加剂的腐蚀液中腐蚀后的硅片方块电阻在40～80欧姆/方块之间，而在添加亚硝酸钠的腐蚀液中腐蚀后的硅片方块电阻则在85～91之间，制备出的两片选择性发射极电池，在加入添加剂的腐蚀液中腐蚀后的电池开路电压高出22mV，短路电流密度提高2mA/cm2，转换效率提高0.47％(绝对值)。
Claims (7)
1.一种太阳电池发射极腐蚀液，其特征在于，以氢氟酸和硝酸的混合水溶液作为基本腐蚀液，并至少添加入亚硝酸或者亚硝酸盐或者硫酸或者硫酸盐或者磷酸或者磷酸盐的一种或者以上的任意组合。
2.根据权利要求1所述的太阳电池发射极腐蚀液，其特征在于，所述的氢氟酸和硝酸的混合水溶液中，其饱和溶液体积为：HF∶HNO3∶H2O＝1∶2～20∶10～50。
3.根据权利要求1所述的太阳电池发射极腐蚀液，其特征在于，所述的亚硝酸盐为亚硝酸钾或亚硝酸钠或亚硝酸钙或亚硝酸钡，硫酸盐为硫酸钠或硫酸钾或硫酸镁或硫酸锌或硫酸钙，磷酸盐为磷酸钠或磷酸钾。
4.根据权利要求1所述的太阳电池发射腐蚀液，其特征在于，至少添加亚硝酸或者亚硝酸盐或者硫酸或者硫酸盐或者磷酸或者磷酸盐的一种或者以上的任意组合，并且控制亚硝酸根的浓度在0～10mol/L，控制硫酸根的浓度在0～5mol/L，控制磷酸根的浓度0～5mol/L。
5.根据权利要求1所述的太阳电池发射腐蚀液，还包括在腐蚀液中添加表面活性剂。
6.权利要求1所述的太阳电池发射极腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例配置好腐蚀液后进行充分的搅拌；
(2)腐蚀液的温度保持稳定，且控制在0～40℃的范围；
(3)将扩散后的硅片浸入腐蚀液中，或者将腐蚀液的液滴均匀地喷洒在硅片的发射极上，腐蚀50～300秒；
(4)停止对发射极的腐蚀后，对硅片用去离子水或者碱溶液进行清洗。
7.根据权利要求6所述的太阳电池发射极腐蚀方法，还包括对扩散后硅片经过清洗富磷玻璃层后再进行腐蚀。
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