CN104659156A - 一种单晶硅太阳能电池的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅太阳能电池的刻蚀方法，用2号腐蚀液对硅片的非扩散面进行腐蚀，所述2号腐蚀液中含有浓度为50~55g/L的胆碱、250~275g/L的四甲基氢氧化铵(TMAH)和10~12g/L的苯甲酸钠，反应温度为70~80℃。本发现在不增加工艺复杂度的情况下，使用2号腐蚀液的有机碱混合液代替氢氧化钾对非扩散面进行腐蚀，又因为有机碱混合液只与硅反应，且能达到抛光效果，同时有机碱液与磷硅玻璃几乎不反应，生产中的硅片经过1号腐蚀液腐蚀后背面和侧面的磷硅玻璃已被去除，而扩散面磷硅玻璃完好，所以在扩散面不被破坏的情况下使得非扩散面抛光，从而使得非扩散面与背场银浆增加有效接触，以提高电池片短路电流、开路电压、并联电阻及转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制造工艺，具体涉及一种太阳能电池的刻蚀方法。
背景技术
目前，单晶硅太阳能电池的主要制造工艺已经标准化，其主要步骤如下：
a、化学清洗及表面织构化处理：通过化学反应使原本光亮的硅片表面形成蜂窝状的结构以增加光的吸收；
b、扩散：P型硅片在扩散后表面变成N型，形成PN结，使得硅片具有光伏效应，扩散的浓度、深度以及均匀性直接影响太阳能电池的电性能，扩散进杂质的总量用方块电阻来衡量，杂质总量越小，方块电阻越大；
c、刻蚀：使用等离子刻蚀机对硅片的侧面进行刻蚀，该步骤的目的在于去掉扩散时在硅片边缘及侧面形成的使PN结两端短路的导电层；
d、酸洗：使用低浓度的HF对硅片进行浸泡，该步骤的目的是去除扩散时硅片扩散面产生的SiO2和P2O5(磷硅玻璃)；
e、沉积减反射膜：目前主要有两类减反射膜：氮化硅膜和氧化钛膜，主要起减反射和钝化的作用；
f.、印刷电极；
h.、烧结：使印刷的电极与硅片之间形成合金。
现行工艺中单晶硅太阳能电池片通常采用干法刻蚀(即上述步骤c中所说的等离子刻蚀)，而普通湿法刻蚀是指以化学药液对硅片进行化学腐蚀，以达到刻边与去除磷硅玻璃的目的，具体过程如下：
在链式设备(如RENA)的反应槽体上铺满滚轮，硅片在滚轮上随着滚轮转动向前运动，同时与药液接触，并进行反应；
硅片首先经过药液配比为330g/L硝酸+30g/L氢氟酸+350g/L硫酸混合液的工艺槽，药液温度为8度，反应时间为90秒。
之后硅片经过清洗段1，药液为DI水，并保证液体没过硅片，以达到对硅片清洗的目的。
之后硅片经过碱槽，药液为浓度为5％的氢氧化钾，反应温度为20度，反应时间为10秒，并保证药液以喷淋的方式对硅片进行冲洗，已达到去除在工艺槽中产生的多孔硅。
之后硅片经过清洗段2，药液为DI水，并保证液体没过硅片，已到到对硅片清洗的目的。
之后硅片经过酸洗槽，药液为8％浓度的氢氟酸药液，温度为常温，反应时间为60秒，并确保药液没过片子，以确定去除硅片扩散面的磷硅玻璃。
之后硅片经过清洗段3药液为DI水，并保证液体没过硅片，已到到对硅片清洗的目的。
现行工艺中，刻蚀碱槽药液为低浓度的氢氧化钾，目的是去掉硅片在工艺槽中产生的多孔硅，但对硅片两面的绒面并无明显影响，更无法达到非扩散面抛光的作用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种可达到非扩散面抛光目的的单晶硅太阳能电池的刻蚀方法。
技术方案：一种单晶硅太阳能电池的刻蚀方法，包括以下步骤：
(1)用1号腐蚀液对硅片的非扩散面和侧面进行腐蚀，所述1号腐蚀液中含有浓度为330g/L的硝酸、30g/L的氢氟酸和350g/L的硫酸，反应温度为8℃；
(2)用2号腐蚀液对硅片的非扩散面进行腐蚀，所述2号腐蚀液中含有浓度为50～55g/L的胆碱、250～275g/L的四甲基氢氧化铵(TMAH)和10～12g/L的苯甲酸钠，反应温度为70～80℃；2号腐蚀液只与硅反应，而与磷硅玻璃(磷硅玻璃是扩散工艺中的反应产物)不反应，故在一定温度下可在非扩散面达到抛光效果；
(3)以质量浓度为8％的氢氟酸液腐蚀硅片的扩散面。
优选的，所述1号腐蚀液的腐蚀时间为70～100s，保证硅片的非扩散面和侧面可充分与1号腐蚀液接触，P/N结和磷硅玻璃和1号腐蚀液反应充分，可彻底去除，同时防止腐蚀时间过久，扩散面沾染到腐蚀液影响太阳能电池的电性能。
优选的，所述2号腐蚀液的腐蚀时间为70～100s，使非扩散面经1号腐蚀液腐蚀后残留的多孔硅表面得到充分腐蚀，同时去除绒面，最后可得到平滑表面，达到抛光效果，提升非扩散面的表面质量，从而增加了非扩散面与背场银浆的有效接触，以提高电池片的电转换效率，所述腐蚀时间可防止过度腐蚀，达到硅片所需厚度。
有益效果：本发现在不增加工艺复杂度的情况下，使用2号腐蚀液的有机碱混合液代替氢氧化钾对非扩散面进行腐蚀，又因为有机碱混合液只与硅反应，且能到到抛光效果，同时有机碱液与磷硅玻璃几乎不反应，生产中的硅片经过1号腐蚀液腐蚀后背面和侧面的磷硅玻璃已被去除，而扩散面磷硅玻璃完好，所以在扩散面不被破坏的情况下使得非扩散面抛光，从而使得非扩散面与背场银浆增加有效接触，以提高电池片短路电流、开路电压、并联电阻及转换效率。
附图说明
图1为采用本发明刻蚀方法后硅片绒面的显微镜图片；
图2为采用现有技术刻蚀方法后硅片绒面的显微镜图片；
图3为采用本发明刻蚀方法后硅片的平整度；
图4为采用现有技术刻蚀方法后硅片绒面的平整度。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：本实施例中采用的太阳能电池原材料为P型单晶硅片，电阻率0.5～3Ω·cm刻蚀方法包括以下步骤：
在链式设备的反应槽体上铺满滚轮，硅片在滚轮上随着滚轮向前运动，在运动过程中与药液接触进行反应。首先，1号腐蚀液为其中包括硝酸浓度330g/L、氢氟酸浓度30g/L和硫酸浓度350g/L的酸混合液，药液温度为8℃，反应时间为90s，保证硅片与1号腐蚀液充分接触；之后硅片经过清洗段，药液为DI水，并保证DI水没过硅片；随后，将含有50g/L胆碱、250g/L四甲基氢氧化铵(TMAH)和10g/L苯甲酸钠的混合液制成2号腐蚀液，将2号腐蚀液置于碱槽，硅片经过碱槽腐蚀，反应温度为75度，反应时间为90秒，并保证2号腐蚀液以喷淋的方式对硅片进行冲洗，已达到非扩散面抛光的目的；之后硅片再进行清洗，药液为DI水，并保证DI水没过硅片；最后硅片经过酸洗槽，药液为质量浓度为8％的氢氟酸药液，温度为常温20～25℃，反应时间为60秒，并确保药液没过硅片，以确定去除硅片扩散面的磷硅玻璃；硅片最后清洗，药液为DI水，并保证液体没过硅片。
将10块硅片平均分为两组，分别使用上述刻蚀方法和现有技术中的刻蚀方法，进行效果对比，用光学显微镜分别观察刻蚀后硅片背面的绒面，使用本发明刻蚀的绒面如图1所示，采用背景技术中方法进行刻蚀的绒面如图2所示，通过图像对比可得，采用发明方法抛光后绒面平整性明显提高，同时蜂窝状绒面(普通绒面为蜂窝状)消失，这样的抛光绒面有以下几点优势：有利于硅片与背面浆料的良好接触，背面铝背场可形成镜面反射，穿透硅片的那部分光可以再次反射回硅材料，抛光后绒面表面损伤降低，电性能有效提高。
分析得到的两组绒面平整度，本发明的绒面平整度分析如图3所示，普通方法得到的绒面平整度分析如图4所示，图中横坐标为硅片表面横向位移、纵坐标为绒面波动；可以看出本实施例方法抛光后绒面平整性明显增加，且表面损伤明显减少。
再将两组硅片的电性能进行对比，如下表所示，其中，编号为奇数的采用的是实施例中的刻蚀方法，编号为偶数的采用的是普通刻蚀方法：
对比上表的奇数例和偶数例，可以明显看出采用本发明工艺的硅片短路电流、开路电压、填充因子和并联电阻都有所提高，效率平均提高0.1％，增加了非扩散面与背场银浆的有效接触。
实施例2：与实施例1大致相同，所不同的是1号腐蚀液和2号腐蚀液的反应时间为70s；2号腐蚀液中含有浓度为55g/L的胆碱、275g/L的四甲基氢氧化铵(TMAH)和12g/L的苯甲酸钠，反应温度为70度。
实施例3：与实施例1大致相同，所不同的是1号腐蚀液和2号腐蚀液的反应时间为100s；2号腐蚀液中含有浓度为52g/L的胆碱、260g/L的四甲基氢氧化铵(TMAH)和11g/L的苯甲酸钠，反应温度为80度。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (3)
1.一种单晶硅太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）用1号腐蚀液对硅片的非扩散面和侧面进行腐蚀，所述1号腐蚀液中含有浓度为330g/L的硝酸、30g/L的氢氟酸和350g/L的硫酸，反应温度为8℃；
（2）用2号腐蚀液对硅片的非扩散面进行腐蚀，所述2号腐蚀液中含有浓度为50~55g/L的胆碱、250~275g/L的四甲基氢氧化铵(TMAH)和10~12g/L的苯甲酸钠，反应温度为70~80℃；
（3）以质量浓度为8%的氢氟酸液腐蚀硅片的扩散面。
2.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于：所述1号腐蚀液的腐蚀时间为70~100s。
3.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池的刻蚀方法，其特征在于：所述2号腐蚀液的腐蚀时间为70~100s。
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