CN104347756A - 太阳电池用单晶硅片单面抛光方法 - Google Patents

太阳电池用单晶硅片单面抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，将单晶硅片浸没在的KOH或NaOH水溶液中进行抛光刻蚀，抛光完成后洗净烘干，采用化学法或物理气相沉积法在抛光后的硅片单一表面涂盖一层掩膜层；将单面掩膜后的硅片放入制绒液中，50～85℃下静置反应1000～1700s，反应结束洗净；将制绒清洗后的硅片放入去掩膜溶液中进行反应，反应结束后用去离子水清洗干净并烘干，即完成单面抛光处理。与现有技术相比，本发明利用KOH或NaOH的各向异性特性对硅片进行抛光，表面均匀、平整、粗糙度较小，并且避免了气泡印迹的产生，可以满足新型高效电池对抛光效果的要求。同时，该单面抛光技术得到的样品绒面金字塔分步均匀微细，比常规制绒工艺样品的绒面结构有明显改善。

Description

太阳电池用单晶硅片单面抛光方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制作方法，尤其是涉及太阳电池用单晶硅片单面抛光方法。
背景技术
随着能源危机的不断加剧，光伏太阳能行业的发展追在眉睫，但成本及效率两大壁垒一直是限制其发展的主要因素。因此，开发低成本、高效率的晶硅太阳电池是目前的研究热点：成本方面，减小硅片基体厚度是降低成本的一个重要方向；另外，开发新型高效电池，如背钝化太阳电池、背接触电池等是解决效率问题的重要途径。而这两种主要的发展方向均依赖于太阳电池良好的背钝化效果，背面抛光技术是一种非常有效的背面钝化技术，可以有效的降低背表面复合，从而提高电池效率。
目前常见的单面抛光方法是在扩散后进行的，利用正面磷硅玻璃(PSG)的保护作用，采用在刻蚀液体表面漂浮的方式，通过化学液(一般是HF/HNO3的混合液)的腐蚀作用对硅片背面进行刻蚀及抛光处理。但该种抛光方法只针对常规的太阳电池生产工艺适用。对于背接触等新型太阳电池，扩散后再进行抛光的工艺步骤并不适用。另外，在反应过程中，一旦化学液漫过硅片正面，硅片正表面的扩散层及绒面都将受到破坏，严重影响电池效率。该项酸刻蚀技术的一个主要缺点是其抛光效果不是十分理想，HF/HNO3混合液的各向同性腐蚀只能在一定程度上对硅片进行抛光，同时会在硅片表面产生大量的气泡印迹，抛光表面的粗糙度和外观都不能满足高效电池的需求。因此，本发明提出了一项碱液单面抛光方法，通过该方法得到的单面抛光样品抛光面洁净均匀，粗糙度较小，满足新型高效电池对背面抛光结构的要求。同时，该发明方法得到的样品正面绒面结构十分均匀微细，比常规制绒方法得到样品的绒面结构有明显的改善。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有抛光技术存在的缺陷而提供一种采用KOH或NaOH进行太阳电池用单晶硅片单面抛光方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，包括以下步骤：
1)将单晶硅片浸没在的KOH或NaOH水溶液中，在60～80℃下静置反应400～800s，反应结束后依次用HCl/HF混合液、RC1/RC2半导体清洗液及去离子水清洗干净后烘干；
2)利用化学沉积或热氧化技术在抛光片单一表面沉积掩膜层；
3)将处理后的硅片放入制绒液中，50～85℃下静置反应1000～1700s，反应结束后依次用HCl/HF混合液及去离子水清洗干净；
4)将制绒清洗后的硅片放入去掩膜溶液中进行反应，反应结束后用去离子水清洗干净并烘干，即完成单面抛光处理。
步骤1)中所述的KOH或NaOH水溶液的浓度为5～8wt％，通过KOH或NaOH对硅片的各向异性腐蚀作用，对硅片表面进行抛光，抛光后硅片表面呈镜面状。
步骤2)中所述的掩膜层为TiO2、SiNx、SiO2或SiNxOy掩膜层。采用的TiO2、SiNx、SiO2、SiNxOy掩膜层的厚度根据掩膜材料本身阻挡效果的差异而进行调整，具体厚度以能阻挡制绒反应的进行为宜。
步骤3)中所述的制绒液中含有1.5～2.0wt％KOH、0.2～0.5wt％碱制绒添加剂，反应温度50～85℃，反应时间1000～1700s。
所述的碱制绒添加剂包括市售的陶氏碱制绒添加剂或Gp Solar碱制绒添加剂。
所述的制绒液与掩膜覆盖的一面不反应，在无掩膜覆盖的一面产生各向异性反应，产生均匀的金字塔绒面，达到单面制绒、单面抛光效果。
步骤4)中所述的去掩膜溶液的组成和浓度根据掩膜层的厚度及材质决定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)不依赖PSG的保护作用，在扩散前即可进行单面抛光，适用于扩散发射结较为复杂的新型电池技术，如背接触太阳电池等；
2)正面绒面完整，不会出现边缘绒面破坏的现象，同时也避免了扩散层边缘的损坏造成电池漏电现象；
3)利用KOH或NaOH的各向异性特性对硅片进行抛光，表面均匀、平整，粗糙度较小。和现有酸抛光技术相比，表面更加均匀，并且避免了气泡印迹的产生，可以满足新型高效电池对抛光效果的要求。从反射率来看，本发明的单面抛光方法得到的抛光面在350nm～1050nm波长范围内的平均反射率可达到35％以上，与现有酸抛光技术得到的抛光面的反射率(25％左右)相比，可以大大增加入射光背表面反射，提高对入射光的利用率，从而提高电池的转换效率。
4)和酸抛光技术相比，避免了采用高浓度HF/HNO3腐蚀液，有利于废水处理，同时减少了对环境及操作人员健康的损害。
5)在抛光后的硅片表面进行制绒刻蚀，硅片制绒前的平整度大大提高，从而提高了制绒反应的均匀性。在相同的制绒条件下，抛光后再制绒的绒面比常规制绒工艺得到的绒面金字塔分步更加均匀，尺寸减小，反射率降低，从而有利于正面陷光作用的改善；同时，由于正面绒面均匀性提升，对正面掺杂层的均匀性改善具有重要的作用。
附图说明
图1为步骤1)处理后样品抛光面的3D显微镜照片(400倍)；
图2为现有酸抛光方法得到样品及步骤1)处理后样品抛光面反射率的对比图；
图3为步骤4)处理后样品制绒面的3D显微镜照片(3000倍)；
图4为常规制绒工艺得到样品制绒面的3D显微镜照片(3000倍)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，包括以下步骤：
1)将156*156mm2单晶硅片浸没在7.9wt％的KOH水溶液中，在70℃下静置反应400s，反应结束后依次用HCl/HF混合液、RC1/RC2半导体清洗液，及去离子水清洗干净后烘干，烘干后的硅片表面呈镜面状抛光状态，利用KOH的各向异性特性对硅片进行抛光，抛光面表面形貌如图1所示，可以看出其表面均匀、平整，粗糙度较小。和现有酸抛光技术相比，表面更加均匀，并且避免了气泡印迹的产生，可以满足新型高效电池对抛光效果的要求。从反射率来看，如图2所示，本发明的单面抛光方法得到的抛光面在350nm～1050nm波长范围内的平均反射率可达到35％以上，与现有常规酸抛光反射率(25％左右)相比，可以大大增大入射光在背表面的反射，提高入射光利用率，从而提高电池的转换效率；
2)利用热氧化、APCVD或PECVD在抛光后的硅片一面沉积TiO2层、SiO2层、SiNx层或SiNxOy层，膜层的厚度以能阻挡制绒液与抛光表面的反应为宜；
3)将单面掩膜的硅片放入制绒液中，80℃下静置反应1300s，反应结束后依次用HCl/HF混合液及去离子水清洗干净，制绒液与掩膜层覆盖的一面不反应，在无掩膜层覆盖的一面产生各向异性反应，产生均匀的金字塔绒面，从而达到单面制绒、单面抛光效果。在抛光后的硅片表面进行制绒刻蚀，硅片制绒前的平整度大大提高，从而提高了制绒的均匀性，绒面形貌如图3所示。常规制绒工艺得到样品的绒面结构如4所示，通过比较可以看出本方法制备得到的硅片表面金字塔分步更加均匀，尺寸有所减小，从而有利于正面陷光作用的改善；
4)将制绒清洗后的硅片放入相应的去掩膜溶液中鼓泡清洗合适时间，反应结束后用去离子水清洗干净并烘干。
实施例2
太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，包括以下步骤：
1)将单晶硅片浸没在5.5wt％的KOH水溶液中，在70℃下静置反应600s，反应结束后依次用HCl/HF混合液、RC1/RC2半导体清洗液、及去离子水清洗干净后烘干，烘干后的硅片表面呈镜面状抛光状态；
2)利用热氧化、APCVD或PECVD在抛光后的硅片一面沉积TiO2层、SiO2层、SiNx层或SiNxOy层，膜层的厚度以能阻挡制绒液与抛光表面的反应为宜；
3)将单面掩膜的硅片放入制绒液中，80℃下静置反应1300s，反应结束后依次用HCl/HF混合液及去离子水清洗干净，制绒液与掩膜覆盖的一面不反应，在无掩膜覆盖的一面产生各向异性反应，产生均匀的金字塔绒面，从而达到单面制绒、单面抛光效果。
4)将制绒清洗后的硅片放入相应的去掩膜溶液中鼓泡清洗合适时间，反应结束后用去离子水清洗干净并烘干。
实施例3
太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，包括以下步骤：
1)将156*156mm2单晶硅片浸没在7.9wt％的KOH水溶液中，在70℃下静置反应400s，反应结束后依次用HCl/HF混合液、RC1/RC2半导体清洗液，及去离子水清洗干净后烘干，烘干后的硅片表面呈镜面状抛光状态；
2)利用热氧化、APCVD或PECVD在抛光后的硅片一面沉积TiO2层、SiO2层、SiNx层或SiNxOy层，膜层的厚度以能阻挡制绒液与抛光表面的反应为宜；
3)将单面掩膜的硅片放入制绒液中，85℃下静置反应1100s，反应结束后依次用HCl/HF混合液及去离子水清洗干净，制绒液与腌膜覆盖的一面不反应，在无腌膜覆盖的一面产生各向异性反应，产生均匀的金字塔绒面，从而达到单面制绒、单面抛光效果。
4)将制绒清洗后的硅片放入相应的去掩膜溶液中鼓泡清洗合适时间，反应结束后用去离子水清洗干净并烘干。

Claims (6)

1.太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将单晶硅片浸没在的KOH或NaOH水溶液中，在60～80℃下静置反应400～800s，反应结束后依次用HCl/HF混合液、RC1/RC2半导体清洗液及去离子水清洗干净后烘干；
2)利用化学沉积或热氧化技术在抛光片单一表面沉积掩膜层；
3)将处理后的硅片放入制绒液中，50～85℃下静置反应1000～1700s，反应结束后依次用HCl/HF混合液及去离子水清洗干净；
4)将制绒清洗后的硅片放入去掩膜溶液中进行反应，反应结束后用去离子水清洗干净并烘干，即完成单面抛光处理。
2.根据权利要求1所述的太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，其特征在于，步骤1)中所述的KOH或NaOH水溶液的浓度为5～8wt％，反应时间400～800s，通过KOH或NaOH对硅片的各向异性腐蚀作用，对硅片表面进行抛光，抛光后硅片表面呈镜面状。
3.根据权利要求1所述的太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，其特征在于，步骤2)中所述的掩膜层为TiO2、SiNx、SiO2或SiNxOy掩膜层。
4.根据权利要求1所述的太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，其特征在于，步骤3)中所述的制绒液中含有1.5～2.0wt％KOH、0.2～0.5wt％碱制绒添加剂，反应温度50～85℃，反应时间1000～1700s。
5.根据权利要求4所述的太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，其特征在于，所述的碱制绒添加剂包括市售的陶氏碱制绒添加剂或Gp Solar碱制绒添加剂。
6.根据权利要求4或5所述的太阳电池用单晶硅片单面抛光方法，其特征在于，所述的制绒液与掩膜覆盖的一面不反应，在无掩膜覆盖的一面产生各向异性反应，产生均匀的金字塔绒面，达到单面制绒、单面抛光效果。
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