CN103258918A - 硅片的制绒方法、太阳能电池片及其制作方法 - Google Patents

硅片的制绒方法、太阳能电池片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种硅片的制绒方法、太阳能电池片及其制作方法。该制绒方法包括：步骤S1，对硅片的正面和背面进行制绒；步骤S2，对步骤S1制绒后的硅片的背面进行抛光。在硅片的正面和背面形成金字塔形状的绒面结构，在利用正面绒面结构增加硅片对光的吸收率的基础上，通过对背面的绒面结构进行抛光后使背面的绒面面积减小，进而减小了背面的表面缺陷态密度，表面缺陷态密度的减少使得背面光生载流子在背面的复合率减少，使经过硅片的光更多地反射回硅片内部增加激发电子-空穴对的几率，在此基础上可以提高以该硅片制作的太阳能电池的开路电压和短路电流，进而提高电池的光电转换效率，降低电池单瓦成本。

Description

硅片的制绒方法、太阳能电池片及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备领域，具体而言，涉及一种硅片的制绒方法、太阳能电池片及其制作方法。
背景技术
制绒工艺采用各向异性的碱制绒法在硅片正面和/或背面形成金字塔绒面，通过增加硅片的表面积来减少硅片对光的反射率，以至于提高对从硅片正面入射的太阳光的吸收，从而产生更多的光生载流子、提高太阳能电池的光电转换效率。
但是，依靠绒面结构均不能无限制地降低光反射率；而且，绒面结构面积越大，表面缺陷越多，产生的光生载流子在缺陷处由于复合造成的损失就会越多，进而有可能导致电池的光电转换效率降低。
目前，采用多晶铸锭方法生产的准单晶硅结合了单晶硅和多晶硅的优势，其主体为（100）晶面，同时含有部分其他随机生长的多晶部分。对于这类硅片，采用常规碱制绒方法制绒后主体会形成比较理想的金字塔，但是硅片上的多晶部分，由于晶向杂乱，经过碱的各向同性腐蚀，表面的粗糙程度变大，表面缺陷态也会增多，如果这些部分经过印刷后与金属浆料接触可以形成更多的复合中心，就会对电池的性能有十分不利的影响，尤其是P型准单晶电池背面需要整个印刷铝背场，碱制绒的上述缺点在此时将十分显著。
发明内容
本发明旨在提供一种硅片的制绒方法、太阳能电池片及其制作方法，通过减少背面表面缺陷提高了太阳能电池光电转换效率。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种硅片的制绒方法，制绒方法包括：步骤S1，对硅片的正面和背面进行制绒；步骤S2，对步骤S1制绒后的硅片的背面进行抛光。
进一步地，上述硅片为（100）晶面面积大于硅片总面积50%的硅片、与（100）晶面夹角小于15°的晶面面积大于硅片总面积50%的硅片、或（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积大于硅片总面积70%的硅片。
进一步地，上述步骤S2中采用的抛光为化学抛光，包括将经过步骤S1制绒后的硅片的背面置于抛光溶液中、正面置于抛光溶液外并保持20～300S。
进一步地，上述抛光溶液包括HNO3和HF的混合溶液，抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为13～14.2mol/L，HF的摩尔浓度为0.5～2.3mol/L。
进一步地，上述步骤S2中采用的抛光为机械抛光。
进一步地，上述步骤S1的制绒包括将硅片的正面和背面均置于碱溶液中并保持120～900S。
进一步地，上述碱溶液包括NaOH或KOH，且碱溶液中NaOH或KOH质量百分含量为3～6%。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池片的制作方法，包括对硅片进行表面制绒、扩散制结、刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结的步骤，表面制绒采用上述的制绒方法。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池片，太阳能电池片采用上述的制作方法制作而成。
应用本发明的技术方案，在硅片的正面和背面形成金字塔形状的绒面结构，在利用正面绒面结构增加硅片对光的吸收率的基础上，通过对背面的绒面结构进行抛光后使背面的绒面面积减小，进而减小了背面的表面缺陷态密度，表面缺陷态密度的减少使得背面光生载流子在背面的复合率减少，使经过硅片的光更多地反射回硅片内部增加激发电子-空穴对的几率，在此基础上可以提高以该硅片制作的太阳能电池的开路电压和短路电流，进而提高电池的光电转换效率，降低电池单瓦成本。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种硅片的制绒方法，该制绒方法包括：步骤S1，对硅片的正面和背面进行制绒；步骤S2，对步骤S1制绒后的硅片的背面进行抛光。
采用上述制绒方法，在硅片的正面和背面形成金字塔形状的绒面结构，在利用正面绒面结构增加硅片对光的吸收率的基础上，通过对背面的绒面结构进行抛光后使背面的绒面面积减小，进而减小了背面的表面缺陷态密度，表面缺陷态密度的减小使得背面光生载流子在背面的复合率减少，使经过硅片的光更多地反射回硅片内部增加激发电子-空穴对的几率，在此基础上可以提高以该硅片制作的太阳能电池的开路电压和短路电流，进而提高电池的光电转换效率，降低电池单瓦成本。另外，在完成上述步骤S1后进行上述步骤S2之前，可以对硅片进行清洗。
本申请的硅片可以为单晶硅硅片和类单晶硅硅片，优选为（100）晶面面积大于硅片总面积50%的硅片、与（100）晶面夹角小于15°的晶面面积大于硅片总面积50%的硅片、或（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积大于硅片总面积70%的硅片。在制绒后，硅片正面的非（100）晶面的部分不再发光，减小了与（100）晶面的差别，使得硅片在各个位置对光的反射效果一致，改善了以该硅片制作的太阳能电池的工作性能。其中，上述（100）晶面面积的百分比例采用本领域技术常用的测试方法即可测出，比如采用XRD衍射法。
在本申请一种优选的实施例中，上述步骤S2中采用的抛光为化学抛光，包括将经过步骤S1制绒后的硅片的背面置于抛光溶液中、正面置于抛光溶液外并保持20～300S。将硅片的正面置于抛光溶液之外保证了仅对硅片的背面进行抛光，保留了硅片正面完整的绒面结构。
本申请采用含有氢氟酸和硝酸的混合溶液作为对硅片背面进行抛光的抛光溶液，优选抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为13～14.2mol/L，HF的摩尔浓度为0.5～2.3mol/L。利用将经过制绒后的硅片背面在上述抛光溶液中保持20～300S后得到腐蚀深度不同的抛光面，背面的外观一致性较好而且色差较小，进而提高了硅片对光的吸收率，提高了电池的光电转换效率。
硅片的背面抛光除了可以采用上述化学抛光外，上述步骤S2中采用的抛光为机械抛光。采用目前常规的机械抛光机进行抛光。
在本申请的一种优选的实施例中，上述步骤S1的制绒包括将硅片的正面和背面均置于碱溶液中并保持120～900S。采用碱制绒在硅片上形成较好的金字塔绒面，并且硅片正面的非（100）晶面的部分不再发光，减小了与（100）晶面的差别，使得硅片在各个位置对光的反射效果一致，改善了以该硅片制作的太阳能电池的工作性能。
本申请优选采用具有氢氧化钠或氢氧化钾的碱溶液作为步骤S1的碱溶液，优选上述碱溶液中NaOH或KOH的质量百分含量为4～6%。
在本申请另一种优选的实施方式中，提供了一种太阳能电池片及该太阳能电池片的制作方法，制作方法包括对硅片进行表面制绒、扩散制结、刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结的步骤，表面制绒采用上述制绒方法实施。
在本申请又一种优选的实施方式中，提供了一种太阳能电池片，太阳能电池片采用上述的制作方法制作而成。采用上述制作方法得到的太阳能电池片，背面的缺陷较少，对光的反射率较高使得更多的光由背面反射回电池片内部进而增加了激发电子-空穴对的几率，在此基础上太阳能电池片的开路电压和短路电流得到提高，进而提高电池的光电转换效率。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
对对156×156的P型硅片进行处理，该硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积为硅片总面积的98%。
将硅片置于盛有质量分数为5%氢氧化钠溶液的槽式制绒设备中，在75℃下保持480S后取出得到碱制绒后的硅片；将硅片置于盛有抛光溶液的链式制绒设备中，该抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为14.2mol/L，HF的摩尔浓度为0.5mol/L，利用辊轮控制硅片漂浮在的抛光溶液中，并且硅片的正面置于抛光溶液外，硅片的背面置于抛光溶液中，在12℃下保持60S后取出得到实施例1的抛光后硅片。
实施例2
对156×156的P型硅片进行处理，该硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积为硅片总面积的90%。
硅片置于盛有质量分数为5%的氢氧化钾溶液的槽式制绒设备中，在75℃下保持900S后取出得到碱制绒后的硅片；将硅片置于盛有抛光溶液的链式制绒设备中，该抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为13mol/L，HF的摩尔浓度为2.3mol/L，利用辊轮控制硅片漂浮在的抛光溶液中，并且硅片的正面置于抛光溶液外，硅片的背面置于抛光溶液中，在15℃下保持300S后取出得到实施例2的抛光后硅片。
实施例3
对156×156的P型硅片进行处理，该硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积为硅片总面积的85%。
硅片置于盛有质量分数为5%的氢氧化钾溶液的槽式制绒设备中，在75℃下保持900S后取出得到碱制绒后的硅片；将硅片置于盛有抛光溶液的链式制绒设备中，该抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为13.5mol/L，HF的摩尔浓度为1.5mol/L，利用辊轮控制硅片漂浮在的抛光溶液中，并且硅片的正面置于抛光溶液外，硅片的背面置于抛光溶液中，在15℃下保持300S后取出得到实施例3的抛光后硅片。
实施例4
对156×156的P型硅片进行处理，该硅片中（100）晶面面积为硅片总面积的80%。
硅片置于盛有质量分数为8%的氢氧化钠溶液的槽式制绒设备中，在50℃下保持1200S后取出得到碱制绒后的硅片；将硅片置于盛有抛光溶液的链式制绒设备中，该抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为14.5mol/L，HF的摩尔浓度为1.2mol/L，利用辊轮控制硅片漂浮在的抛光溶液中，并且硅片的正面置于抛光溶液外，硅片的背面置于抛光溶液中，在20℃下保持360S后取出得到实施例4的抛光后硅片。
实施例5
对156×156的P型硅片进行处理，该硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积为硅片总面积的60%。
硅片置于盛有质量分数为3%的氢氧化钠溶液的槽式制绒设备中，在70℃下保持120S后取出得到碱制绒后的硅片；将硅片置于盛有抛光溶液的链式制绒设备中，该抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为12.5mol/L，HF的摩尔浓度为2.5mol/L，利用辊轮控制硅片漂浮在的抛光溶液中，并且硅片的正面置于抛光溶液外，硅片的背面置于抛光溶液中，在12℃下保持20S后取出得到实施例5的抛光后硅片。
对比例1
对156×156的P型硅片进行处理N型硅片进行处理，该硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积为硅片总面积的90%。
将硅片置于盛有质量分数5%的氢氧化钾溶液的槽式制绒设备中，在75℃下保持480S后取出得到对比例1的碱制绒后硅片。
对比例2
对156×156的P型硅片进行处理型，该硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积为硅片总面积的90%。
将硅片置于盛有摩尔浓度质量分数5%的氢氧化钾溶液的槽式制绒设备中，硅片的正面和反面均在溶液中，在75℃下保持480S后取出得到碱制绒后的硅片；将硅片置于盛有抛光溶液的槽式制绒设备中，该抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为13.5mol/L，HF的摩尔浓度为1.5mol/L，硅片的正面和反面均在溶液中，在12℃下保持60S后取出得到对比例2的抛光后硅片。
对实施例1至5以及对比例1至2的硅片性能进行检测，其中，采用电子天平称重硅片腐蚀前后质量差，换算出正面制绒深度和背面抛光深度，采用D8J积分反射仪检测硅片的正面反射率和背面反射率，检测结果见表1。
将实施例1至5以及对比例1至2的制绒后的硅片在相同条件下依次进行扩散制结、边缘刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结形成实施例1至5以及对比例1至2的太阳能电池片，分别检测太阳能电池片的开路电压、短路电流和光电转换效率，检测结果见表1。表1
Figure BDA00003287273800051
由表1中的数据可以看出，实施例1至5采用本申请的制绒方法对硅片正面和背面进行制绒后再对硅片的背面进行抛光，抛光后使得在背面由于制绒形成的金字塔的塔尖高度减小，整个金字塔变得平滑，对比实施例1至3和对比例1至2的数据可以看出，实施例1至3的太阳能电池片的开路电压、短路电流以及光电转换效率均得到提升，说明硅片背面表面缺陷态密度减少了；而且，由实施例2和实施例3的对比可以看出硅片中（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积的增加也有利于提高太阳能电池片的开路电压。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种硅片的制绒方法，其特征在于，所述制绒方法包括：
步骤S1，对所述硅片的正面和背面进行制绒；
步骤S2，对所述步骤S1制绒后的硅片的背面进行抛光。
2.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述硅片为（100）晶面面积大于硅片总面积50%的硅片、与（100）晶面夹角小于15°的晶面面积大于硅片总面积50%的硅片、或（100）晶面及与（100）晶面夹角小于15°的晶面的总面积大于所述硅片总面积70%的硅片。
3.根据权利要求1或2所述的制绒方法，其特征在于，所述步骤S2中采用的抛光为化学抛光，包括将经过所述步骤S1制绒后的所述硅片的背面置于抛光溶液中、正面置于所述抛光溶液外并保持20～300S。
4.根据权利要求3所述的制绒方法，其特征在于，所述抛光溶液包括HNO3和HF的混合溶液，所述抛光溶液中HNO3的摩尔浓度为13～14.2mol/L，所述HF的摩尔浓度为0.5～2.3mol/L。
5.根据权利要求1或2所述的制绒方法，其特征在于，所述步骤S2中采用的抛光为机械抛光。
6.根据权利要求1或2所述的制绒方法，其特征在于，所述步骤S1的制绒包括将所述硅片的正面和背面均置于碱溶液中并保持120～900S。
7.根据权利要求6所述的制绒方法，其特征在于，所述碱溶液包括NaOH或KOH，且所述碱溶液中NaOH或KOH质量百分含量为3～6%。
8.一种太阳能电池片的制作方法，包括对硅片进行表面制绒、扩散制结、刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结的步骤，其特征在于，所述表面制绒采用权利要求1至7中任一项所述的制绒方法。
9.一种太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片采用权利要求8所述的制作方法制作而成。
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