CN103996742A - 一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，在不增加晶体硅太阳电池量产的工艺步骤的前提下，有效降低刻蚀过程中对硅片边缘造成的损伤。

Description

一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制造领域，具体涉及一种可改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法。 
背景技术
目前，国内外大多数规模化量产的厂家对晶体硅太阳能电池制造仍广泛采用制绒、扩散、边缘刻蚀、镀膜、印刷等传统工艺方法，其中边缘刻蚀在量产过程中主要采用以下两种方法，一种是利用等离子体进行干法刻蚀，然后采用氢氟酸清洗磷硅玻璃，第二种是利用混合酸溶液进行湿法刻蚀，这两种方法中前者为了保证刻蚀效果需要采用高功率射频电源，但容易在刻蚀的同时对硅片边缘造成损伤，后者利用混合酸对硅片边缘进行刻蚀，可有效减小刻蚀过程中对硅片边缘造成的损伤，也可去除硅片背面的扩散层，但由于酸刻蚀通常采用的混合酸为硝酸和氢氟酸混合，这种酸溶液体系极易在硅片表面形成多孔硅，不利于增大硅片背面的反射率，也不利于减小硅片背面的复合，进而影响晶体硅太阳电池的电性能。 
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。 
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，在不增加晶体硅太阳电池量产的工艺步骤的前提下，有效降低刻蚀过程中对硅片边缘造成的损伤。 
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，包括正面磷硅玻璃保护工序、背面和边缘磷硅玻璃去除工序、边缘和背面刻蚀工序、正面磷硅玻璃清洗工序： 
所述正面磷硅玻璃保护工序包括将不与磷硅玻璃发生化学反应的有机碱溶液均匀涂抹到扩散后的晶体硅片正面；
所述背面和边缘磷硅玻璃去除工序包括用氢氟酸去除扩散后的晶体硅片的背面及边缘磷硅玻璃；
所述边缘和背面刻蚀工序包括用有机碱溶液刻蚀扩散后的晶体硅片的背面及边缘；
所述正面磷硅玻璃清洗工序包括用氢氟酸清洗磷硅玻璃正面。
作为本发明进一步的优化，所述正面磷硅玻璃保护工序中的有机碱溶液质量百分浓度在1-10%。 
作为本发明的进一步优化，所述背面和边缘磷硅玻璃去除工序中的氢氟酸溶液质量百分浓度为2-40%，反应时间控制在0.3-5分钟，反应温度为室温。 
作为本发明的进一步优化，所述边缘和背面刻蚀工序的有机碱溶液质量百分浓度控制在10-30%，刻蚀时间在1-20分钟，反应温度控制在35-95℃。 
作为本发明的进一步优化，所述正面磷硅玻璃清洗工序中的氢氟酸溶液质量百分浓度控制在2-10%，清洗时间在0.3-5分钟，，反应温度为室温。 
有益效果：本发明采用有机强碱溶液对扩散后的晶体硅片进行边缘刻蚀，与目前常用的干法刻蚀以及利用混合酸进行湿法刻蚀相比，本发明一方面能够有效减少在刻蚀过程中对硅片边缘造成的损伤，减少漏电情况发生；另一方面，进行边缘和背面刻蚀的同时可使硅片背面形成光滑平面的表面，大大增加晶体硅背面的反射率，能更有效地利用长波以增加晶体硅太阳电池的短路电流；另外由于硅片背面光滑平整，铝背场更加均匀，背面复合减少，从而提高晶体硅太阳电池的开路电压，有效地改善晶体硅太阳电池的电性能，本发明方法步骤简单，操作方便。 
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 
实施例 1： 
以P型多晶硅片为基体材料，具体步骤如下：
1.  P型多晶硅片去损伤并制绒，清洗；
2.  P型多晶硅片用管式扩散炉进行扩散；
3.  将扩散后的多晶硅片平均分成A、B两个小组，取其中A小组进行常规干法刻蚀及磷硅玻璃清洗，B小组采用本发明中的有机碱溶液进行边缘和背面刻蚀及磷硅玻璃清洗；此步骤结束后分别在两个小组中取样测量硅片背面反射率；
4.  在硅片正面采用管式PECVD的方法生长氮化硅减反射膜；
5.  在硅片的背面印刷背电极及铝背场，在硅片前表面印刷栅线；
6.  烧结，测试，对比A、B两个小组的电池片电性能。
本实施例中B小组的刻蚀步骤如下： 
1将不与磷硅玻璃发生化学反应的有机碱溶液均匀涂抹到扩散后的多晶硅片正面，使正面磷硅玻璃得到保护，有机碱溶液的质量百分浓度为2%。
2 在室温状态采用质量百分浓度为2%的氢氟酸去除扩散后的多晶硅片的背面及边缘的磷硅玻璃，反应时间控制在5min。 
3在95℃温度下，用质量百分浓度10%的有机碱溶液对扩散后的多晶硅片的背面及边缘完成刻蚀. 
4采用质量百分浓度为2%的氢氟酸溶液清洗硅片正面的磷硅玻璃，清洗时间控制在5min。
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得样品反射率，对比数据如表1所示： 
表1 不同刻蚀方法所得硅片背面的反射率
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得电池片的电性能，对比数据如表2所示：
表2 不同的边缘刻蚀方法所得的电池片效率对比
由此可得，本发明大大增加多晶硅背面反射率，且能增加多晶硅太阳电池的短路电流，提高多晶硅太阳电池的开路电压，有效地改善多晶硅太阳电池的电性能。
  
实施例2：
以P型多晶硅片为基体材料，具体步骤如下：
1.      P型多晶硅片去损伤并制绒，清洗；
2.      P型多晶硅片用管式扩散炉进行扩散；
3.      将扩散后的多晶硅片平均分成C、D两个小组，取其中C小组进行常规的酸溶液湿法刻蚀及磷硅玻璃清洗，D小组采用本发明中的有机碱溶液进行边缘和背面刻蚀及磷硅玻璃清洗；此步骤结束后分别在两个小组中取样测量硅片背面反射率；
4.      在硅片正面采用管式PECVD的方法生长氮化硅减反射膜；
5.  在硅片的背面印刷背电极及铝背场，在硅片前表面印刷栅线；
6.  烧结，测试，对比C、D两个小组的电池片电性能。
本实施例中D小组的刻蚀步骤如下：将不与磷硅玻璃发生化学反应的有机碱溶液均匀涂抹到扩散后的多晶硅片正面，使正面磷硅玻璃得到保护，有机碱溶液的质量百分浓度为10%，在室温状态采用质量百分浓度为40%的氢氟酸去除扩散后的多晶硅片的背面及边缘磷硅玻璃，反应时间控制在0.3min；在35℃温度下，用质量百分浓度30%的有机碱溶液对扩散后的多晶硅片的背面及边缘完成刻蚀，之后，采用质量百分浓度为10%的氢氟酸清洗磷硅玻璃正面，清洗时间控制在0.3min。 
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得样品反射率，对比数据如表3所示： 
表3 不同刻蚀方法所得硅片背面的反射率
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得电池片的电性能，对比数据如表4所示：
表4不同的边缘刻蚀方法所得的电池片效率对比
由此可得，本发明大大增加多晶硅背面反射率，且能增加多晶硅太阳电池的短路电流，提高多晶硅太阳电池的开路电压，有效地改善多晶硅太阳电池的电性能。
  
实施例3:
以P型单晶硅片为基体材料，具体步骤如下：
1.  P型单晶硅片去损伤并制绒，清洗；
2.  P型单晶硅片用管式扩散炉进行扩散；
3.  将扩散后的单晶硅片平均分成E、F两个小组，取其中E小组进行常规干法刻蚀及磷硅玻璃清洗，F小组采用本发明中的有机碱溶液进行边缘和背面刻蚀及磷硅玻璃清洗；此步骤结束后分别在两个小组中取样测量硅片背面反射率；
4.  在硅片正面采用管式PECVD的方法生长氮化硅减反射膜；
5.  在硅片的背面印刷背电极及铝背场，在硅片前表面印刷栅线；
6.  烧结，测试，对比E、F两个小组的电池片电性能。
本实施例中F小组的刻蚀步骤如下：将不与磷硅玻璃发生化学反应的有机碱溶液均匀涂抹到扩散后的单晶硅片正面，使正面磷硅玻璃得到保护，有机碱溶液的质量百分浓度为2%，在室温状态采用质量百分浓度为2%的氢氟酸去除扩散后的单晶硅片的背面及边缘磷硅玻璃，反应时间控制在5min；在95℃温度下，用质量百分浓度10%的有机碱溶液对扩散后的单晶硅片的背面及边缘完成刻蚀，之后，采用质量百分浓度为2%的氢氟酸清洗磷硅玻璃正面，清洗时间控制在5min。 
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得样品反射率，对比数据如表5所示： 
表5不同刻蚀方法所得硅片背面的反射率
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得电池片的电性能，对比数据如表6所示：
表6 不同的边缘刻蚀方法所得的电池片效率对比
由此可得，本发明大大增加单晶硅背面反射率，且能增加单晶硅太阳电池的短路电流，提高单晶硅太阳电池的开路电压，有效地改善单晶硅太阳电池的电性能。
  
实施例4：
以P型单晶硅片为基体材料，具体步骤如下：
1.  P型单晶硅片去损伤并制绒，清洗；
2.  P型单晶硅片用管式扩散炉进行扩散；
3.  将扩散后的单晶硅片平均分成G、H两个小组，取其中G小组进行常规的酸溶液湿法刻蚀及磷硅玻璃清洗，H小组采用本发明中的有机碱溶液进行边缘和背面刻蚀及磷硅玻璃清洗；此步骤结束后分别在两个小组中取样测量硅片背面反射率；
4.  在硅片正面采用管式PECVD的方法生长氮化硅减反射膜；
5.  在硅片的背面印刷背电极及铝背场，在硅片前表面印刷栅线；
6.  烧结，测试，对比G、H两个小组的电池片电性能。
本实施例中H小组的刻蚀步骤如下：将不与磷硅玻璃发生化学反应的有机碱溶液均匀涂抹到扩散后的单晶硅片正面，使正面磷硅玻璃得到保护，有机碱溶液的质量百分浓度为10%，在室温状态采用质量百分浓度为40%的氢氟酸去除扩散后的单晶硅片的背面及边缘磷硅玻璃，反应时间控制在0.3min；在35℃温度下，用质量百分浓度30%的有机碱溶液对扩散后的单晶硅片的背面及边缘完成刻蚀，之后，采用质量百分浓度为10%的氢氟酸清洗磷硅玻璃正面，清洗时间控制在0.3min。 
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得样品反射率，对比数据如表7所示： 
表7 不同刻蚀方法所得硅片背面的反射率
对比分别采用干法刻蚀和本发明的边缘刻蚀所得电池片的电性能，对比数据如表8所示：
表8不同的边缘刻蚀方法所得的电池片效率对比
由此可得，本发明大大增加单晶硅背面反射率，且能增加单晶硅太阳电池的短路电流，提高单晶硅太阳电池的开路电压，有效地改善单晶硅太阳电池的电性能。
  
上述实施例中的管式扩散可由链式扩散替换，所述管式PECVD生长氮化硅减反射膜可由板式PECVD替换，本发明采用的有机碱溶液与磷硅玻璃不发生化学反应。

Claims (5)

1.一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，其特征在于：包括正面磷硅玻璃保护工序、背面和边缘磷硅玻璃去除工序、边缘和背面刻蚀工序、正面磷硅玻璃清洗工序；
所述正面磷硅玻璃保护工序包括将有机碱溶液均匀涂抹到扩散后的晶体硅片正面；
所述背面和边缘磷硅玻璃去除工序包括用氢氟酸去除扩散后的晶体硅片的背面及边缘磷硅玻璃；
所述边缘和背面刻蚀工序包括用有机碱溶液刻蚀扩散后的晶体硅片的背面及边缘；
所述正面磷硅玻璃清洗工序包括用氢氟酸清洗磷硅玻璃正面。
2.根据权利要求1所述的一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，其特征在于：所述正面磷硅玻璃保护工序中的有机碱溶液质量百分浓度为1-10%。
3.根据权利要求1所述的一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，其特征在于：所述背面和边缘磷硅玻璃去除工序中的氢氟酸溶液质量百分浓度为2-40%，反应时间控制在0.3-5分钟。
4.根据权利要求1所述的一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，其特征在于：所述边缘和背面刻蚀工序的有机碱溶液质量百分浓度控制在10-30%，刻蚀时间在1-20分钟，反应温度控制在35-95℃。
5.根据权利要求1所述的一种改善晶体硅太阳电池电性能的边缘刻蚀方法，其特征在于：所述正面磷硅玻璃清洗工序中的氢氟酸溶液质量百分浓度控制在2-10%，清洗时间在0.3-5分钟。
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