CN103094409B - 一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺，用于代替目前多晶硅太阳能电池的制造工艺中的背腐蚀处理步骤。本发明实施例方法包括：对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理，所述喷雾处理的刻蚀浆料为能够腐蚀硅与二氧化硅的混合浆料；将所述经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理，使得所述刻蚀浆料与所述堆叠硅片充分反应。使用本发明的边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺。
背景技术
在太阳能技术领域中，多晶硅太阳能电池的制造工艺基本流程已实现标准化，其主要步骤请参见图1，包括：
101、清洗及表面织构化处理：硅片清洗后通过化学反应使硅片表面形成凹凸不平的结构，减少表面反射，并增加照射面积。
102、扩散处理：在P型硅片表面进行三氯氧磷POCL3扩散，使得P型硅片表面转变成N型，从而形成PN结，该硅片就能够利用光伏效应将太阳能转化为电能。
103、背腐蚀处理：通过本步骤的操作将步骤102中在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层去除，防止短路效应。
104、沉积处理：在硅片表面沉积减反射膜，起减反射和钝化作用。
105、印刷电极处理：在硅片表面印刷用于能够使硅片接入电路的电极。
106、烧结处理：使步骤105中所印刷的电极与硅片之间形成合金。
其中，在上述制造工艺中，背腐蚀处理的作用是将扩散处理步骤中在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层去除，以减少边缘漏电情况的发生。该步骤对产品品质起着决定性作用。
但是，目前背腐蚀处理中使用硫酸、硝酸或者氢氟酸对硅片边缘进行边缘刻蚀，其刻蚀宽度为600多微米，以尺寸为156×156毫米的硅片为例，其刻蚀面积占硅片面积的1.62％，浪费硅片表面PN结的有效利用面积。
另外，由于使用的酸都具有强腐蚀性，使得背腐蚀处理的操作具有一定风险。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺，用于代替目前多晶硅太阳能电池的制造工艺中的背腐蚀处理步骤，使用本发明的边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。
一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺，包括：
对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理，所述喷雾处理的刻蚀浆料为能够腐蚀硅与二氧化硅的混合浆料；
将所述经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理，使得所述刻蚀浆料与所述堆叠硅片充分反应，所述烧结炉的第一温区为400摄氏度、第二温区为400摄氏度、第三温区为400摄氏度、第四温区为450摄氏度，所述刻蚀处理的加热时间为120至240秒，其中有效反应时间为60至90秒。
本发明实施例具有以下优点：
通过以上述边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。
附图说明
图1为现有技术多晶硅太阳能电池标准化制造流程图；
图2为本发明第一实施例应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺流程图；
图3为本发明第二实施例应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺流程图；
图4为本发明第三实施例应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺，用于代替目前多晶硅太阳能电池的制造工艺中的背腐蚀处理步骤，使用本边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。
本发明第一实施例中应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺主要步骤流程图请参见图2，主要包括：
201、对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理。
本步骤在喷雾室内进行操作，通常对几百片硅片同时进行喷雾处理，这几百片硅片会被处理成堆叠硅片，然后对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理。喷雾时用喷头对堆叠硅片四周边缘进行喷雾，控制喷头的喷雾速率和运动轨迹，确保喷洒的刻蚀浆料被均匀喷附在堆叠硅片的边缘上。
其中，所述喷雾处理所使用的刻蚀浆料为能够腐蚀硅与二氧化硅的混合浆料，这种刻蚀浆料的粘度低，易于喷雾。
202、将堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理。
将步骤201中经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理。本步骤利用刻蚀浆料对硅片边缘的刻蚀反应进行刻蚀处理。
其中，烧结炉采用链式加热结构，堆叠硅片将依次经过四个温区的加热处理，所述烧结炉的第一温区的温度设置为400摄氏度、第二温区的温度设置为400摄氏度、第三温区的温度设置为400摄氏度、第四温区的温度设置为450摄氏度。所述刻蚀处理的加热的时间为120至240秒，其中有效反应时间为60至90秒。
在本实施例中，通过以上述边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。
本发明第二实施例将对第一实施所述的应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺流程进行详细的描述，并通过对比实验对本发明工艺所生产的产品品质进行检验，实施例中将给出实验数据，本实施例工艺流程图请参见图3，主要包括：
301、将硅片进行堆叠处理。
刻蚀工艺中通常对几百片硅片同时进行喷雾处理，这几百片硅片会被处理成堆叠硅片，然后对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理。将硅片逐一重合堆叠，形成堆叠硅片，各硅片间不保留任何空隙，并在所述堆叠硅片两面加固玻璃夹板，以方便对堆叠硅片进行整体处理。
302、对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理。
本步骤在喷雾室内进行操作，喷雾时用喷头对步骤301中所处理成的堆叠硅片四周边缘进行喷雾，控制喷头的喷雾速率和运动轨迹，确保喷洒的刻蚀浆料被均匀喷附在堆叠硅片的边缘上。
其中，所述喷雾处理所使用的刻蚀浆料为能够腐蚀硅与二氧化硅的混合浆料，这种刻蚀浆料的粘度低，易于喷雾。
303、将堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理。
将步骤302中经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理。本步骤利用刻蚀浆料对硅片边缘的刻蚀反应进行刻蚀处理。
其中，烧结炉采用链式加热结构，堆叠硅片将依次经过四个温区的加热处理，所述烧结炉的第一温区的温度设置为400摄氏度、第二温区的温度设置为400摄氏度、第三温区的温度设置为400摄氏度、第四温区的温度设置为450摄氏度。所述刻蚀处理的加热的时间为120至240秒，其中有效反应时间为60至90秒。
为了测试新工艺所生产的产品的品质，本实施例还提供相关的刻蚀宽度对比实验。刻蚀宽度对比实验采用两组相同的硅片实验原料，该硅片实验原料为P型多晶硅片，尺寸为156×156毫米，电阻率为0.5至3.0欧·厘米。第一组500片硅片使用现有的背腐蚀刻蚀工工艺进行边缘刻蚀，而第二组500片硅片使用本发明方法所述的刻蚀工工艺进行边缘刻蚀，这两组硅片组的其它处理按照多晶硅太阳能电池的制造标准化工艺流程进行处理。
测量第一组实验硅片的平均刻蚀宽度，大约为600微米，测量第二组实验硅片的平均刻蚀宽度，大约为50微米，因此可以得到结论：使用本发明的边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，与现有技术相比，能够提高硅片表面PN结的有效利用面积。
304、对硅片进行洗净处理。
将步骤303中经过刻蚀处理后的所述堆叠硅片拆架，散开堆叠硅片，并洗净所述散开后的硅片边缘残留的刻蚀浆料，防止刻蚀浆料对硅片发生进一步的刻蚀作用。
305、去除硅片表面的高磷浓度硅氧化层PSG。
在多晶硅太阳能电池的制造工艺基本流程的扩散处理步骤中，三氯氧磷POCL3扩散时会在硅片表面形成高磷浓度硅氧化层PSG，俗称磷硅玻璃，本步骤去除所述洗净后的硅片表面的高磷浓度硅氧化层PSG。结束本步骤的处理，所述硅片即可进行其它多晶硅太阳能电池的制造标准化工艺流程。
在步骤303中所述的刻蚀宽度对比实验中，还可以选取第一组实验硅片和第二组实验硅片进行绝缘电阻对比实验。
分别从第一组实验硅片和第二组实验硅片中各随机选取5片硅片进行本实验，测量其电阻值，得到如表1所示的两组绝缘电阻对比实验数据：
表1
分析表1中的数据可以得到结论：运用本发明工艺所生产的硅片电阻值与现有技术所生产的硅片电阻值的差异在可接受的范围之内，因此本发明工艺达到现有技术的工艺要求。
另外，在步骤303中所述的刻蚀宽度对比实验中，还可以选取第一组实验硅片和第二组实验硅片进行电学性能对比实验。
分别从第一组实验硅片和第二组实验硅片中各随机选取20片硅片进行本实验，测量其电学性能，得到如表2和表3所示的两组电学性能对比实验数据：
其中，表2为采用现有工艺生产的硅片电学性能数据表，表3为采用本发明工艺生产的硅片电学性能数据表。
表2
表3
分析表2和表3中的数据可以得到结论：运用本发明工艺所生产的多晶硅太阳能电池转换效率与现有技术所生产的多晶硅太阳能电池转换效率相比提高了0.23％，因此本发明工艺比现有技术更优。
306、确认产品是否合格。
测量所述去除高磷浓度硅氧化层PSG后的硅片的绝缘电阻，若所述绝缘电阻大于或等于1000欧，则可以确认所生产硅片为合格产品。
在本实施例中，通过以上述边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。而且运用本发明工艺所生产的硅片电阻值与现有技术所生产的硅片电阻值的差异在可接受的范围之内，因此本发明工艺达到现有技术的工艺要求。同时，运用本发明工艺所生产的多晶硅太阳能电池转换效率与现有技术所生产的多晶硅太阳能电池转换效率相比提高了0.23％，因此本发明工艺比现有技术更优。
本发明第三实施例将对第二实施所述的应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺流程进行详细的描述，并使用对比实验对本发明工艺所生产的产品品质进行检验，实施例中将给出实验数据，本实施例工艺流程图请参见图4，主要包括：
401、将硅片进行堆叠处理。
刻蚀工艺中通常对几百片硅片同时进行喷雾处理，这几百片硅片会被处理成堆叠硅片，然后对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理。将硅片逐一重合堆叠，形成堆叠硅片，各硅片间不保留任何空隙，并在所述堆叠硅片两面加固玻璃夹板，以方便对堆叠硅片进行整体处理。
402、对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理。
本步骤在喷雾室内进行操作，喷雾时用喷头对步骤401中所处理成的堆叠硅片四周边缘进行喷雾，控制喷头的喷雾速率和运动轨迹，确保喷洒的刻蚀浆料被均匀喷附在堆叠硅片的边缘上。
其中，所述喷雾处理所使用的刻蚀浆料为能够腐蚀硅与二氧化硅的混合浆料，这种刻蚀浆料的粘度低，易于喷雾。
403、将堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理。
将步骤402中经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理。本步骤利用刻蚀浆料对硅片边缘的刻蚀反应进行刻蚀处理。
其中，烧结炉采用链式加热结构，堆叠硅片将依次经过四个温区的加热处理，所述烧结炉的第一温区的温度设置为400摄氏度、第二温区的温度设置为400摄氏度、第三温区的温度设置为400摄氏度、第四温区的温度设置为450摄氏度。所述刻蚀处理的加热的时间为120至240秒，其中有效反应时间为60至90秒。
为了测试新工艺所生产的产品的品质，本实施例还提供相关的刻蚀宽度对比实验。刻蚀宽度对比实验采用两组相同的硅片实验原料，该硅片实验原料为P型多晶硅片，尺寸为156×156毫米，电阻率为0.5至3.0欧·厘米。第一组500片硅片使用现有的背腐蚀刻蚀工工艺进行边缘刻蚀，而第二组500片硅片使用本发明方法所述的刻蚀工工艺进行边缘刻蚀，这两组硅片组的其它处理按照多晶硅太阳能电池的制造标准化工艺流程进行处理。
测量第一组实验硅片的平均刻蚀宽度，大约为600微米，测量第二组实验硅片的平均刻蚀宽度，大约为50微米，因此可以得到结论：使用本边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，与现有技术相比，能够提高硅片表面PN结的有效利用面积。
404、对硅片进行超声波洗净处理。
将步骤403中经过刻蚀处理后的所述堆叠硅片拆架，散开堆叠硅片，并将所述散开后的硅片放置于去离子水中进行超声波清洗，以洗净所述散开后的硅片边缘残留的刻蚀浆料，防止刻蚀浆料对硅片发生进一步的刻蚀反应。
其中，所述去离子水的温度为50至55摄氏度，清洗时间为120至180秒。
405、去除硅片表面的高磷浓度硅氧化层PSG。
在多晶硅太阳能电池的制造工艺基本流程的扩散处理步骤中，三氯氧磷POCL3扩散时会在硅片表面形成高磷浓度硅氧化层PSG，俗称磷硅玻璃，本步骤去除所述洗净后的硅片表面的高磷浓度硅氧化层PSG。结束本步骤的处理，所述硅片即可进行其它多晶硅太阳能电池的制造标准化工艺流程。
在步骤403中所述的刻蚀宽度对比实验中，还可以选取第一组实验硅片和第二组实验硅片进行绝缘电阻对比实验。
分别从第一组实验硅片和第二组实验硅片中各随机选取5片硅片进行本实验，测量其电阻值，得到如表4所示的两组绝缘电阻对比实验数据：
表4
分析表4中的数据可以得到结论：运用本发明工艺所生产的硅片电阻值与现有技术所生产的硅片电阻值的差异在可接受的范围之内，因此本发明工艺达到现有技术的工艺要求。
另外，在步骤403中所述的刻蚀宽度对比实验中，还可以选取第一组实验硅片和第二组实验硅片进行电学性能对比实验。
分别从第一组实验硅片和第二组实验硅片中各随机选取20片硅片进行本实验，测量其电学性能，得到如表5和表6所示的两组电学性能对比实验数据：
其中，表5为采用现有工艺生产的硅片电学性能数据表，表6为采用本发明工艺生产的硅片电学性能数据表。
表5
表6
分析表5和表6中的数据可以得到结论：运用本发明工艺所生产的多晶硅太阳能电池转换效率与现有技术所生产的多晶硅太阳能电池转换效率相比提高了0.23％，因此本发明工艺比现有技术更优。
406、确认产品是否合格。
测量所述去除高磷浓度硅氧化层PSG后的硅片的绝缘电阻，若所述绝缘电阻大于或等于1000欧，则可以确认所生产硅片为合格产品。
在本实施例中，通过以上述边缘刻蚀工艺，能够使刻蚀宽度大约为50微米，提高硅片表面PN结的有效利用面积，并且避免了使用强腐蚀性酸的风险。而且运用本发明工艺所生产的硅片电阻值与现有技术所生产的硅片电阻值的差异在可接受的范围之内，因此本发明工艺达到现有技术的工艺要求。同时，运用本发明工艺所生产的多晶硅太阳能电池转换效率与现有技术所生产的多晶硅太阳能电池转换效率相比提高了0.23％，因此本发明工艺比现有技术更优。
以上对本发明所提供的一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种应用于多晶硅太阳能电池的边缘刻蚀工艺，其特征在于，包括：
对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理，所述喷雾处理的刻蚀浆料为能够腐蚀硅与二氧化硅的混合浆料；
将所述经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理，使得所述刻蚀浆料与所述堆叠硅片充分反应，所述烧结炉的第一温区为400摄氏度、第二温区为400摄氏度、第三温区为400摄氏度、第四温区为450摄氏度，所述刻蚀处理的加热时间为120至240秒，其中有效反应时间为60至90秒，使所述堆叠硅片的边缘刻蚀宽度为50微米。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对堆叠硅片的边缘进行喷雾处理之前进一步包括：
将硅片逐一重合堆叠，形成堆叠硅片，并在所述堆叠硅片两面加固玻璃夹板。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述经过喷雾处理后的堆叠硅片放入烧结炉中进行刻蚀处理之后进一步包括：
将所述堆叠硅片散开，并洗净所述散开后的硅片的边缘剩余的刻蚀浆料；
去除所述洗净后的硅片表面的高磷浓度硅氧化层PSG。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述洗净所述散开后的硅片的边缘剩余的刻蚀浆料包括：
将所述散开后的硅片放置于去离子水中进行超声波清洗，其中，所述去离子水的温度为50至55摄氏度，清洗时间为120至180秒。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述去除所述洗净后的硅片表面的高磷浓度硅氧化层PSG之后进一步包括：
测量所述硅片的绝缘电阻，若所述绝缘电阻大于或等于1000欧，则确认所述硅片为合格。
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| CN101604711A (zh) * | 2009-06-08 | 2009-12-16 | 无锡尚德太阳能电力有限公司 | 一种太阳电池的制备方法以及通过该方法制备的太阳电池 |
| CN101777605A (zh) * | 2010-03-15 | 2010-07-14 | 山东力诺太阳能电力股份有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池边缘刻蚀工艺 |
| CN201801596U (zh) * | 2010-09-29 | 2011-04-20 | 常州天合光能有限公司 | 提高电池光电转换效率链式湿法刻蚀设备 |
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2011
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