CN103872183A - 一种单面抛光方法 - Google Patents
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Abstract
一种单面抛光方法，用来处理太阳能电池中的硅晶片。该抛光方法是用真空紫外光照射硅片的非待抛光面，在200℃～400℃的温度下，使硅片的非待抛光面生长一层厚度为5nm～50nm的氧化硅薄膜，而硅片的待抛光面被硅片自身所遮挡，不会被真空紫外光所照射到，因而不会生长氧化硅薄膜，以此达到只在单面生成氧化硅阻挡膜的目的。在后续的抛光工序中，无氧化硅阻挡膜的一面与抛光溶液反应形成抛光面，有氧化硅阻挡膜的一面保留绒面结构，形成单面抛光效果。本发明的抛光方法，工艺流程简单快捷，成本低廉，使用本发明的方法处理后的硅片，抛光面光滑平整，制绒面的绒面保存完好，具有意想不到的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池制造领域，具体地，涉及一种对硅晶片进行单面抛光的方法。
背景技术
太阳能电池，也称光伏电池，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，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种具有广阔发展前途的新型能源。
目前，太阳能电池片的制造工艺已经标准化，其主要步骤如下：
制绒：通过化学反应使原本光亮的硅片表面(包括正面和背面)形成凸凹不平的结构以减少光在其表面的反射。
扩散制结：P型（或N型）硅片在扩散后表面变成N型（或P型），形成PN结，使得硅片具有光伏效应。扩散的浓度、深度以及均匀性直接影响太阳能电池片的电性能，扩散进杂质的总量用方块电阻来衡量，杂质总量越小，方块电阻越大。
周边刻蚀：该步骤的目的在于去掉扩散制结时在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层。
沉积氮化硅薄膜主要起减反射和钝化的作用。
印刷电极。
烧结：使印刷的电极与硅片之间形成合金。
其中，制绒的目的是将光滑的硅片表面制成绒面结构，以减少入射光在电池片正面的反射。目前，制绒工序大多采用湿法制绒，将待处理硅片浸入制绒溶液中，使硅片的两面均生成绒面结构。但是，电池片背面的绒面结构会造成光照的长波部分易于从背面透射出去。同时，由于绒面结构的表面积更大，导致更多的表面复合。尤其是对于一些新型高效的太阳能电池片结构，需要增加背面钝化薄膜，而背面钝化薄膜无法在绒面结构上表现出优异性能来。因此，一面为绒面一面为抛光面是太阳能电池片的理想结构。
然而，当硅片进行制绒或抛光时，溶液总是同时接触到硅片的两面，造成硅片的两面同时被制绒，或者同时被抛光。
解决方法之一是将双面制绒的硅片的单面覆盖上阻挡薄膜，再将硅片放入抛光溶液中抛光。这层阻挡膜必须不与抛光溶液反应。同时这层阻挡膜还必须致密，不会导致抛光液经阻挡膜的孔洞到达硅片表面而与绒面反应。再次，这层膜在硅片的正面与硅片的背面还必须要有明显的分界线，不会存在阻挡膜绕射到硅片背面，影响硅片另一面的抛光效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种单面抛光方法，该抛光方法可以解决阻挡膜绕射到硅片非待抛光面的技术问题，只在硅基片的非待抛光面上形成一层氧化硅层作为阻挡层，从而实现单面抛光的效果，获得理想的一面制绒一面抛光的硅基片。
根据本发明的目的提出的一种单面抛光方法，用来处理太阳能电池中的硅晶片，所述单面抛光方法包括步骤：
提供一待处理的硅晶片，
将该硅晶片置入氧气氛围后，在200-400度的温度下，对该硅晶片的非待抛光面进行紫外线照射，在该紫外线的作用下，氧气只在所述硅晶片的非待抛光面上与硅反应生成一层氧化硅；
将该硅晶片放入抛光溶液进行抛光，所述氧化硅形成对所述抛光溶液的阻挡层，使得该抛光溶液只在所述抛光面上形成抛光效果；
去除非待抛光面上的所述氧化硅层。
优选的，所述硅基片为经过制绒工艺处理过的硅基片，或者所述硅基片为经过扩散工艺处理过的硅基片。
优选的，：所述紫外线的波长范围为125nm～175nm。
优选的，所述紫外线的光强为30W/m2～300W/m2，紫外线穿过氧气的距离为0.2～1cm，生产的氧化硅厚度为5nm-50nm。
优选的，所述氧气的流量为5sccm～15sccm，处理时间为10s～5min。
优选的，所述抛光溶液为四甲基氢氧化铵溶液。
优选的，：去除氧化硅层时，使用HF溶液作为清洗液。
优选的，在将硅晶片放入抛光溶液进行抛光之前，还包括对该硅基片进行清洗的步骤。
优选的，在去除所述氧化硅之前，还包括对该硅基片进行清洗的步骤。
与现有技术相比，本发明的技术效果在于：
1、本发明采用紫外线协助氧化的方法生长单面氧化膜，由于待抛光面被硅基片自身遮挡，而且氧化过程的温度不超过400度，不会形成热氧化层，因此在该抛光面上无氧化绕射，无需增加额外的工艺来去除绕射氧化膜。
2、形成的单面氧化阻挡膜结构致密，适合做抛光阻挡层。
3、实验证明，采用本发明的单面抛光方法，绒面结构保留完好，抛光面光滑平整，取得了良好的技术效果。
4、本发明的制备方法简单易行，操作简单，成本低廉，氧化所需的时间也大幅减少，因而具有良好的可行性和适应性。
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是本发明的单面抛光方法的流程框架图。
图2-图5是本发明第一实施方式下的单面抛光流程示意图。
图6-图11是比较例中的抛光方法流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，现有的制绒工序大多采用湿法制绒，将待处理硅片浸入制绒溶液中，使硅片的两面均生成绒面结构。但是，电池片背面的绒面结构会造成光照的长波部分易于从背面透射出去。同时，由于绒面结构的表面积更大，导致更多的表面复合。尤其是对于一些新型高效的太阳能电池片结构，需要增加背面钝化薄膜，而背面钝化薄膜无法在绒面结构上表现出优异性能来。因此，一面为绒面一面为抛光面是太阳能电池片的理想结构。然而，当硅片进行制绒或抛光时，溶液总是同时接触到硅片的两面，造成硅片的两面同时被制绒，或者同时被抛光。
因此本发明提出了一种单面抛光方法，该抛光方法的工作原理如下：硅片的热氧化通常需要在1000℃左右的高温下进行。如果温度降到450℃以下，硅片的热氧化几乎可以忽略不计。真空紫外辐射的能量在6eV以上，高于多数化学键的键能，因此，真空紫外光具有极强的激化化学反应的能力，降低反应所需的温度，使得氧气在400℃以下就能与硅迅速反应生成氧化硅，。根据该原理，我们在真空紫外光的照射下，在400℃以下的温度下就可以观察到明显的氧化反应，且生成的氧化硅层具有高致密性，能够满足后续对抛光液的阻挡作用。具体地，本发明提供一种真空紫外光照射硅片的非待抛光面，在200℃～400℃的温度下，使硅片的非待抛光面生长一层厚度为5nm～50nm的氧化硅薄膜，而硅片的待抛光面被硅片自身所遮挡，使其不被真空紫外光所照射到，因而不会生长氧化硅薄膜，从而只在单面生成氧化硅阻挡膜。在后续的抛光工序中，无氧化硅阻挡膜的一面与抛光溶液反应形成抛光面，有氧化硅阻挡膜的一面保留绒面结构，形成单面抛光效果。
下面，将对本发明的具体技术方案做详细介绍。
请参见图1，图1是本发明的单面抛光方法的流程框图。如图所示，本发明的抛光方法主要包括如下几个步骤：
首先，提供一待处理的硅晶片，其可以是P型硅晶片，也可以是N型硅晶片。该待处理的硅晶片至少已经经过制绒工艺的处理，其上下两个表面呈现凹凸的绒结构，如图示中的金字塔结构。当然，该上下两个制绒面还可以是其它形式的绒结构。将其中一个表面设定为待抛光面，另一个表面设定为非待抛光面。在另一种实施方式中，该待处理的硅晶片也可以是经过扩散处理之后的硅晶片，此时，在其上下两个制绒面上根据掺杂的情况选定待抛光面和非待抛光面，具体操作可以按照目前常规的制绒或扩散工艺进行，在此不再赘述。
将该硅晶片置入氧气氛围中。在200-400度的温度下，对该硅晶片的非待抛光面进行紫外线照射，使得氧气能够迅速地与硅基片表面反应生成一层氧化硅层。于此同时，硅晶片的另一面，也就是待抛光面由于在其自身的遮挡下，无法被紫外线照射，因此在待抛光面上无法生成氧化硅层。当然，实际情况中，氧气不可避免的会与硅晶片的待抛光面接触，并且由于在该环境温度下，氧气还是能与硅产生微弱的热氧化反应，因此并不是完全没有氧化硅产生，只是正如上文中提高的，一旦温度低于400度，氧气与硅反应生成的氧化硅几乎可以忽略不计，对后续抛光不会产生任何影响，因此在本发明中将这部分在待抛光面由于热氧化产生的弱氧化硅层进行忽略，认为只在非待抛光面上才形成了能够作为阻挡层的氧化硅薄膜。需要指出的是，这里对待抛光面的遮光也可以通过覆盖一层不透光掩模的形式实现。
该上述步骤中，所使用的温度范围，可以使得硅晶片在此温度下无法通过热氧化的形式形成氧化硅，配合上述对紫外线的单面遮挡，可以杜绝氧化硅绕射到待抛光面，从而只在非待抛光面上形成氧化硅层。具体地，该紫外线的波长范围为125nm～175nm，紫外线的光强为30W/m2～300W/m2，紫外线穿过氧气的距离为0.2～1cm，氧气的流量为5sccm～15sccm，处理时间为10s～5min。生产的氧化硅厚度为5nm-50nm。
将该硅晶片放入抛光溶液进行抛光，所述氧化硅形成对所述抛光溶液的阻挡层，使得该抛光溶液只在所述待抛光面上形成抛光效果。该抛光溶液为四甲基氢氧化铵溶液，即TMAH溶液。
最后，去除非待抛光面上的所述氧化硅层。去除氧化硅层时，使用HF溶液作为清洗液。
在实际应用中，还包括一些对经晶片的清洗步骤，比如在将硅晶片放入抛光溶液进行抛光之前，还包括对该硅基片进行清洗的步骤，该清洗步骤具体可以通过RCA清洗法，去除一些残留的有机物或金属氧化物。再比如在去除所述氧化硅之前，还包括对该硅基片进行清洗的步骤，具体可以选择使用纯水进行清洗，以洗涤硅片上残留的TMAH溶液。
下面再以一个具体实施例和比较例来对本发明的技术效果做说明。
实施例一
一种硅片的单面抛光方法，参见图2～5，其步骤包括：
(1)将待处理硅片10置于氧气中，使用波长为126nm，光强为100W/m2紫外线照射硅片的非待抛光面1min，使硅片的非待抛光面生成10nm的氧化硅薄膜11；
其中，氧气的流量为10sccm，温度为300℃，紫外线穿过氧气的距离为0.5cm；
(2)将待处理的硅片放入RCA溶液中进行清洗；
(3)将待处理的硅片放入TMAH溶液中进行单面抛光，抛光温度为85℃；
(4)将待处理的硅片放入纯水中进行清洗；
(5)将待处理硅片放入HF溶液中，去除硅片正面的氧化硅薄膜11；
对比例一
一种硅片的单面抛光方法，参见图6～11，具体步骤包括：
(1)将待处理硅片20置于920℃的氧化炉中进行氧化，使硅片表面生成厚度为10nm的氧化膜21；
其中，氧气的流量为20L/min，氧化时间为30min；；
(2)在待处理的硅片的待抛光面印刷腐蚀性浆料，腐蚀氧化层；
(3)将待处理的硅片放入纯水中，清洗去除腐蚀性浆料；
(4)将待处理的硅片放入RCA溶液中进行清洗；
(5)将待处理的硅片放入TMAH溶液中进行单面抛光，抛光温度为85℃；
(6)将待处理的硅片放入纯水中进行清洗；
(7)将待处理硅片放入HF溶液中，去除硅片正面的氧化硅薄膜21。
可见，本发明的抛光方法，工艺流程简单快捷，成本低廉，使用本发明的方法处理后的硅片，抛光面光滑平整，制绒面的绒面保存完好，具有意想不到的技术效果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种单面抛光方法，用来处理太阳能电池中的硅晶片，其特征在于，所述单面抛光方法包括步骤：
提供一待处理的硅晶片，
将该硅晶片置入氧气氛围后，在200-400度的温度下，对该硅晶片的非待抛光面进行紫外线照射，在该紫外线的作用下，氧气只在所述硅晶片的非待抛光面上与硅反应生成一层氧化硅；
将该硅晶片放入抛光溶液进行抛光，所述氧化硅形成对所述抛光溶液的阻挡层，使得该抛光溶液只在所述待抛光面上形成抛光效果；
去除非待抛光面上的所述氧化硅层。
2.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：所述硅基片为经过制绒工艺处理过的硅基片，或者所述硅基片为经过扩散工艺处理过的硅基片。
3.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：所述紫外线的波长范围为125nm～175nm。
4.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：所述紫外线的光强为30W/m2～300W/m2，紫外线穿过氧气的距离为0.2～1cm，生产的氧化硅厚度为5nm-50nm。
5.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：所述氧气的流量为5sccm～15sccm，处理时间为10s～5min。
6.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：所述抛光溶液为四甲基氢氧化铵溶液。
7.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：去除氧化硅层时，使用HF溶液作为清洗液。
8.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：在将硅晶片放入抛光溶液进行抛光之前，还包括对该硅基片进行清洗的步骤。
9.如权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于：在去除所述氧化硅之前，还包括对该硅基片进行清洗的步骤。
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