CN103572373A

CN103572373A - 一种单晶硅片碱式制绒工艺

Info

Publication number: CN103572373A
Application number: CN201310172304.1A
Authority: CN
Inventors: 韩健鹏; 吴敏
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CN103572373B

Abstract

本发明公开了一种单晶硅片碱式制绒工艺，解决了现有技术的碱式制绒工艺得到的绒面结构大小和排列是随机的，不能很好的全面形成二次反射，扩散时不能均匀扩散，与导电浆料难以形成良好的接触的问题，本发明主要包括以下步骤：（a）去损伤层；（b）掩膜制备；（c）掩膜开窗；（d）表面制绒；（e）去掩膜。本发明工艺步骤简单，适合工业化生产，且成本低，得到的单晶硅片绒面结构为大小与排列规整的倒金字塔结构，能很好地全面形成二次反射，同时保证扩散均匀，有利于导电浆料的涂覆，使得导电浆料厚度更易控制，与导电浆料的接触良好，有利于金属的烧结，减少接触电阻。

Description

一种单晶硅片碱式制绒工艺

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种单晶硅片碱式制绒工艺。

背景技术

在太阳能单晶硅常规电池的生产中，一般采用传统的碱式制绒工艺，即通过硅片和碱性制绒液反应在硅片表面形成 “金字塔”形状的起伏，通过这些金字塔结构的绒面以形成二次反射，提高光的吸收，降低硅片表面的反射率，从而提高电池的转换效率。

例如，申请公布号CN102703903A，申请公布日2012.10.03的中国专利公开了一种碱制绒工艺，其主要步骤为：先将硅片在碱性溶液中刻蚀形成金字塔绒面结构，再在HF、HNO3和CH3COOH混合溶液中刻蚀，最后经HF或HCl酸洗、水洗和烘干得产品。其不足之处在于，该方法形成的绒面大小和排列都是随机的，不能很好的全面形成二次反射，并在扩散时达不到均匀扩散，而且起伏的绒面对导电浆料难以形成良好的接触，影响金属的烧结，造成太阳能电池性能中的接触电阻（串联电阻Rs）较高，最终影响电池的转换效率。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的碱式制绒工艺得到的绒面结构大小和排列是随机的，不能很好的全面形成二次反射，扩散时不能均匀扩散，与导电浆料难以形成良好的接触的问题，提供了一种工艺步骤简单，适合工业化生产，且成本低的单晶硅片碱式制绒工艺，通过本发明得到的绒面结构为大小与排列规整的倒金字塔结构，能很好地全面形成二次反射，同时保证扩散均匀，有利于导电浆料的涂覆，使得导电浆料厚度更易控制，与导电浆料的接触良好，有利于金属的烧结，减少接触电阻。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种单晶硅片碱式制绒工艺，包括以下步骤：

（a）去损伤层：将单晶硅片置于第一腐蚀液中腐蚀，然后用去离子水洗净并烘干。

（b）掩膜制备：将去损伤层的单晶硅片放入氧化炉中氧化，在单晶硅片表面形成SiO₂掩膜。掩膜在理论上还可以采用光刻胶或由气相沉积形成的氮化硅，但是本发明中选择将单晶硅片表面氧化形成的SiO₂作为掩膜，原因在于：（一）SiO₂极易形成，只要将单晶硅片暴露在氧气中即可，这有利于本发明实现工业化生产，生产成本也更低；（二）SiO₂极易溶于氢氟酸中，便于掩膜在后续步骤中的去除。

（c）掩膜开窗：对形成有SiO₂掩膜的单晶硅片表面进行开窗，使SiO₂掩膜上形成均匀间隔分布的开窗孔。在进行表面制绒过程中，腐蚀液从开窗孔进入与单晶硅片接触发生腐蚀，而其他地方由于SiO₂掩膜的保护不会发生腐蚀，开窗孔均匀间隔分布，有利于提高单晶硅片表面对光的吸收率。

（d）表面制绒：将开窗后的单晶硅片置于第二腐蚀液中进行腐蚀，使单晶硅片表面形成倒金字塔结构的绒面。本发明中的单晶硅片经腐蚀后，在单晶硅片表面腐蚀窗口的位置会形成呈倒金字塔结构的凹腔，这些凹腔的壁面则构成绒面，本发明得到的绒面结构与通过现有碱式制绒工艺得到的绒面结构完全不同，通过现有碱式制绒工艺得到的绒面为突出在单晶硅片表面的金字塔结构，而本发明得到的绒面为凹陷在单晶硅片表面内的倒金字塔结构，本发明的绒面结构大小与排列更为规整，能很好地全面形成二次反射，能在扩散时保证均匀扩散，同时倒金字塔结构的绒面更有利于导电浆料的涂覆，使得导电浆料厚度更易控制，而且倒金字塔的绒面结构能保证单晶硅片与导电浆料的接触良好，有利于金属的烧结，减少接触电阻。

（e）去掩膜：将制绒后的单晶硅片置于第三腐蚀液中腐蚀去除SiO₂掩膜，再用去离子水洗净后烘干。

作为优选，步骤（a）中，所述第一腐蚀液为质量浓度为12~16%的NaOH溶液，腐蚀温度为70~100℃，腐蚀时间为30~50s。

作为优选，SiO₂掩膜的厚度为10~200nm。SiO₂掩膜的厚度过厚，导致后续激光开窗时开窗孔的深度较深，造成生产效率的降低，同时反应过程中产生的气泡从开窗孔逸出，较深的开窗孔又会延长气泡的逸出路径，降低反应物的疏运速度，影响腐蚀速率及绒面形面；而SiO₂掩膜的厚度过薄，SiO₂掩膜又容易被腐蚀液腐蚀，从而影响单晶硅片的表面形貌，因此SiO₂掩膜的厚度是形成倒金字塔结构绒面的一个重要因素。

作为优选，步骤（c）中采用激光开窗，开窗孔间隔4~8μm，孔径为2~4μm。激光开孔得到的开窗孔形状规则均匀，且易于操作，便于大规模应用；开窗孔间隔过小，易造成相邻开窗孔下的单晶硅片腐蚀贯通而得不到倒金字塔结构的绒面，影响二次反射，开窗孔间隔过大，也会影响二次反射，使得单晶硅表面的反射率较高；开窗孔的孔径过小，不仅腐蚀速率慢，而且腐蚀过程中产生的氢气气泡会在表面张力的作用下会吸附在开窗孔开口处，阻碍其他氢气气泡的逸出及反应物的疏运，进一步降低反应速度，还会造成绒面的不均匀，而开窗孔的孔径过大，则易造成腐蚀速度过快，得到的绒面形貌（几何特征）较差，影响光的二次折射，本发明通过对开窗孔间隔及孔径的控制，以有效控制腐蚀速率，使得单晶硅片表面能形成具有合理密度及较佳形貌的绒面结构，能将反射损失控制在最低限，从而有效提高光的二次反射，降低反射率，开窗孔间隔4~8μm，孔径为2~4μm，在保证腐蚀速率的前提下，得到的呈倒金字塔结构的绒面形貌最佳，且制绒后的单晶硅片反射率最低。

作为优选，步骤（d）中，所述第二腐蚀液为质量浓度为18~25%的NaOH溶液，刻蚀温度为70~100℃，腐蚀时间为20~60min。

作为优选，步骤（e）中，所述第三腐蚀液为质量浓度为8~15%的HF溶液。

因此，本发明具有如下有益效果：

（1）采用掩膜法在单晶硅片表面形成规则排列且呈倒金字塔结构的绒面，有效提高光的二次反射，降低反射率，同时在扩散时保证均匀扩散，还有利于导电浆料的涂覆，使得导电浆料厚度更易控制，此外，保证单晶硅片与导电浆料的接触良好，有利于金属的烧结，减少接触电阻；

（2）对腐蚀的工艺条件进行了优化，以保证能得到呈倒金字塔结构且具有较佳形貌的绒面；

（3）单晶硅片表面氧化形成的SiO₂作为掩膜，有利于本发明实现工业化生产，生产成本也更低，还便于掩膜在后续步骤中的去除；

（4）SiO₂掩膜的厚度控制在10~200nm，在保证腐蚀速率的同时保证了单晶硅片的表面形貌；

（5）采用激光开窗，开窗孔间隔4~8μm，孔径为2~4μm，有效控制了腐蚀速率，使得单晶硅表面能形成具有合理密度及较佳形貌的绒面结构；

（6）工艺步骤简单，适合工业化生产，且成本低。

附图说明

图1是本发明中单晶硅片经掩膜开窗后的一种俯视图。

图2是图1的一种剖面图。

图3 是本发明中单晶硅片去掩膜后的一种俯视图。

图4是图3的一种剖面图。

图中：单晶硅片1，SiO₂掩膜2，开窗孔3，绒面4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

（a）去损伤层：将单晶硅片1置于质量浓度为12%的NaOH溶液中，在100℃下腐蚀45s，然后用去离子水洗净并烘干。

（b）掩膜制备：将去损伤层的单晶硅片1放入氧化炉中氧化，在单晶硅片1表面形成厚度为10nm的SiO₂掩膜2。

（c）掩膜开窗：对形成有SiO₂掩膜2的单晶硅片1表面进行激光开窗，使SiO₂掩膜2上形成均匀间隔分布的开窗孔3（见图1、图2），开窗孔间隔8μm，孔径为4μm。

（d）表面制绒：将开窗后的单晶硅片1置于质量浓度为25%的NaOH溶液中，在100℃下腐蚀60min，使单晶硅片表面形成倒金字塔结构的绒面4。

（e）去掩膜：将制绒后的单晶硅片置于质量浓度为12%的HF溶液中腐蚀去除SiO₂掩膜，再用去离子水洗净后烘干后，即得到绒面为大小与排列规整的倒金字塔结构的单晶硅片（如图3、图4所示）。

实施例2

（a）去损伤层：将单晶硅片1置于质量浓度为16%的NaOH溶液中，在70℃下腐蚀30s，然后用去离子水洗净并烘干。

（b）掩膜制备：将去损伤层的单晶硅片1放入氧化炉中氧化，在单晶硅片1表面形成厚度为100nm的SiO₂掩膜2。

（c）掩膜开窗：对形成有SiO₂掩膜2的单晶硅片1表面进行激光开窗，使SiO₂掩膜2上形成均匀间隔分布的开窗孔3（见图1、图2），开窗孔间隔5m，孔径为3m。

（d）表面制绒：将开窗后的单晶硅片1置于质量浓度为20NaOH溶液中，在80℃下腐蚀40min，使单晶硅片表面形成倒金字塔结构的绒面4。

（e）去掩膜：将制绒后的单晶硅片置于质量浓度为10%的HF溶液中腐蚀去除SiO₂掩膜，再用去离子水洗净后烘干后，即得到绒面为大小与排列规整的倒金字塔结构的单晶硅片（如图3、图4所示）。

实施例3

（a）去损伤层：将单晶硅片1置于质量浓度为13%的NaOH溶液中，在800℃下腐蚀50s，然后用去离子水洗净并烘干。

（b）掩膜制备：将去损伤层的单晶硅片1放入氧化炉中氧化，在单晶硅片1表面形成厚度为200nm的SiO₂掩膜2。

（c）掩膜开窗：对形成有SiO₂掩膜2的单晶硅片1表面进行激光开窗，使SiO₂掩膜2上形成均匀间隔分布的开窗孔3（见图1、图2），开窗孔间隔4μm，孔径为2μm。

（d）表面制绒：将开窗后的单晶硅片1置于质量浓度为18%的NaOH溶液中，在70℃下腐蚀20min，使单晶硅片表面形成倒金字塔结构的绒面4。

（e）去掩膜：将制绒后的单晶硅片置于质量浓度为8%的HF溶液中腐蚀去除SiO₂掩膜，再用去离子水洗净后烘干后，即得到绒面为大小与排列规整的倒金字塔结构的单晶硅片（如图3、图4所示）。

将通过实施例1、实施例2、实施例3得到的单晶硅片与通过传统碱式制绒工艺得到的相同规格的单晶硅片分别经扩散→边缘刻蚀→PECVD→丝网印刷后制得太阳能电池，其测试结果如下：

从上述测试结果可知，由本发明得到的单晶硅片制成的太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子、装换效率均较由传统碱式制绒工艺得到的单晶硅片制成的太阳能电池高，反射率则明显低于传统碱式制绒工艺得到的单晶硅片制成的太阳能电池，说明本发明制得的单晶硅片的绒面结构具有更好的二次反射效果，能提高对光的吸收率，从而提高电池的转换效率。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1. 一种单晶硅片碱式制绒工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（a）去损伤层：将单晶硅片（1）置于第一腐蚀液中腐蚀，然后用去离子水洗净并烘干；

（b）掩膜制备：将去损伤层的单晶硅片放入氧化炉中氧化，在单晶硅片表面形成SiO₂掩膜（2）；

（c）掩膜开窗：对形成有SiO₂掩膜的单晶硅片表面进行开窗，使SiO₂掩膜上形成均匀间隔分布的开窗孔（3）；

（d）表面制绒：将开窗后的单晶硅片置于第二腐蚀液中进行腐蚀，使单晶硅片表面形成倒金字塔结构的绒面（4）；

2. 根据权利要求1所述的一种单晶硅片碱式制绒工艺，其特征在于，步骤（a）中，所述第一腐蚀液为质量浓度为12~16%的NaOH溶液，腐蚀温度为70~100℃，腐蚀时间为30~50s。

3. 根据权利要求1所述的一种单晶硅片碱式制绒工艺，其特征在于，SiO₂掩膜的厚度为10~200nm。

4. 根据权利要求1所述的一种单晶硅片碱式制绒工艺，其特征在于，步骤（c）中采用激光开窗，开窗孔间隔4~8μm，孔径为2~4μm。

5. 根据权利要求1所述的一种单晶硅片碱式制绒工艺，其特征在于，步骤（d）中，所述第二腐蚀液为质量浓度为18~25%的NaOH溶液，刻蚀温度为70~100℃，腐蚀时间为20~60min。

6. 根据权利要求1所述的一种单晶硅片碱式制绒工艺，其特征在于，步骤（e）中，所述第三腐蚀液为质量浓度为8~15%的HF溶液。