CN104485386B - 一种多晶硅太阳能电池的制绒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅太阳能电池的制绒方法，包括以下步骤：步骤一：对硅片的正面氧化，形成一层厚度为0.5‑5nm的二氧化硅层；步骤二：在所述二氧化硅层上印刷腐蚀浆料以使所述腐蚀浆料呈点状均匀分布，放置1‑5分钟后，清洗、吹干，除去所述腐蚀浆料印刷区域的所述二氧化硅层；步骤三：在所述硅片上进行酸法制绒以使在所述硅片表面形成绒面结构，所述绒面结构的反射率为5%‑10%。采用本发明，能有效降低多晶硅太阳能电池对太阳光的反射率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种多晶硅太阳能电池的制绒方法。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结(P-N Junction)上，形成新的空穴-电子对(V-Epair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
晶硅太阳能电池的制造工艺分为制绒、扩散、刻蚀、正面镀膜、丝网印刷、烧结六大工序。其中，制绒的目的是在硅片正面形成凹凸不平的绒面结构，增加太阳光的吸收面积，降低太阳光的反射率。行业内都是采用酸法制绒的方式对多晶硅表面制绒，反射率一般在18%到25%，远远高于单晶制绒后的反射率。单晶硅由于具有各向异性，采用碱法制绒，可以形成金字塔结构，达到很低的反射率，一般在10%左右。多晶硅是由很多小的单晶颗粒组成，是各向同性，采用碱法腐蚀达不到跟单晶相同的效果。因此，降低多晶硅电池的反射率成为提升多晶硅光电转换效率的重要方向之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多晶硅太阳能电池的制绒方法，能有效降低多晶硅太阳能电池对太阳光的反射率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多晶硅太阳能电池的制绒方法，包括以下步骤：
步骤一：对硅片的正面氧化，形成一层厚度为0.5-5nm的二氧化硅层；
步骤二：在所述二氧化硅层上印刷腐蚀浆料以使所述腐蚀浆料呈点状均匀分布，放置1-5分钟后，清洗、吹干，除去所述腐蚀浆料印刷区域的所述二氧化硅层；
步骤三：在所述硅片上进行酸法制绒以使在所述硅片表面形成绒面结构，所述绒面结构的反射率为5%-10%。
作为上述方案的改进，所述步骤一中对所述硅片正面氧化方式采用臭氧氧化，温度控制为30-80℃。
作为上述方案的改进，所述臭氧设备将O2、O3和N2的混合气体通入所述制绒设备中，所述O3与所述硅片反应形成二氧化硅层以实现所述臭氧氧化步骤。
作为上述方案的改进，所述O2和所述N2的流量分别为1-30L/min和5-20L/min，所述O2、O3和N2的混合气体的通气时间为5-100s。
作为上述方案的改进，所述臭氧设备中设有紫外灯，以使O2在所述紫外灯的照射下转化为O3。
作为上述方案的改进，所述步骤一中对所述硅片正面氧化方式采用硝酸氧化，硝酸的质量分数为60%以上。
作为上述方案的改进，所述步骤二中除去所述腐蚀浆料印刷区域的二氧化硅后形成腐蚀孔，所述腐蚀孔的直径为10-50μm，间距为20-50μm。
作为上述方案的改进，所述步骤三中酸法制绒的步骤为将所述硅片的正面置于HNO3和HF混合溶液酸槽中浸泡，去除二氧化硅层，经清洗，干燥形成所述绒面结构。
作为上述方案的改进，所述绒面结构为呈坑径较大，深度较浅的带有棱角的坑状结构；
所述坑径为20-80μm，深度为100-500nm。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明利用二氧化硅和硅片在与酸液反应速率不同的特性，先在硅片表面形成一层二氧化硅层，然后通过腐蚀浆料与二氧化硅反应形成腐蚀孔，使部分硅片裸露在外，再将硅片浸泡在装有HNO3和HF混合溶液酸槽中，从而形成的绒面结构为坑径较大，深度较浅的带有棱角的坑状结构。
相对于现有技术的绒面结构深度不足，采用本发明制得的绒面结构能明显加深深度，增加了太阳光的入射角，对太阳光的反射率为5%-10%，远远低于目前多晶硅电池制绒结构的反射率18%到25%，有效地提供电池的光电转换效率。
而且现有技术在制备绒面结构时，无法控制绒面结构，均匀性较差，由此制得的电池反射率浮动幅度较大。而采用本发明的制绒方法制得的绒面结构均匀分布，通过控制二氧化硅层的厚度，形成绒面结构为坑径较大，深度较浅的带有棱角的坑状结构。
另外，由于本发明的制绒方法简单，所用设备易得，适用于工业化大规模的生产。
附图说明
图1是本发明一种多晶硅太阳能电池的制绒方法的流程图；
图2是本发明一种多晶硅太阳能电池的制绒方法制得的绒面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
由于现有技术多用酸法制绒的方式对多晶硅片的表面制绒以增加太阳光的吸收面积，降低硅片的反射率。但随着本领域技术日臻成熟，对多晶硅片的反射率提出更高的要求。
本发明人发现对硅片氧化后形成的二氧化硅层与酸法制绒时采用的酸液反应速度比硅片与酸液的反应速度慢，存在反应速度差，由此，所述二氧化硅层能有效延缓酸液的腐蚀速度。根据此特性，结合图1所示的流程图，本发明提供一种多晶硅太阳能电池的制绒方法，包括以下步骤：
S100对硅片的正面氧化，形成一层厚度为0.5-5nm的二氧化硅层。
本发明所述硅片正面氧化方式采用臭氧氧化，温度控制为30-80℃。
本发明通过臭氧设备与制绒设备连接，臭氧设备安装在制绒设备下料口上方。臭氧设备以O2和N2作为气源，通过紫外灯的照射使得O2转化为O3，从而形成O2、O3和N2的混合气体。将混合气体通入所述制绒设备中，O3与硅片正面接触，控制温度在30-80℃范围内，以N2作为保护气，氧化硅片正面以使硅片表面沉积0.5-5nm的二氧化硅层。二氧化硅层可以对硅片表面进行保护，有效延缓酸液的腐蚀速度。此外，二氧化硅层厚度能控制绒面结构的深度从而达到降低反射率的效果，当厚度为0.5-5nm时，不会因厚度过薄，延缓作用不明显，厚度过厚则需要较长时间形成二氧化硅层，影响生产效率，但制得绒面的反射率相对于0.5-5nm厚度制得绒面的反射率并无明显提高，因此优选二氧化硅层厚度为0.5-5nm。
所述O2和所述N2的流量分别为1-30L/min和5-20L/min，所述O2和所述N2的通气时间为5-100s。
优选地，O2的流量为10-22L/min，N2的流量为8-15L/min，O2和N2的通气时间为20-50s。为了能快速有效地氧化硅片表面以形成氧化膜，需要将气源O2转换成氧化性更强的O3。因此，在臭氧设备上设有紫外灯，O2在紫外线照射下生成O3。氧化温度需控制在30-80℃以适应氧化速度，生成致密的二氧化硅膜。若温度低于30℃，导致氧化反应的反应速率过慢，需要较长的时间才能形成本发明的规定厚度，影响生产效率；若温度高于80℃，导致氧化反应的反应速率过快，难以控制二氧化硅层的厚度，且生成的膜层均匀性和致密性不佳。
作为本发明的另一个实施例，本发明所述硅片正面氧化方式还可以采用硝酸氧化。
将硅片正面浸泡在质量分数大于60%的浓硝酸中0.5-5分钟，经清洗干净后，形成二氧化硅层。二氧化硅层的厚度由硝酸浓度和浸泡时间决定。
S101在所述二氧化硅层上印刷腐蚀浆料以使所述腐蚀浆料呈点状均匀分布，放置1-5分钟后，清洗、吹干，除去所述腐蚀浆料印刷区域的所述二氧化硅层。
本发明利用含氟的腐蚀浆料印刷在所述二氧化硅层上，腐蚀浆料与二氧化硅层反应1-10分钟后，除去腐蚀浆料印刷区域的二氧化硅层，使得在二氧化硅层上均匀分布腐蚀孔。优选地，腐蚀浆料与二氧化硅层反应时间为4-8分钟。
需要说明的是，所述腐蚀孔的直径为10-50μm，间距为20-50μm。优选地，所述腐蚀孔的直径为20-35μm，间距为20-40μm。
S102在所述硅片上进行酸法制绒以使在所述硅片表面形成绒面结构，所述绒面结构的反射率为12%-15%。
本发明利用二氧化硅和硅片在与酸液反应速率不同的特性，先在硅片表面形成一层二氧化硅层，然后通过腐蚀浆料与二氧化硅反应形成腐蚀孔，使部分硅片裸露在外，再将硅片浸泡在装有HNO3和HF混合溶液酸槽中，硅片与酸液的反应速率较快，腐蚀的深度大；二氧化硅与酸液的反应速率较慢，腐蚀的深度较小，从而形成的绒面结构为坑径较大，深度较浅的带有棱角的坑状结构。相对于现有技术的绒面结构深度不足，且绒面结构无法控制的情况，采用本发明制得的绒面结构能明显加深深度，增加了太阳光的入射角，对太阳光的反射率为5%-10%，远远低于目前多晶硅电池制绒结构的反射率18%到25%，有效地提供电池的光电转换效率。
另外，由于本发明的制绒方法简单，所用设备易得，适用于工业化大规模的生产。
本发明所述的酸法制绒步骤具体如下：
（1）将所述硅片的正面置于装有HNO3和HF混合溶液酸槽中浸泡，去除二氧化硅层并形成绒面；
（2）用去离子水溢流水洗经制绒后的所述硅片；
（3）碱洗以除去残留在所述硅片表面的HNO3和HF混合溶液；
（4）用去离子水溢流水洗经碱洗后的所述硅片；
（5）用HF和HCl混合溶液酸洗所述硅片正面；
（6）用去离子水溢流水洗经酸洗后的所述硅片；
（7）最后吹干。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对硅片的正面氧化，形成一层厚度为0.5-5nm的二氧化硅层；
步骤二：在所述二氧化硅层上印刷腐蚀浆料以使所述腐蚀浆料呈点状均匀分布，放置1-5分钟后，清洗、吹干，除去所述腐蚀浆料印刷区域的所述二氧化硅层；
步骤三：在所述硅片上进行酸法制绒以使在所述硅片表面形成绒面结构，所述绒面结构的反射率为5%-10%。
2.如权利要求1所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，所述步骤一中对所述硅片正面氧化方式采用臭氧氧化，温度控制为30-80℃。
3.如权利要求2所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，臭氧设备将O2、O3和N2的混合气体通入制绒设备中，所述O3与所述硅片反应形成二氧化硅层以实现所述臭氧氧化步骤。
4.如权利要求3所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，所述O2和所述N2的流量分别为1-30L/min和5-20L/min，所述O2、O3和N2的混合气体的通气时间为5-100s。
5.如权利要求2所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，臭氧设备中设有紫外灯，以使O2在所述紫外灯的照射下转化为O3。
6.如权利要求1所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，所述步骤一中对所述硅片正面氧化方式采用硝酸氧化，硝酸的质量分数为60%以上。
7.如权利要求1所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，所述步骤二中除去所述腐蚀浆料印刷区域的二氧化硅后形成腐蚀孔，所述腐蚀孔的直径为10-50μm，间距为20-50μm。
8.如权利要求1所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，所述步骤三中酸法制绒的步骤为将所述硅片的正面置于HNO3和HF混合溶液酸槽中浸泡，去除二氧化硅层，经清洗，干燥形成所述绒面结构。
9.如权利要求1所述多晶硅太阳能电池的制绒方法，其特征在于，所述绒面结构为呈坑径较大，深度较浅的带有棱角的坑状结构；
所述坑径为20-80μm，深度为100-500nm。
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