CN103258728A - 硅片刻蚀的方法及太阳能电池片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片刻蚀的方法，包括：提供硅片，该硅片包括硅片基体、掺杂层及玻璃层，掺杂层背离硅片基体一侧的表面为绒面；在位于硅片基体正面的玻璃层背离硅片基体一侧的表面形成水保护层；将硅片具有水保护层的一面朝上置于化学试剂中进行刻蚀，去除硅片基体除正面外的区域上的掺杂层及玻璃层。上述方法利用玻璃层的亲水性，刻蚀之前在玻璃层背离硅片基体一侧的表面形成一层吸附在玻璃层表面水保护层。水保护层中的水会稀释流动到玻璃层上的化学试剂，使化学试剂基本不会腐蚀硅片基体正面PN结，降低了对正面PN结的损伤程度，提高了电池的转换效率；且降低了刻蚀形成的刻蚀印的明显程度，改善了太阳能电池片的外观。

Description

硅片刻蚀的方法及太阳能电池片的制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种硅片刻蚀的方法及太阳能电池片的制作方法。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且利用的是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池具有广阔的发展前景。

常见的太阳能电池片的制作过程大致为：去除表面损伤层及制备绒面-扩散制作PN结-边缘刻蚀-去玻璃层-制备钝化减反射膜-丝网印刷-烧结-分选。但是，现有的制作方法所制作的太阳能电池片表面漏电较严重，并且太阳能电池片的外观不太美观。

发明内容

本发明提供了一种硅片刻蚀的方法及太阳能电池片的制作方法，以减轻太阳能电池片表面漏电现象，进而提高太阳能电池片的转换效率，同时改善太阳能电池片外观。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种硅片刻蚀的方法，其特征在于，包括：

提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体表面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的玻璃层，所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面为绒面；

在位于所述硅片基体正面的玻璃层背离所述硅片基体一侧的表面形成水保护层；

将所述硅片具有所述水保护层的一面朝上置于化学试剂中进行刻蚀，去除所述硅片基体除正面外的区域上的掺杂层及玻璃层。

优选的，所述在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面形成水保护层，具体包括：

在所述硅片上方设置一排喷头，所述喷头排列的长度大于或等于所述硅片中垂直于所述硅片传送方向的边的长度，所述喷头排列的方向垂直于所述硅片传送方向；

在所述硅片具有所述水保护层的一面朝上传送的同时，所述喷头朝向所述硅片喷水，在所述硅片的正面形成水保护层。

优选的，所述喷头的水流量范围为20L/min～150L/min，包括端点值。

优选的，所述喷头上具有可控制水流量的阀门。

优选的，所述化学试剂为氢氟酸、硝酸、硫酸和去离子水的混合溶液。

本发明还提供了一种太阳能电池片的制作方法，其特征在于，包括：

提供硅片；

去除所述硅片表面的损伤层，将所述硅片的表面制成绒面；

在所述硅片的表面形成掺杂层，形成所述掺杂层的过程中伴随产生玻璃层；

采用权利要求1～5任一项所述的硅片刻蚀的方法刻蚀所述硅片；

去除覆盖在所述掺杂层背离所述硅片的硅片基体一侧的表面的玻璃层；

在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面形成钝化减反射膜；

在所述钝化减反射膜背离所述硅片基体一侧的表面形成正面电极栅线，在所述硅片基体的背面形成背面场及背面电极栅线；

对所述硅片进行烧结。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案至少具有以下优点：

本发明所提供的硅片刻蚀的方法及太阳能电池片的制作方法，利用玻璃层的亲水性，刻蚀之前在位于硅片基体正面的玻璃层背离硅片基体一侧的表面形成一层吸附在玻璃层表面水保护层。当硅片刻蚀时，水保护层中的水会稀释流动到玻璃层上的化学试剂，使化学试剂的浓度变得很低，经过稀释后的化学试剂基本不会腐蚀硅片基体正面PN结，而硅片基体除正面外的区域上的掺杂层和玻璃层与化学试剂直接接触，进而被去除掉，从而在保证硅片基体除正面外的区域上的PN结被去除的基础上，降低了刻蚀时对硅片基体正面PN结的损伤程度，减少了太阳能电池片表面漏电，进而提高了太阳能电池片的转换效率。

并且，由于水保护膜稀释了流动到硅片基体正面玻璃层上的化学试剂，硅片基体正面的掺杂层几乎不会被侵蚀，所以降低了刻蚀在硅片有掺杂层的一面形成的刻蚀印的明显程度，改善了太阳能电池片的外观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一所提供的硅片刻蚀的方法的流程图；

图2～图4为本发明实施例一所提供的硅片刻蚀的方法各步骤的剖面图；

图5为本发明实施例二所提供的太阳能电池片的制作方法的流程图，

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的方法所制作的太阳能电池片表面漏电较严重，并且太阳能电池片的外观不太美观，发明人研究发现，产生这种问题的主要原因是：硅片在进行边缘刻蚀时，硅片有掺杂层的一面朝上浮在刻蚀槽内的化学试剂中，在刻蚀去除硅片边缘侧面的PN结的同时，化学试剂流动到硅片基体正面的玻璃层上，由于化学试剂的浓度较高，会腐蚀硅片基体正面的掺杂层，损伤PN结，导致电池正面和背面导通，造成太阳能电池片的漏电，使太阳能电池片的转化效率下降；另外，化学试剂腐蚀硅片正面掺杂层后，会在硅片正面留下刻蚀印，硅片正面形成钝化减反射层后，在钝化减反射层的反射作用下，目视刻蚀印会更加明显，严重影响太阳能电池片的外观。

基于此，本发明提供了一种硅片刻蚀的方法，包括：

提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体表面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的玻璃层，所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面为绒面；

在位于所述硅片基体正面的玻璃层背离所述硅片基体一侧的表面形成水保护层；

将所述硅片具有所述水保护层的一面朝上置于化学试剂中进行刻蚀，去除所述硅片基体除正面外的区域上的掺杂层及玻璃层。

本发明所提供的硅片刻蚀的方法及太阳能电池片的制作方法，利用玻璃层的亲水性，刻蚀之前在位于硅片基体正面的玻璃层背离硅片基体一侧的表面形成一层吸附在玻璃层表面水保护层。当硅片刻蚀时，水保护层中的水会稀释流动到玻璃层上的化学试剂，使化学试剂的浓度变得很低，经过稀释后的化学试剂基本不会腐蚀硅片基体正面PN结，而硅片基体除正面外的区域上的掺杂层和玻璃层与化学试剂直接接触，进而被去除掉，从而在保证硅片基体除正面外的区域上的PN结被去除的基础上，降低了刻蚀时对硅片基体正面PN结的损伤程度，减少了太阳能电池片表面漏电，进而提高了太阳能电池片的转换效率。

并且，由于水保护膜稀释了流动到硅片基体正面玻璃层上的化学试剂，硅片基体正面的掺杂层几乎不会被侵蚀，所以降低了刻蚀在硅片有掺杂层的一面形成的刻蚀印的明显程度，改善了太阳能电池片的外观。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例一

本实施例提供了一种硅片刻蚀的方法，结合图1～图4，其中图1为本实施例所提供的硅片刻蚀的方法的流程图，图2～图4为本实施例所提供的硅片刻蚀的方法各步骤的剖面图，该方法包括以下步骤：

提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体表面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的玻璃层，所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面为绒面；

需要说明的是，所述“硅片基体正面”是指硅片基体朝向掺杂层的一面，“硅片基体背面”是指硅片基体背离掺杂层的一面，“硅片基体边缘侧面”是指除正面和背面外硅片基体的其它面。

另外，由于硅片掺杂时通常采用扩散工艺，当对硅片进行单面扩散时，本步骤中的掺杂层覆盖在硅片基体的正面及边缘侧面，当对硅片进行双面扩散时，本步骤中的掺杂层覆盖在硅片基体的正面、背面及边缘侧面，所以“所述硅片基体表面”具体指硅片基体的正面及边缘侧面或者硅片基体的正面、背面及边缘侧面。

本实施例以进行过单面扩散的硅片为例进行说明，如图2，硅片经过去除表面损伤层、制备绒面及掺杂后，表面为绒面，且正面被掺杂，形成掺杂层202，未被掺杂的部分为硅片基体201。掺杂层202覆盖在硅片基体201的正面及边缘侧面。

需要说明的是，本实施例中硅片可以为N型，也可以为P型，相应的，当硅片为N型时，需要进行硼掺杂，形成P型的掺杂层，当硅片为P型时，需要进行磷掺杂，形成N型的掺杂层。

硅片的表面形成掺杂层后，在掺杂层202与硅片基体201的接触面会形成PN结，PN结是太阳能电池片将光能转化为电能的核心所在。

在位于所述硅片基体正面的玻璃层背离所述硅片基体一侧的表面形成水保护层；

上述步骤具体包括：在所述硅片上方设置一排喷头，所述喷头排列的长度大于或等于所述硅片中垂直于所述硅片传送方向的边的长度，所述喷头排列的方向垂直于所述硅片传送方向；在所述硅片具有所述水保护层的一面朝上传送的同时，所述喷头朝向所述硅片喷水，如图3所示，在所述硅片的正面形成水保护层301。

硅片在形成PN结后，是通过传送带正面朝上传送入进入刻蚀槽进行刻蚀的，所以将喷头排列的方向设置为与硅片前进的方向垂直，喷头持续的朝下喷水，硅片经过所设置的一排喷头时，其整个正面都会留下水分。为了使水分能够完全覆盖硅片正面，喷头排列的长度应大于或等于硅片的边长，更确切的说是大于或等于硅片中垂直于硅片前进方向的边的长度。

喷头所喷出的水量需要控制在一个合理的范围内，如果水量过小，水保护层301可能无法完全覆盖硅片正面，或者水保护层301过薄，可能会影响水保护层稀释硅片正面化学试剂的效果；如果水量过大，水的重量和水流的冲击力可能会导致硅片破碎的几率变大。发明人经过不断试验，得到所述喷头的水流量为20L/min～150L/min时，水保护层301所带来的有益效果较显著，且硅片碎片率几乎不受影响。为了更加有效的控制喷头的水流量，本实施例优选的在所述喷头上设置可控制水流量的阀门。

需要说明的是，由于硅片在掺杂形成PN结的过程中，在硅片正面会伴随生成玻璃层，玻璃层都是亲水性物质，当喷头向硅片正面喷水时，玻璃层会将水分吸附在硅片正面，形成一层膜状的水保护层301。

将所述硅片具有所述水保护层的一面朝上置于化学试剂中进行刻蚀，去除所述硅片基体除正面外的区域上的掺杂层及玻璃层。

需要说明的是，若硅片基体的正面及边缘侧面覆盖有掺杂层及玻璃层，则本步骤中需要去除的部分为硅片基体边缘侧面覆盖的掺杂层及玻璃层，“所述硅片基体除正面外的区域”具体指硅片基体的边缘侧面；若硅片基体的正面、背面及边缘侧面覆盖有掺杂层及玻璃层，则本步骤中需要去除的部分为硅片基体背面及边缘侧面覆盖的掺杂层及玻璃层，“所述硅片基体除正面外的区域”具体指硅片基体的背面及边缘侧面。

本实施例以上述两种情况中的前者为例进行说明，如图4所示，硅片正面朝上漂浮在刻蚀槽中的化学试剂中，硅片的边缘侧面完全与化学试剂接触，边缘侧面的掺杂层202被化学试剂去除，使硅片的正面和背面不会通过边缘的PN结导通，避免了太阳能电池片的漏电。

在边缘刻蚀的过程中，化学试剂会流动到硅片的正面，由于硅片正面具有水保护层，水保护层中的水分会稀释流动到硅片正面的化学试剂，经过稀释后的化学试剂几乎不会腐蚀到硅片正面，即硅片正面的PN结基本不会被破坏，而现有技术中硅片进行刻蚀时，化学试剂腐蚀硅片正面的掺杂层，会使正面的PN结受到较严重的损伤，以致硅片正背面穿通，造成太阳能电池漏电较严重，可见，本实施例的刻蚀方法在去除边缘侧面PN结的同时，不会损伤正面PN结，大大减轻了太阳能电池的漏电，提高了太阳能电池的光电转换效率。

同时，由于化学试剂几乎不会侵蚀硅片正面，所以也基本不会留下侵蚀的痕迹，即刻蚀印，即使在硅片正面制备完钝化减反射膜后，在减反射膜减反射的作用下目视硅片正面刻蚀印也十分不明显，因此，本实施例所提供的硅片刻蚀的方法改善了太阳能片的外观。

对硅片进行刻蚀所用的所述化学试剂为氢氟酸、硝酸、硫酸和去离子水的混合溶液。在刻蚀完毕之后，需将硅片依次置于去离子水-氢氧化钾溶液-去离子水中进行清洗，去除硅片表面的金属离子，然后再进行磷硅玻璃或硼硅玻璃的去除操作。

需要说明的是，本发明实施例中所述的“硅片正面”是指硅片具有掺杂层的一侧，即太阳能电池的受光面，“硅片背面”是指不具有掺杂层的一侧，即太阳能电池的背光面。

实施例二

本实施例提供了一种太阳能电池片的制作方法，其中，对硅片刻蚀时，采用了实施例所用的方法，如图5所示，该方法包括以下步骤：

提供硅片；

所提供的硅片可以为N型，也可以为P型，多晶硅太阳能电池片通常为P型，单晶硅太阳能电池片通常为N型。

去除所述硅片表面的损伤层，将所述硅片的表面制成绒面；

由于硅片是硅锭通过机械切割形成的，所以硅片表面会存在机械切痕与损伤，通常采用氢氧化钠溶液腐蚀硅片，以去除硅片表面的损伤层。

然后采用碱性溶液腐蚀硅片表面，在硅片表面形成绒面结构，绒面结构能够减少光的反射，增加硅片对光的吸收作用。

在所述硅片的表面形成掺杂层，形成所述掺杂层的过程中伴随产生玻璃层；

通常采用扩散的方法对硅片进行掺杂，根据硅片类型要进行与硅片本身类型相反的掺杂，以在硅片正面形成PN结。

采用实施例一所述的硅片刻蚀的方法刻蚀所述硅片；

由于扩散制结的过程中，硅片除正面外的区域的表面也会被掺杂，形成PN结，导致太阳能电池正背面导通，所以需要将硅片除正面外的区域上的PN结完全去除，以断开正背面之间在电池边缘的通路。

通常对硅片进行刻蚀所采用的方法为湿法刻蚀，这种方法相对于等离子刻蚀和激光刻蚀等方法，对硅片的损伤较小，并且还能在刻蚀硅片除正面外的区域上的掺杂层的同时，对硅片背面进行背抛光，以降低背面的载流子复合，增加光线在硅片内部的反射，从而增加长波响应，因此采用湿法刻蚀的方法对提高太阳能电池的转换效率有一定的帮助。

去除覆盖在所述掺杂层背离所述硅片的硅片基体一侧的表面的玻璃层；

制作PN结时，硅片正面会伴随形成磷硅玻璃或硼硅玻璃，磷硅玻璃或硼硅玻璃的表面较光滑，如果不去除，会导致后续步骤中硅片正面的钝化减反射膜及电极栅线难以较好的附着在硅片的表面，影响电池性能。

一般采用氢氟酸在酸洗槽中溶解磷硅玻璃或硼硅玻璃，然后将硅片置于去离子水中进行清洗，再对硅片烘干，完成磷硅玻璃或硼硅玻璃的去除。

在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面形成钝化减反射膜；

通常采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）技术沉积一层主要材料为氮化硅的钝化减反射膜，氮化硅薄膜能够增强太阳能电池片对光的吸收，有效提高电池的光电转换效率，钝化减反射膜中同时含有大量的H原子，在薄膜沉积的过程中，H原子到达硅片表面和内部，结合硅片中的悬挂键，起到表钝化和体钝化的作用，从而降低了载流子的复合。

在所述钝化减反射膜背离所述硅片基体一侧的表面形成正面电极栅线，在所述硅片基体的背面形成背面场及背面电极栅线；

普遍采用丝网印刷技术将金属浆料印刷在硅片的表面，其中，硅片的正面常见为栅线结构，硅片的背面为整片的背面场结合栅线的结构，栅线主要作用是收集电流，其中栅线中宽度较粗的主栅线还具有便于后续太阳能电池片组装成组件时焊接的作用。

对所述硅片进行烧结。

高温将烧结炉中的硅片进行烧结，其目的是使丝网印刷的正面电极栅线、背面场和背面电极栅线与硅片基体紧密结合，形成欧姆接触，减少电流在由硅片传输至栅线过程中的传输电阻，进一步提高太阳能电池片的转换效率。

采用本实施例所提供的方法所制作的太阳能电池，电池正面的PN结没有被损伤，正面漏电较少，且电池表面没有刻蚀印，外观较美观。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种硅片刻蚀的方法，其特征在于，包括：

提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体表面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的玻璃层，所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面为绒面；

在位于所述硅片基体正面的玻璃层背离所述硅片基体一侧的表面形成水保护层；

将所述硅片具有所述水保护层的一面朝上置于化学试剂中进行刻蚀，去除所述硅片基体除正面外的区域上的掺杂层及玻璃层。

2.根据权利要求1所述的硅片刻蚀的方法，其特征在于，所述在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面形成水保护层，具体包括：

在所述硅片上方设置一排喷头，所述喷头排列的长度大于或等于所述硅片中垂直于所述硅片传送方向的边的长度，所述喷头排列的方向垂直于所述硅片传送方向；

在所述硅片具有所述水保护层的一面朝上传送的同时，所述喷头朝向所述硅片喷水，在所述硅片的正面形成水保护层。

3.根据权利要求2所述的硅片刻蚀的方法，其特征在于，所述喷头的水流量范围为20L/min～150L/min，包括端点值。

4.根据权利要求2所述的硅片刻蚀的方法，其特征在于，所述喷头上具有可控制水流量的阀门。

5.根据权利要求1所述的硅片刻蚀的方法，其特征在于，所述化学试剂为氢氟酸、硝酸、硫酸和去离子水的混合溶液。

6.一种太阳能电池片的制作方法，其特征在于，包括：

提供硅片；

去除所述硅片表面的损伤层，将所述硅片的表面制成绒面；

在所述硅片的表面形成掺杂层，形成所述掺杂层的过程中伴随产生玻璃层；

采用权利要求1～5任一项所述的硅片刻蚀的方法刻蚀所述硅片；

去除覆盖在所述掺杂层背离所述硅片的硅片基体一侧的表面的玻璃层；

在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧的表面形成钝化减反射膜；

在所述钝化减反射膜背离所述硅片基体一侧的表面形成正面电极栅线，在所述硅片基体的背面形成背面场及背面电极栅线；

对所述硅片进行烧结。

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