CN104393094B - 一种用于hit电池的n型硅片清洗制绒方法 - Google Patents

一种用于hit电池的n型硅片清洗制绒方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,它包括以下步骤:(1)采用I号清洗液预清洗,然后去离子水冲洗;(2)高浓度碱性液中反应去除损伤层,然后去离子水冲洗;(3)各向异性腐蚀液中进行制绒,然后去离子水冲洗;(4)RCA清洗,然后去离子水冲洗;(5)HF酸溶液中浸渍去除自然氧化层,然后去离子水冲洗N2吹干。该方法能够更有效的去除硅片表面损伤层,减少表面污染,增大硅片表面金字塔的尺寸,最终得到表面质量较好的N型硅片,在后续的a‑Si:H钝化中能得到较好的钝化效果,从而有效的提高HIT电池的效率。

Description

一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法
技术领域
[0001]本发明涉及N型硅片的清洗制绒方法,具体涉及一种用于HIT电池的N型硅片的清洗制绒方法。
背景技术
[0002] HIT太阳电池作为一种高效电池,既利用了低温的薄膜沉积工艺,又发挥了晶体硅高迀移率的优势,同时制备工艺简单,其中晶体硅部分一般为N型硅片,它具有开路电压高、转换效率高等特点。一方面,HIT电池在结构与制作工艺上与传统的晶硅太阳电池完全不同,现有的工艺过程在HIT电池上已基本不适用;但另一方面,其能在薄片化的同时保证较高的效率(国际最高效率已达25.6%),应用前景非常广阔,是未来电池发展的主要方向之
O
[0003]磷掺杂的N型硅片是制造HIT电池的主要衬底材料,在用于制造HIT电池具有更高的转换效率。在制造太阳电池时,一般在硅片表面形成绒面结构可以降低电池表面的反射率,提高短路电流I sc,而且还可以在电池的内部形成光陷阱,从而显著地提高太阳电池的转换效率。因此,优化硅片表面的减反射绒面是提高太阳电池转换效率的基础。对于单晶硅制绒来说,技术已较为成熟,普遍采用碱表面制绒技术已能取得较好的减反射效果。而对用于HIT电池的N型单晶硅片,由于其表面的界面态对太阳电池性能影响较大,与传统晶硅太阳电池相比需去除更多的表面损伤层,需要单面损伤层去除达15μπι以上,以降低硅片表面的界面态密度,减少对载流子的复合,而现阶段传统P型单晶硅制绒损伤层只需去除3〜5μπι即可;另一方面由于HIT电池ρη结是通过沉积a-S1:H以获得,与传统的扩散制结不同,对硅片表面洁净度要求更高,需要尽可能减少表面污染,与传统晶硅电池清洗过程相比,需要更高要求的清洗工艺;同时,为更有利于a_S1:H的沉积及钝化效果,还需要尽可能增大硅片表面金字塔的尺寸。因此,需要一种满足上述要求新的适用于HIT电池的N型硅片清洗制绒工艺。而目前来说,对用于HIT电池的N型清洗制绒工艺还未成熟,现存的清洗制绒工艺过程很难满足HIT电池的要求。因此,如何提供一种有效较优的用于HIT电池N型硅片清洗制绒工艺已成为HIT电池制备亟需解决的关键问题。
发明内容
[0004]本发明所需解决的技术问题是提供一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,该方法能够更有效的去除硅片表面损伤层,减少表面污染,增大硅片表面金字塔的尺寸,最终得到表面质量较好的N型硅片,在后续的a-S1: H钝化中能得到较好的钝化效果,从而有效的提高HIT电池的效率。
[0005 ]为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
[0006] —种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,依次包括以下步骤:
[0007] (I)预清洗:采用I号清洗液对N型硅片进行预清洗去除有机物和颗粒,清洗温度为70 °C〜85°C,清洗时间为5min〜1min;其中I号清洗液为NH4OIH2O2和H2O的混合液,其NH40H、H202与H2O的体积比为1: (I〜2.5): (4〜7);预清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗;
[0008] (2)损伤层去除:将N型硅片在高浓度碱性液中浸渍5min〜1min去除损伤层,使得损伤层单面去除为18Μ-22μπι;所述高浓度碱性液为质量浓度为15 %〜20 %的KOH溶液;完成损伤层去除后将N型硅片取出用去离子水冲洗;
[0009] (3)制绒:将N型硅片置入各向异性腐蚀液中进行制绒25min〜35min,使得N型硅片表面形成尺寸为5μπι〜12μπι的金字塔结构的绒面,从而降低硅片表面反射率;所述各向异性腐蚀液为KOH与异丙醇的混合液,混合液中KOH的质量浓度为1.5 %〜3%、异丙醇的体积浓度为5%〜10%,所述混合液的温度为70°C〜80°C;制绒完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗;
[0010] (4)RCA清洗:用I号清洗液和II号清洗液分别清洗N型硅片5min〜lOmin,进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质,以减少硅片表面的污染,其中I号清洗液成分如步骤(I)所述,II号清洗液为HCUH2O2和H2O的混合液,其HCUH2O2与H2O的体积比1: (I〜2.5): (4〜7),1号清洗液和II号清洗液的清洗温度均为700C〜850C ;RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗;
[0011] (5)自然氧化层去除:将N型硅片在HF酸溶液中浸渍1s〜20s,以去除硅片表面的自然氧化层,HF酸溶液的体积浓度为I %〜3% ;自然氧化层去除完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗,N2吹干。
[0012] 优选,步骤(I)中所述I号清洗液中NH40H、H202与H2O的体积比为1: 1:5。
[0013]优选,步骤(3)中所述金字塔结构的尺寸为8〜I Ομπι。所述金字塔结构的尺寸是指金字塔俯视形貌对角线长度。
[0014]优选,步骤(3)中所述硅片表面反射率降低至12%以下。
[0015] 优选,步骤⑷中所述II号清洗液中HCUH2O2与H2O的体积比为1: 1:5。
[0016]与现有技术相比,本发明的优势在于:
[0017]采用本发明的方法对用于HIT电池的N型硅片进行清洗制绒,硅片损伤层双面共去除40μπι左右,硅片表面机械损伤层已完全去除;优化了硅片表面金字塔绒面结构,硅片表面金字塔尺寸8μπι以上,提高了硅片表面的洁净质量的同时降低硅片表面反射率至12%以下;经RCA清洗工艺、HF完全去除硅片表面损伤层后,获得高质量的硅片表面,双面沉积a-S1: H后,得到很好的钝化效果,少子寿命达400ys以上(体少子寿命〈lms),N型硅片表面复合速率〈100cm/so
附图说明
[0018]图1是用于HIT电池的N型硅片清洗制绒工艺流程图。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
[0021] 实施例1
[0022] 步骤1:预清洗
[0023] 将用于HIT电池的N型硅片置入NH40H、H202、H20的混合液,体积比为1: 1:5,温度70°(:下预清洗5〜lOmin,并对溶液进行持续鼓泡,完成后将硅片取出用去离子水冲洗。
[0024]步骤2:损伤层去除
[0025] 硅片经预清洗后,将其置入15%K0H溶液中,刻蚀5〜lOmin,去除硅片表面的损伤层,使得损伤层单面去除为18μπι;完成后取出用去离子水冲洗干净。
[0026] 步骤3:制绒
[0027]损伤层去除后,需进行硅片表面制绒过程,制绒采用ΚΟΗ、异丙醇体系,将硅片置入1.5%KOH、5% IPA,温度70°C的混合液中反应25〜35min。得到表面金字塔尺寸为8μπι,表面反射率12%以下的硅片,制绒完成后取出用去离子水冲洗。
[0028] 步骤4: RCA清洗
[OO29 ]娃片制绒完成后将娃片进行后续的清洗过程,清洗米用RCA清洗工艺过程,将娃片分别置入I号清洗液ΝΗ40Η、Η202、Η20,体积比为1: 1: 5,温度在70〜85°C,II号清洗液HCL、H2O2、H2O,体积比1:1:5,温度在75 °C中清洗5〜I Omin,清洗完成后将硅片用去离子水冲洗干净。
[0030]步骤5:自然氧化层去除
[0031 ] 在HIT电池用N型硅片进行a-S1: H钝化前,需要对RCA清洗后的硅片进行表面自然氧化层的去除,以进一步提高硅片表面的质量,将硅片置入1.5% HF溶液中浸渍20 s,硅片表面成疏水性后,将硅片取出用去离子水冲洗干净后吹干以待使用。
[0032] 经以上处理方法所制得的N型硅片损伤层双面共去除约36μπι,硅片表面金字塔尺寸8μπι左右,硅片表面反射率至12%以下,双面沉积a-S1:H后,得到很好的钝化效果,少子寿命达400ys以上(体少子寿命〈11118)4型硅片表面复合速率〈100011/8。
[0033] 实施例2
[0034] 步骤1:预清洗
[0035] 将用于!111'电池的~型硅片置入冊40!1、!1202、!120的混合液,体积比为1:1:5,温度85°(:下预清洗5〜lOmin,并对溶液进行持续鼓泡,完成后将硅片取出用去离子水冲洗。
[0036]步骤2:损伤层去除
[0037] 硅片经预清洗后,将其置入20%K0H溶液中,刻蚀5〜lOmin,去除硅片表面的损伤层,使得损伤层单面去除为22μπι;完成后取出用去离子水冲洗干净。
[0038] 步骤3:制绒
[0039]损伤层去除后,需进行硅片表面制绒过程,制绒采用ΚΟΗ、异丙醇体系,将硅片置入3%1(0!1、10%1?4,温度80°(:的混合液中反应25〜351^11。得到表面金字塔尺寸为1(^111,表面反射率12%以下的硅片,制绒完成后取出用去离子水冲洗。
[0040] 步骤4: RCA清洗
[0041 ]娃片制绒完成后将娃片进行后续的清洗过程,清洗米用RCA清洗工艺过程,将娃片分别置入I号清洗液NH4OH、H2O2、H2O,体积比为1: 2:6,温度在70〜85 °C,11号清洗液HCL、H202、H20,体积比1:2:6,温度在70〜85°(:中清洗5〜101^11,清洗完成后将硅片用去离子水冲洗干净。
[0042]步骤5:自然氧化层去除
[0043] 在HIT电池用N型硅片进行a-S1: H钝化前,需要对RCA清洗后的硅片进行表面自然氧化层的去除,以进一步提高硅片表面的质量,将硅片置入3 % HF溶液中浸渍15s,硅片表面成疏水性后,将硅片取出用去离子水冲洗干净后吹干以待使用。
[0044] 经以上处理方法所制得的N型硅片损伤层双面共去除约44μπι,硅片表面金字塔尺寸约1ym,硅片表面反射率至12 %左右,双面沉积a-S1: H后,得到很好的钝化效果,少子寿命达400ys(体少子寿命〈11118)4型硅片表面复合速率〈100011/8。

Claims (5)

1.一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,其特征是,依次包括以下步骤:(1) 预清洗:采用I号清洗液对N型硅片进行预清洗去除有机物和颗粒,清洗温度为70°C 〜85°C,清洗时间为5min〜lOmin;其中I号清洗液为NH4〇H、H2〇2和H20的混合液,其NH4OH、 H2〇2与H20的体积比为1: (1〜2.5): (4〜7);预清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗;(2) 损伤层去除:将N型硅片在高浓度碱性液中浸渍5min〜lOmin去除损伤层,使得损伤 层单面去除为18M1-22M1;所述高浓度碱性液为质量浓度为15%〜20%的KOH溶液;完成损 伤层去除后将N型硅片取出用去离子水冲洗;(3) 制绒:将N型硅片置入各向异性腐蚀液中进行制绒25min〜35min,使得N型硅片表面 形成尺寸为5mi〜12wii的金字塔结构的绒面,从而降低硅片表面反射率;所述各向异性腐蚀 液为KOH与异丙醇的混合液,混合液中KOH的质量浓度为1.5%〜3%、异丙醇的体积浓度为 5%〜10%,所述混合液的温度为70°C〜80°C ;制绒完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗;(4 )RCA清洗:用I号清洗液和II号清洗液分别清洗N型硅片5min〜lOmin,进一步去除N 型硅片表面颗粒及金属杂质,以减少硅片表面的污染,其中I号清洗液成分如步骤(1)所述, II号清洗液为HCL、H2〇2和H20的混合液,其HCL、H2〇2与H20的体积比1: (1〜2.5): (4〜7),1号 清洗液和II号清洗液的清洗温度均为70°C〜85°C ;RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子 水冲洗;(5)自然氧化层去除:将N型硅片在HF酸溶液中浸渍10s〜20s,以去除硅片表面的自然 氧化层,HF酸溶液的体积浓度为1 %〜3% ;自然氧化层去除完成后将N型硅片取出用去离子 水冲洗,N2吹干。
2.根据权利要求1所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,其特征是,步骤(1)中所 述I号清洗液中NH4〇H、H2〇2与H20的体积比为1:1:5。
3.根据权利要求1或2所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,其特征是,步骤(3)中 所述金字塔结构的尺寸为8〜lOwii。
4.根据权利要求1或2所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,其特征是,步骤(3)中 所述硅片表面反射率降低至12%以下。
5.根据权利要求1或2所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法,其特征是,步骤(4)中 所述II号清洗液中HCL、H2〇2与H20的体积比为1:1: 5。
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