CN104404627B - 一种晶体硅rie制绒前的表面预处理工艺 - Google Patents

一种晶体硅rie制绒前的表面预处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，包括如下步骤：(1)超声波预清洗；(2) 采用碱性腐蚀液进行腐蚀；所述碱性腐蚀液为NaOH、NaClO与H2O的混合液；(3)去离子水清洗；(4)采用酸性混合溶液进行清洗；(5)去离子水清洗。本发明采用特制的碱性腐蚀液腐蚀去除线切割损伤层，较现有的强酸体系更容易控制，其工艺方法和设备成本更低；采用本发明的方法制备得到的太阳电池，其开路电压明显提高，电池效率提高了0.25%，取得了意想不到的效果。

Description

一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺
技术领域
本发明涉及一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能是一种安全可靠、经济实惠且容易获得的绿色能源。因此，太阳能电池组件得到了越来越多的关注，而高转换效率、低成本是太阳能电池发展的主要趋势，也是技术研究者追求的目标。为了获得更高的光电转换效率，除了要求晶体硅材料本身的高质量、能形成理想的PN结等内在特性外，还需要电池片表面有很好的陷光效果。陷光效应通常由表面织构化来实现的，即电池片生产中的重要工序——制绒。它通过增加电池对光的吸收，降低表面反射率，增大太阳能电池的短路电流从而达到提高太阳电池效率的目的。现有技术中，晶体硅太阳电池的制绒通常是采用湿法化学腐蚀方法制备微米级绒面结构。但是，由于微米级绒面的陷光效果有限，为了进一步提高陷光效果，近几年基于反应离子刻蚀方法（RIE）制备纳米绒面的方法在产业化生产中得到了广泛应用。
晶体硅RIE制绒主要是在常规湿法化学腐蚀工艺制绒后得到的粗糙绒面（微米级）上形成更为精细的绒面结构（纳米级），从而大大降低反射率，提高电池效率。然而，在晶体硅RIE制绒之前，需要进行表面预处理工艺，即采用湿法化学腐蚀方法去除表面线切割损伤层以及形成微米绒面结构。现有技术中，上述湿法化学腐蚀方法通常是采用HNO3/HF/H2O的强酸体系对硅片进行预处理。这便带来了如下问题：(1) 上述强酸体系反应强烈，难以控制，且成本较高；(2) 在上述强酸体系腐蚀后的微米绒面上再利用RIE方法制备纳米绒面，虽然硅片表面的陷光效果较好，但硅片比表面积较大，不利于太阳电池效率以及组件功率的进一步提升。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，包括如下步骤：
(1) 对原始硅片进行超声波预清洗；
(2) 采用碱性腐蚀液对步骤(1)得到的硅片进行腐蚀；温度为25~90℃，反应时间为2~10 min；
所述碱性腐蚀液为NaOH、NaClO与H2O的混合液，其中，NaOH的摩尔浓度为1~2 mol/L，NaClO的摩尔浓度为1~2mol/L；
(3) 去离子水清洗；
(4) 采用酸性混合溶液进行清洗；
(5) 去离子水清洗。
上文中，NaClO的作用是抑制反应速率以及抑制金字塔绒面的产生，使硅片表面平坦化。
上述技术方案中，所述步骤(4)中的酸性混合溶液为HCl、HF与H2O的混合液，其中，HCl的摩尔浓度为1~2 mol/L，HF的摩尔浓度为1~2mol/L。
上述技术方案中，所述步骤(4)中的清洗温度为常温，清洗时间为2~5 min。
与之相应的另一种技术方案，一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，包括如下步骤：
(1) 对原始硅片进行超声波预清洗；
(2) 采用碱性腐蚀液对步骤(1)得到的硅片进行腐蚀；温度为25~90℃，反应时间为2~10 min；
所述碱性腐蚀液为四甲基氢氧化铵溶液，其摩尔浓度为1~2 mol/L；
(3) 去离子水清洗；
(4) 采用酸性混合溶液进行清洗；
(5) 去离子水清洗。
上述技术方案中，所述步骤(4)中的酸性混合溶液为HCl、HF与H2O的混合液，其中，HCl的摩尔浓度为1~2 mol/L，HF的摩尔浓度为1~2mol/L。
上述技术方案中，所述步骤(4)中的清洗温度为常温，清洗时间为2~5 min。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种新的晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，采用特制的碱性腐蚀液腐蚀去除线切割损伤层，较现有的强酸体系更容易控制，其工艺方法和设备成本更低；
2、实验证明，采用碱性腐蚀液对硅片腐蚀后，硅片的表面更平坦，粗糙度较低，在不影响硅片表面反射率的情况下，硅片增加的比表面积更小；且实验证明：相比现有技术，采用本发明的方法制备得到的太阳电池，其开路电压明显提高，电池效率提高了0.25%左右，取得了意想不到的效果；
3、本发明的制备方法简单易行，成本较低，适于推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例一中RIE制绒后多晶硅表面的SEM图。
图2是本发明实施例二中RIE制绒后多晶硅表面的SEM图。
图3是本发明对比例一中RIE制绒后多晶硅表面的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一
一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，包括如下步骤：
（1）将厚度为180±10微米，大小为156mm×156mm的P型多晶硅片用去离子水进行超声清洗；
（2）将上步完成后的硅片放入四甲基氢氧化铵TMAH/H2O的碱液中腐蚀，其按体积比为TMAH（25%）：H2O=1：1，与85℃条件下反应250秒；
（3）将上步完成后的硅片放入去离子水中冲洗200s；
（4）将上步完成后的硅片再放入HCl/HF/H2O的酸性混合溶液中清洗，其按体积比为HCl（37%）：HF（49%）：H2O=1：1：8，与常温条件下清洗时间为200秒；
（5）将上步完成后的硅片再放入去离子水中冲洗200秒。
本实施例所制得的多晶硅片绒面较平坦，表面粗糙度为0.489微米，在该平坦绒面上RIE制绒后的纳米结构尺寸在200nm~300nm之间（见图1所示），在400nm~1050nm范围内其表面平均反射率为13%。
实施例二
一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，包括如下步骤：
（1）将厚度为180±10微米，大小为156mm×156mm的P型多晶硅片用去离子水进行超声清洗；
（2）将上步完成后的硅片放入NaOH/NaClO/H2O的碱性溶液中腐蚀，其按体积比为NaOH（15%）：NaClO（12%）：H2O=2：1：1，与85℃条件下反应300秒；
（3）将上步完成后的硅片放入去离子水中冲洗200秒；
（4）将上步完成后的硅片再放入HCl/HF/H2O的酸性混合溶液中清洗，其按体积比为HCl（37%）：HF（49%）：H2O=1：1：8，与常温条件下清洗时间为200秒；
（5）将上步完成后的硅片再放入去离子水中冲洗200秒。
本实施例所制得的多晶硅片绒面较平坦，表面粗糙度为0.529微米，在该平坦绒面上RIE制绒后的纳米结构尺寸在200nm~300nm之间（见图2所示），在400nm~1050nm范围内其表面平均反射率为12.6%。
对比例一
一种晶体硅RIE制绒前的表面预处理工艺，包括如下步骤：
（1）将厚度为180±10微米，大小为156mm×156mm的P型多晶硅片用去离子水进行超声清洗；
（2）将上步完成后的硅片放入HNO3/HF/H2O的混酸体系中腐蚀，其按体积比为HNO3（69%）：HF（49%）：H2O=4：1：3，与85℃条件下反应300秒；
（3）将上步完成后的硅片放入去离子水中冲洗200秒；
（4）将上步完成后的硅片再放入HCl/HF/H2O的酸性混合溶液中清洗，其按体积比为HCl（37%）：HF（49%）：H2O=1：1：8，与常温条件下清洗时间为200秒；
（5）将上步完成后的硅片再放入去离子水中冲洗200秒。
本对比例所制得的多晶硅片绒面为微米级“绒坑”结构，表面粗糙度为1.296微米。在该“绒坑”结构表面上RIE制绒后的纳米结构尺寸在200nm~300nm之间（见图3所示），在400nm~1050nm范围内其表面平均反射率为12.8%。
然后，分别将实施例一与对比例一中RIE制绒后的多晶硅片，在相同条件下做成太 阳能电池，测试其电性能，结果如下：
Uoc Isc FF EFF
实施例一 0.6322 8.9051 79.20 18.33%
对比例一 0.6276 8.8961 78.79 18.08%
由上表可见，由实施例一方法制备的多晶硅太阳电池较对比例一方法制备的多晶硅太阳电池，其开压可提高4.6mV，效率提高0.25%。

Claims (6)

1.一种多晶硅RIE制绒前的表面预处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 对原始硅片进行超声波预清洗；
(2) 采用碱性腐蚀液对步骤(1)得到的硅片进行腐蚀；温度为25~90℃，反应时间为2~10 min；
所述碱性腐蚀液为NaOH、NaClO与H2O的混合液，其中，NaOH的摩尔浓度为1~2 mol/L，NaClO的摩尔浓度为1~2mol/L；
(3) 去离子水清洗；
(4) 采用酸性混合溶液进行清洗；
(5) 去离子水清洗。
2.根据权利要求1所述的表面预处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的酸性混合溶液为HCl、HF与H2O的混合液，其中，HCl的摩尔浓度为1~2 mol/L，HF的摩尔浓度为1~2mol/L。
3.根据权利要求1所述的表面预处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的清洗温度为常温，清洗时间为2~5 min。
4.一种多晶硅RIE制绒前的表面预处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 对原始硅片进行超声波预清洗；
(2) 采用碱性腐蚀液对步骤(1)得到的硅片进行腐蚀；温度为25~90℃，反应时间为2~10 min；
所述碱性腐蚀液为四甲基氢氧化铵溶液，其摩尔浓度为1~2 mol/L；
(3) 去离子水清洗；
(4) 采用酸性混合溶液进行清洗；
(5) 去离子水清洗。
5.根据权利要求4所述的表面预处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的酸性混合溶液为HCl、HF与H2O的混合液，其中，HCl的摩尔浓度为1~2 mol/L，HF的摩尔浓度为1~2mol/L。
6.根据权利要求4所述的表面预处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的清洗温度为常温，清洗时间为2~5 min。
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