CN103151425B - 多晶硅碱性制绒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供种一种多晶硅碱性制绒方法，包括：配制碱性腐蚀液，其中NaNO2、NaOH和去离子水的质量比为8：1：50至10：1：50；将多晶硅片放入腐蚀液中制绒，腐蚀液的温度为75至80℃，制绒时间为25至45秒；以去离子水漂洗硅片，漂洗时间约为2分钟；以酸性溶液漂洗硅片，酸性溶液中HCl、HF和去离子水的体积比为1：3：8，漂洗时间为120至150秒；以去离子水再次漂洗硅片，漂洗时间约为2分钟。将硅片烘干。采用本发明提供的制绒方法可降低生产投入、缩短太阳能电池的制作周期、降低生产能耗，且所得到的绒面均匀性好、可降低太阳能电池表面的反射率。

Description

多晶硅碱性制绒方法
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及用于太阳电池的多晶硅碱性制绒方法。
背景技术
在全球范围内，光伏发电技术也已成为各国应用研究的热点，在这一领域的任何突破性进展，都将对人类未来能源的利用产生革命性影响。目前光伏产业主要是指晶体硅太阳能电池产业，晶硅电池占市场份额约达90%，大面积商品化太阳电池效率可达到18%-19%。晶体硅具有转换效率高、性能稳定、商业化程度高等优点，但也存在硅材料紧缺、制造成本高等问题。即便如此，光伏技术的发展目前仍然是以晶体硅太阳电池为主。
因单晶硅具有各向异性的性质，所以产业化生产单晶硅太阳电池事先表面陷光效应（制作的绒面）都是采用碱性腐蚀液。多晶硅电池由于整体结构不显示各向异性的特点，所以常规多晶硅电池制备表面陷光结构都采用酸腐蚀来获得（氢氟酸、硝酸和水的混合溶液）。
目前常规多晶硅表面制绒此均用酸腐蚀，由于腐蚀是放热过程过程必须采用强制降温制冷，时间控制也必须严格，否则无法获得良好绒面，不能与后续的沉积氮化硅减反射膜工艺相匹配，造成电池沉积的减反射膜的色差大，最终导致电池的效率和外观上都有缺点。另外氢氟酸价格较高，若能用碱性腐蚀液代替酸对多晶硅制绒则可降低电池制作的成本。
发明内容
本发明提供一种多晶硅碱性制绒方法，包括以下步骤：
（1）配制碱性腐蚀液，其中NaNO2、NaOH和去离子水的质量比为8：1：50至10：1：50。
（2）将多晶硅片放入腐蚀液中制绒，腐蚀液的温度为75至80℃，制绒时间为25至45秒。在此制绒过程中，NaNO2用作氧化剂，在硅片表面形成SiO2层，其化学反应式为NaNO2→Na++NO2-、Si+2NO2-→SiO2+2NO；NaOH用以去除表面的SiO2层，其化学反应式为2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O；去离子水用以控制反应过程的速度，起到缓冲作用。制绒处理后的多晶硅厚度减少3.0至3.8微米，其表面被腐蚀出大量的凹槽与凹坑，使入射光在其中进行多次反射后被吸收。以波长为650nm的入射光为例，其在多晶硅的表面反射率由35%降低到22%。
（3）以去离子水漂洗硅片，漂洗时间约为2分钟。
（4）以酸性溶液漂洗硅片，酸性溶液中HCl、HF和去离子水的体积比为1：3：8，漂洗时间为120至150秒。用以去除硅片表面金属离子，同时中和表面残留的碱性腐蚀液。
（5）以去离子水再次漂洗硅片，漂洗时间约为2分钟。
（6）将硅片烘干。
在本发明中，以廉价的碱性腐蚀液代替酸性腐蚀液，可利用常规生产单晶硅电池的槽式制绒设备，以降低生产投入。通过选择适当的腐蚀液配比，可在保证绒面质量的前提下，缩短制绒时间以缩短太阳能电池的制作周期，相比于常规产业化单晶硅碱性制绒的80℃以上温度，可降低制绒温度以降低生产能耗。通过本发明提供方法得到的绒面均匀性好，以避免太阳能电池表面产生色差；腐蚀深度的可控性高，能与后续通过PECVD沉积的氮化硅双减反射膜匹配良好，以降低太阳能电池表面的反射率。以波长为650nm的入射光为例，太阳能电池表面的整体反射率可降到3%至5%，基本达到生产成本高的酸性制绒的效果。
附图说明
图1为本发明提供的多晶硅碱性制绒方法的流程图。
图2为实施例1中硅片表面的扫描电镜照片。
图3为对比例1中硅片表面的扫描电镜照片。
图4为各样品反射率谱，其中a为原多晶硅片的反射率曲线，b为实施例1得到多晶硅片的反射率曲线，c为对比例1得到多晶硅片的反射率曲线。
具体实施方式
实施例1：
配制NaNO2、NaOH和去离子水的质量比为8：1：50的碱性腐蚀液。将化学法提纯的多晶硅片（面积为156mm×156mm），放入75℃上述腐蚀液中。制绒30秒后取出硅片，以去离子水漂洗2分钟。再将硅片放入HCl、HF和去离子水的体积比为1：3：8的酸性溶液中，漂洗120秒。再以去离子水漂洗2分钟后烘干。如图2所示经本发明提供制绒处理后硅片表面的扫描电镜（SEM）照片，可见其绒面是由近似切面的平整面组成的不规则腐蚀坑，高低不平，有明显的绒面感。
对比例1：
配制HF、HNO3和去离子水的体积比为1：2.5：2的酸性腐蚀液。将化学法提纯的多晶硅片（面积为156mm×156mm），放入75℃上述腐蚀液中。制绒30秒后取出硅片，以去离子水漂洗2分钟。再将硅片放入HCl、HF和去离子水的体积比为1：3：8的酸性溶液中，漂洗120秒。再以去离子水漂洗2分钟后烘干。如图3所示为该制绒方法得到硅片的表面SEM照片，可见其绒面是形成有弧度的腐蚀坑。
如图4所示为各样品反射率谱，其中a为原多晶硅片的反射率曲线，b为实施例1得到多晶硅片的反射率曲线，c为对比例1得到多晶硅片的反射率曲线。由图可见，对于可见光波段的入射光，本发明提供的碱性制绒方法与现有的酸性制绒方法得到绒面的反射率基本相同。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多晶硅碱性制绒方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)配制碱性腐蚀液，其中NaNO2、NaOH和去离子水的质量比为8：1：50至10：1：50；
(2)将多晶硅片放入腐蚀液中制绒，腐蚀液的温度为75至80℃，制绒时间为25至45秒；
(3)以去离子水漂洗硅片，漂洗时间为2分钟；
(4)以酸性溶液漂洗硅片，酸性溶液中HCl、HF和去离子水的体积比为1：3：8，漂洗时间为120至150秒；
(5)以去离子水再次漂洗硅片，漂洗时间为2分钟；
(6)将硅片烘干。
2.如权利要求1中所述的多晶硅碱性制绒方法，其特征在于，在步骤(2)中，NaNO2用作氧化剂，在硅片表面形成SiO2层，其中化学反应式为NaNO2→Na++NO2-、Si+2NO2-→SiO2+2NO。
3.如权利要求1中所述的多晶硅碱性制绒方法，其特征在于，在步骤(2)中，NaOH用以去除表面的SiO2层，其化学反应式为2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O。
4.如权利要求1中所述的多晶硅碱性制绒方法，其特征在于，在步骤(2)中，去离子水用以控制反应过程的速度，起到缓冲作用。
5.如权利要求1中所述的多晶硅碱性制绒方法，其特征在于，经过步骤(2)处理后，多晶硅厚度减少3.0至3.8微米，其表面被腐蚀出大量的凹槽与凹坑。
6.如权利要求1中所述的多晶硅碱性制绒方法，其特征在于，在步骤(4)中，酸性溶液是用以去除硅片表面金属离子，同时中和表面残留的碱性腐蚀液。
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