CN103606518A - 湿法刻蚀方法及湿法刻蚀装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法刻蚀方法及湿法刻蚀装置。该湿法刻蚀方法包括对具有扩散表面的硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤，并在对硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之前，还包括至少在硅片的扩散表面的边缘部位形成防刻蚀保护层的步骤。这种保护层能够避免扩散表面边缘被刻蚀药液损害的问题，进而能够保证硅片的有效受光面积，保证晶体硅电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅电池制造领域，具体而言，涉及一种湿法刻蚀方法及湿法刻蚀装置。
背景技术
太阳能电池作为一种绿色能源，在全球能源战略中的扮演的角色愈来愈重要，有关太阳能电池的研究也越来越广泛。目前的太阳能电池以晶体硅电池为主。常规的晶体硅电池的制备工艺包括按顺序进行的硅片制绒；扩散，形成扩散表面；单边刻蚀，形成刻蚀区；镀膜；丝网印刷及烧结。
目前，单边刻蚀中经常采用湿法刻蚀。如图1所示，现有的湿法刻蚀装置主要包括上料槽体10’和刻蚀槽体20’。其中上料槽体10’中设有导轮120’，刻蚀槽体20’中设有导轮220’。采用上述湿法刻蚀机进行湿法刻蚀的过程主要是对已完成扩散的硅片30’进行药液刻蚀，用以在硅片中除扩散表面以外的表面（待刻蚀面）形成刻蚀区。具体地，将扩散后的硅片在导轮220’的输送下经过刻蚀槽20’中的药液表面，使硅片的待刻蚀面与药液接触，以完成刻蚀。
然而，在常规的湿法刻蚀过程中，由于硅片的输送很容易引起药液的波动，使得药液很容易浸至扩散表面的边缘。这就会对扩散表面的结构造成影响，使得扩散表面出现刻蚀区。由于这种药液的波动很难控制，采用目前链式湿法刻蚀机所刻蚀的硅片，其扩散表面的边缘均会出现宽度为1～2mm的刻蚀区。这些扩散表面上的刻蚀区不仅会影响晶体硅电池片的外观，更会减少晶体硅电池片的有效受光面积，降低晶体硅电池的光电转换效率。
发明内容
本发明旨在提供一种湿法刻蚀方法及湿法刻蚀装置，以解决现有技术中湿法刻蚀步骤中硅片的扩散表面易损伤问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种湿法刻蚀方法，包括对具有扩散表面的硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤，其中，对硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之前，还包括至少在硅片的扩散表面的边缘部位形成防刻蚀保护层的步骤。
进一步地，上述防刻蚀保护层相对于扩散表面的一侧边缘的宽度大于等于2mm且小于等于扩散表面宽度的一半。
进一步地，对上述硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之后，还包括去除防刻蚀保护层的步骤。
进一步地，上述防刻蚀保护层通过在硅片的扩散表面涂刷第一氢氟酸水溶液形成，优选地，第一氢氟酸水溶液的浓度为10～30wt%。
进一步地，上述防刻蚀保护层通过采用第二氢氟酸水溶液对硅片进行冲洗脱除，优选地，第二氢氟酸水溶液的浓度为30～50wt%，更优选地，采用第二氢氟酸水溶液对硅片进行冲洗的步骤中，冲洗压力为3～5pa，冲洗时间为3～5s。
根据本发明的另一方面，提供了一种湿法刻蚀装置，包括上料槽体，上料槽体中设有导轮，其中，还包括用于形成防刻蚀保护层的涂刷装置，涂刷装置设置在导轮远离上料槽体的一侧，且涂刷装置与导轮之间形成硅片的输送通道。
进一步地，上述涂刷装置包括毛刷与支撑件，毛刷与导轮平行地设置在导轮远离上料槽体的一侧，且宽度等于硅片的扩散表面的宽度；支撑件用以支撑毛刷。
进一步地，上述涂刷装置包括滚轮与支撑件，滚轮与导轮的轴线平行地设置在导轮远离上料槽体的一侧，滚轮轴向长度等于硅片的扩散表面的宽度；支撑件用以支撑滚轮。
进一步地，上述滚轮转动方向与导轮的转动方向相反。
进一步地，上述装置还包括排酸系统，排酸系统与设置在上料槽体的底部的排酸口相连通。
应用本发明的湿法刻蚀方法及湿法刻蚀装置。本发明的湿法刻蚀方法中，在对硅片的待刻蚀面进行刻蚀之前，至少在硅片的扩散表面的边缘部位形成防刻蚀保护层。这种防刻蚀保护层能够有效避免扩散表面边缘被刻蚀药液损害的问题，进而能够保证硅片的有效受光面积，保证晶体硅电池的光电转换效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中湿法刻蚀装置的示意图；以及
图2示出了本发明湿法刻蚀装置的示意图。
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了解决现有技术中湿法刻蚀造成硅片扩散表面出现刻蚀区的问题，本发明发明人提供了一种湿法刻蚀方法。该湿法刻蚀方法包括对具有扩散表面的硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤，而且对硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之前，还包括至少在硅片的扩散表面的边缘部位形成防刻蚀保护层的步骤。
本发明所提供的这种湿法刻蚀方法中，对硅片进行刻蚀之前，先至少在硅片的扩散表面的边缘部位形成防刻蚀保护层。该防刻蚀保护层可以是不与硅片扩散表面发生反应的物理保护层，也可以是经过与硅片扩散表面的二氧化硅发生反应形成的化学保护层。该扩散表面的二氧化硅是在硅片的扩散过程中因磷源等扩散源的氧化而形成的。在随后的刻蚀过程中，该防刻蚀保护层能够在一定程度上阻止药液刻蚀扩散表面。更重要地，即使波动的药液流动到硅片扩散表面的边缘上，该防刻蚀保护层也能够在一定程度上阻止药液与扩散表面进行反应，从而有效避免了扩散表面的边缘出现损伤（刻蚀区），保证了扩散表面的完整性。进一步地，完整的扩散表面保证了晶体硅电池片的有效受光面积，进而保证了晶体硅电池的光电转换效率。
本发明所提供的上述方法中，防刻蚀保护层相对于扩散表面的一侧边缘的宽度大于等于2mm，小于等于扩散表面宽度的一半。当硅片为正方形时，防刻蚀保护层为沿硅片待刻蚀表面边缘形成的方环形，该方环形一边的宽度即为上述“防刻蚀保护层相对于扩散表面的一侧边缘的宽度”。优选地，上述防刻蚀保护层全面覆盖在硅片的扩散表面上。这样的全面覆盖有助于对硅片的扩散表面进行全面的保护。这是由于链式湿法刻蚀机中易出现排风不稳定、流量异常等问题，这些问题易导致槽体上方凝结的刻蚀药液滴落至硅片的扩散表面，进而使扩散表面出现更多的刻蚀区。在此基础上，将防刻蚀保护层全面覆盖在硅片的扩散表面上，能够更全面地防止扩散表面被滴落的药液刻蚀。这就能够更有效地保证晶体硅电池片的有效受光面积，进而更有效地保证晶体硅电池的光电转换效率。
本发明所提供的上述方法中，在对硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之后，可以继续进行常规的工艺步骤。优选地，对硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之后，还包括去除防刻蚀保护层的步骤。将上述防刻蚀保护层去除后，能够进一步减少硅片扩散表面的杂质，保证晶体硅电池的光电转换效率。
本发明所提供的上述方法中，只要保护层能够阻止药液对扩散表面的刻蚀即可。在一种优选的方式中，上述防刻蚀保护层通过在硅片的扩散表面涂刷第一氢氟酸水溶液形成，更优选地，第一氢氟酸水溶液的浓度为10～30wt%。
采用氢氟酸在硅片的扩散表面涂刷后，氢氟酸与扩散表面上的二氧化硅发生反应，形成不与药液发生反应的化学保护层。相比于物理保护层而言，这种化学保护层能够彻底阻止药液对硅片扩散表面的刻蚀，从而更有效地保证晶体硅电池片的有效受光面积，保证其光电转换效率。
在本发明的教导下，本领域技术人员能够合理地选择上述防刻蚀保护层的去除方式。一种优选的方式中，上述防刻蚀保护层通过采用第二氢氟酸水溶液对硅片进行冲洗脱除，优选地，第二氢氟酸水溶液的浓度为30～50wt%。采用氢氟酸水溶液对硅片进行冲洗，利用氢氟酸与防刻蚀保护层的反应将硅片扩散表面的保护层彻底去除。从而更有效地减少硅片扩散表面的杂质，保证晶体硅电池片的有效受光面积，进而保证其光电转换效率。
在采用上述保护层的去除方法时，本领域技术人员能够合理地拟定具体的操作工艺。在一种优选的实施方式中，采用第二氢氟酸水溶液对硅片进行冲洗的步骤中，冲洗压力为3～5pa，冲洗时间为3～5s。这样的冲洗条件能够促使上述保护层被彻底清除，同时能够避免硅片的损伤。
另外，本发明还提供了一种湿法刻蚀装置，如图2所示，包括上料槽体10和刻蚀槽体20，上料槽体10中设有导轮120，刻蚀槽体20中设有导轮220。其中，上料槽体10中还包括用于形成防刻蚀保护层的涂刷装置，该涂刷装置设置在导轮120远离上料槽体10的一侧，且涂刷装置与导轮120之间形成硅片30输送通道。
现有技术中的湿法刻蚀装置，如图1所示，包括上料槽体10’和刻蚀槽体20’。其中上料槽体10’中仅设有导轮120’。使用这样的装置对硅片进行湿法刻蚀时，硅片的扩散表面极易被波动的药液浸润，使得扩散表面极易被药液损伤。而本发明所提供的这种湿法刻蚀装置，通过在上料槽体10部分设置涂刷装置，能够使硅片在未经刻蚀之前，在扩散表面上形成保护层。该防刻蚀保护层能够避免硅片通过刻蚀输送导轮220在刻蚀槽20的输送过程中，由于药液的波动而对其扩散表面边缘造成刻蚀的现象。同时，该防刻蚀保护层还能够避免硅片与自槽体上掉落的药液液滴发生反应，从而避免硅片的扩散表面上出现更多的刻蚀区。综合以上两方面的原因，上述保护层能够有效阻止硅片的扩散表面出现刻蚀区，从而能够保证晶体硅电池片的有效受光面积，保证晶体硅电池片的光电转换效率。
本发明所提供的这种湿法刻蚀装置中，采用的涂刷装置只要能在硅片的扩散表面进行涂刷即可。在一种优选的实施方式中，上述涂刷装置包括毛刷与支撑件，其中，毛刷与导轮120平行地设置在导轮120远离上料槽体10的一侧，且宽度等于硅片30的扩散表面的宽度；支撑件用以支撑毛刷。将毛刷与导轮120平行设置，能够减小硅片在上料过程中的阻力。将毛刷的宽度设置为与硅片的扩散表面相等，能够避免因毛刷宽度太小而造成的保护层覆盖不完全，还能够避免因毛刷宽度太大而在硅片的侧面（待刻蚀面）形成防刻蚀保护层，进而阻碍后续的刻蚀。上述的扩散表面的宽度为硅片扩散表面垂直于其输送方向的一边的宽度
本发明所提供的这种湿法刻蚀装置中，更优选其涂刷装置包括滚轮110和支撑件，滚轮110设置在导轮120远离上料槽体10的一侧，且滚轮110与导轮120的轴线相互平行，且滚轮110的宽度等于硅片30的扩散表面的宽度；支撑件用以支撑滚轮110。采用滚轮110对硅片上的扩散表面进行涂刷，能减小硅片的上料阻力。将滚轮110与导轮120平行设置，能够进一步减小硅片的传送阻力。将滚轮110的宽度设置为与扩散表面的宽度相等，能够避免因宽度太小而造成的保护层覆盖不完全，还能够避免因宽度太大而在硅片的侧面待刻蚀面形成防刻蚀保护层，阻碍后续的刻蚀。
根据本发明的教导，本领域技术人员能够合理地选择具体的方式设置上述滚轮110。一种优选的方式中，滚轮110相对位于导轮120上的硅片30转动。这种设置能够促使上述保护层更加均匀，防止涂刷漏洞，进一步阻止扩散表面出现刻蚀区。
为了进一步减小硅片的传送阻力，将上述滚轮110的转动方向设置为与导轮120的转动方向相反。
在一种更优选的实施方式中，上述湿法刻蚀装置中还包括排酸系统，且排酸系统与设置在上料槽体10的底部的排酸口130相连。在上料槽体10的底部增加排酸系统，与滚轮110形成一个循环系统，可以有效节约和充分利用形成保护层的氢氟酸水溶液。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
对比例1
采用现有的链式湿法刻蚀机对扩散后的硅片进行湿法刻蚀。将扩散后的硅片上料至刻蚀槽中进行单面湿法刻蚀。然后将硅片在喷淋的浓度为30wt%的氢氟酸水溶液下进行冲洗，冲洗时间为3s，冲洗压力为5pa，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
将上述硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
经测量，上述晶体硅电池的有效受光面积为24336cm2，光电转换效率为17.3%。
实施例1
利用毛刷将浓度为5wt%的氢氟酸水溶液涂刷于硅片的扩散表面的边缘部位，形成相对于扩散表面的一侧边缘的宽度等于2mm的保护层。得到扩散表面形成有防刻蚀保护层的待刻蚀硅片。采用链式湿法刻蚀机对待刻蚀硅片进行湿法刻蚀，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
实施例2
利用毛刷将浓度为10wt%的氢氟酸水溶液涂刷于硅片的扩散表面的边缘部位，形成相对于扩散表面的一侧边缘的宽度等于4mm的保护层。得到扩散表面形成有防刻蚀保护层的待刻蚀硅片。采用链式湿法刻蚀机对待刻蚀硅片进行湿法刻蚀。然后将硅片在喷淋的浓度为30wt%的氢氟酸水溶液下进行冲洗，冲洗时间为5s，冲洗压力为4pa，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
实施例3
采用设置有涂刷滚轮的链式湿法刻蚀机对扩散后的硅片进行湿法刻蚀，利用涂刷滚轮将浓度为5wt%的氢氟酸水溶液涂刷于硅片的扩散表面，形成保护层。得到扩散表面形成有防刻蚀保护层的待刻蚀硅片。采用链式湿法刻蚀机对待刻蚀硅片进行单面湿法刻蚀。然后将硅片在喷淋的浓度为20wt%的氢氟酸水溶液下进行冲洗，冲洗时间为3s，冲洗压力为5pa，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
实施例4
采用设置有涂刷滚轮的链式湿法刻蚀机对扩散后的硅片进行湿法刻蚀，利用涂刷滚轮将浓度为10wt%的氢氟酸水溶液涂刷于硅片的扩散表面，形成保护层。得到扩散表面形成有防刻蚀保护层的待刻蚀硅片。采用链式湿法刻蚀机对待刻蚀硅片进行单面湿法刻蚀。然后将硅片在喷淋的浓度为30wt%的氢氟酸水溶液下进行冲洗，冲洗时间为5s，冲洗压力为3pa，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
实施例5
采用设置有涂刷滚轮的链式湿法刻蚀机对扩散后的硅片进行湿法刻蚀，利用涂刷滚轮将浓度为30wt%的氢氟酸水溶液涂刷于硅片的扩散表面，形成保护层。得到扩散表面形成有防刻蚀保护层的待刻蚀硅片。采用链式湿法刻蚀机对待刻蚀硅片进行单面湿法刻蚀。然后将硅片在喷淋的浓度为50wt%的氢氟酸水溶液下进行冲洗，冲洗时间为3s，冲洗压力为3pa，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
实施例6
采用设置有涂刷滚轮的链式湿法刻蚀机对扩散后的硅片进行湿法刻蚀，利用涂刷滚轮将浓度为20wt%的氢氟酸水溶液涂刷于硅片的扩散表面，形成保护层。得到扩散表面形成有防刻蚀保护层的待刻蚀硅片。采用链式湿法刻蚀机对待刻蚀硅片进行单面湿法刻蚀。然后将硅片在喷淋的浓度为40wt%的氢氟酸水溶液下进行冲洗，冲洗时间为4s，冲洗压力为4pa，得到刻蚀硅片。
进一步地，将上述刻蚀硅片进行镀膜、丝网印刷及烧结，形成晶体硅电池。
对上述实施例与对比例中的晶体硅电池进行测量。
测量方式：
光电转换效率：采用晶体硅电池IV tester测试仪，对实施例与对比例中所制备的晶体硅电池进行表征，测试其光电转换效率。测试结果如表一所示。
表一：
| 有效受光面积 | 光电转换效率 | |
| 实施例1 | 增加1.0% | 增加0.018% |
| 实施例2 | 增加1.5% | 增加0.024% |
| 实施例3 | 增加2.0% | 增加0.03% |
| 实施例4 | 增加2.5% | 增加0.045% |
| 实施例5 | 增加3.0% | 增加0.05% |
| 实施例6 | 增加2.7% | 增加0.047% |
从以上的数据中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
采用本发明实施例中的刻蚀方法，制备的晶体硅电池的有效受光面积与光电转换效率相比于对比例中刻蚀方法所制备的晶体硅电池有明显地增加。特别地，相比于仅在硅片的边缘部位设置防刻蚀保护层后形成的晶体硅电池，将硅片的整个扩散表面设置防刻蚀保护层后形成的晶体硅电池，其有效受光面积与光电转换效率有明显增加。
由此可知，通过在硅片刻蚀之前，在硅片的扩散表面形成防刻蚀保护层。这样的保护层能够有效保证晶体硅电池的受光面积，进而保证晶体硅电池光电转换效率。
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 (10)
1.一种湿法刻蚀方法，包括对具有扩散表面的硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤，其特征在于，对所述硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之前，还包括至少在所述硅片的扩散表面的边缘部位形成防刻蚀保护层的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述防刻蚀保护层相对于所述扩散表面的一侧边缘的宽度大于等于2mm且小于等于所述扩散表面宽度的一半。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述硅片的待刻蚀面进行刻蚀的步骤之后，还包括去除所述防刻蚀保护层的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述防刻蚀保护层通过在所述硅片的扩散表面涂刷第一氢氟酸水溶液形成，优选地，所述第一氢氟酸水溶液的浓度为10～30wt%。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述防刻蚀保护层通过采用第二氢氟酸水溶液对所述硅片进行冲洗脱除，优选地，所述第二氢氟酸水溶液的浓度为30～50wt%，更优选地，所述采用第二氢氟酸水溶液对所述硅片进行冲洗的步骤中，冲洗压力为3～5pa，冲洗时间为3～5s。
6.一种湿法刻蚀装置，包括上料槽体（10），所述上料槽体（10）中设有导轮（120），其特征在于，还包括用于在硅片（30）的扩散表面形成防刻蚀保护层的涂刷装置，所述涂刷装置设置在所述导轮（120）远离上料槽体（10）的一侧，且所述涂刷装置与所述导轮（120）之间形成所述硅片（30）的输送通道。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述涂刷装置包括：
毛刷，与所述导轮（120）平行地设置在所述导轮（120）远离上料槽体（10）的一侧，且所述毛刷的宽度等于所述硅片（30）的扩散表面的宽度；
支撑件，支撑所述毛刷。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述涂刷装置包括：
滚轮（110），与所述导轮（120）的轴线平行地设置在所述导轮（120）远离上料槽体（10）的一侧，所述滚轮（120）轴向长度等于所述硅片（30）的扩散表面的宽度；
支撑件，支撑所述滚轮（110）。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述滚轮（110）转动方向与所述导轮（120）的转动方向相反。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括排酸系统，所述排酸系统与设置在所述上料槽体（10）的底部的排酸口（130）相连通。
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