CN104992991A - 一种制备太阳能黑硅电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备太阳能黑硅电池的方法，包括以下步骤：在正常制绒后硅片表面沉积纳米银颗粒；通过金属催化化学刻蚀方法形成纳米级绒面；在使用修正液修饰纳米绒面，改善纳米绒面的均匀性；使用硝酸浸泡去除纳米银颗粒；使用盐酸和双氧水去除金属离子；使用氢氟酸浸泡去除氧化层，使硅片表面容易脱水；最后使用甩干机甩干。甩干后的硅片依次进行后续电池生产工艺流程制成黑硅电池。应用该方法能够在硅片上形成具有很强吸光特性、对光极其敏感的黑硅，同时该方法成本较低，工艺流程简单，且可以直接制备大面积的黑硅，具有较高的制备效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备太阳能黑硅电池的方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此，深入研究和利用太阳能资源，对缓解资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。
制绒是多晶硅电池的第一道工艺，制绒又称“表面织构化”处理。对于多晶硅来说，制绒是利用酸对多晶硅表面的各向同性腐蚀，在硅表面形成无数的蠕虫状绒面。其目的是为了去除硅片表面的机械损伤层，同时在硅片表面制备一个反射率约 22% 的织构表面，以增加对光的吸收，提高太阳能电池的短路电流及光电转换效率。
黑硅材料是指在晶体硅表面形成一层纳米陷光绒面，其几乎可以吸收所有可见光，反射率可低至极低。黑硅因为较低的反射率，能极大增加太阳能电池的短路电流和光电转化效率。将生产黑硅绒面后的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷）制成黑硅电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备太阳能黑硅电池的方法，通过金属催化、化学刻蚀的方法在硅片表面形成一层纳米绒面，可以极大改善光的吸收，从而提高太阳能电池的转化效率。
一种制备太阳能黑硅电池的方法，包括：取制绒后硅片，采用金属催化、化学刻蚀方法形成纳米绒面；使用修正液修饰绒面，保证绒面良好的均匀性和平整度；使用硝酸去除多余的纳米银颗粒；使用盐酸加双氧水混合液清洗去除金属离子；使用氢氟酸去除表面氧化层，使硅片表面呈疏水性；最后利用烘干机烘干硅片。
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为20-30℃，反应时间为180-360s，所述硝酸银的质量浓度为0.05-1%，氢氟酸的质量浓度为1%-15%，双氧水的质量浓度为0.1-1.5%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾或氢氧化钠溶液中反应，反应温度为25-35℃，反应时间为50s-180s，氢氧化钾和氢氧化钠的质量浓度都为0.01-1%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为10-100s，硝酸的质量浓度为10-50%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为40-70℃,反应时间为为10-100s，其中盐酸的质量浓度为1-20%，双氧水的质量浓度为0.5-15%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为10-100s，氢氟酸的质量浓度为1-10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为200-300转/min，时间为300s；
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
本发明的优点在于：通过金属催化、化学刻蚀的方法在硅片表面形成一层纳米绒面，可以极大改善光的吸收，从而提高太阳能电池的转化效率。该方法成本较低，工艺流程简单，且可以直接制备大面积的黑硅，具有较高的制备效率。能极大提升太阳能电池的效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 为本发明制备太阳能黑硅电池的方法流程示意图。
图2 为实施例1提供的修饰后硅片表面扫描电镜微观组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来详细说明本发明的目的及功效。
实施例1
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为220s，所述硝酸银的质量浓度为0.15%，氢氟酸的质量浓度为9%，双氧水的质量浓度为0.7%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为90s，氢氧化钾的质量浓度为0.02%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，硝酸的质量浓度为30%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为60℃,反应时间为为90s，其中盐酸的质量浓度为13%，双氧水的质量浓度为10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，氢氟酸的质量浓度为5%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为250转/min，时间为300s。
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
实施例2
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为220s，所述硝酸银的质量浓度为0.15%，氢氟酸的质量浓度为10%，双氧水的质量浓度为0.6%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为120s，氢氧化钾的质量浓度为0.2%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，硝酸的质量浓度为30%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为60℃,反应时间为90s，其中盐酸的质量浓度为13%，双氧水的质量浓度为10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，氢氟酸的质量浓度为5%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为250转/min，时间为300s。
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
实施例3
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为220s，所述硝酸银的质量浓度为0.15%，氢氟酸的质量浓度为10%，双氧水的质量浓度为0.6%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为120s，氢氧化钾的质量浓度为0.5%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，硝酸的质量浓度为30%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为60℃,反应时间为90s，其中盐酸的质量浓度为13%，双氧水的质量浓度为10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，氢氟酸的质量浓度为5%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为250转/min，时间为300s。
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
实施例4
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为20℃，反应时间为180s，所述硝酸银的质量浓度为0.05%，氢氟酸的质量浓度为1%%，双氧水的质量浓度为0.1%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钠溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为50s，氢氧化钠的质量浓度为0.01%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为10s，硝酸的质量浓度为10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为40℃,反应时间为10s，其中盐酸的质量浓度为1%，双氧水的质量浓度为0.5%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为10s，氢氟酸的质量浓度为1%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为200转/min，时间为300s；
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
实施例5
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为25℃，反应时间为270s，所述硝酸银的质量浓度为0.5%，氢氟酸的质量浓度为8%，双氧水的质量浓度为0.8%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钠溶液中反应，反应温度为30℃，反应时间为110s，氢氧化钠的质量浓度为0.5%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为50s，硝酸的质量浓度为30%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为50℃,反应时间为为50s，其中盐酸的质量浓度为10%，双氧水的质量浓度为7%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为50s，氢氟酸的质量浓度为5%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为250转/min，时间为300s；
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
实施例6
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为30℃，反应时间为360s，所述硝酸银的质量浓度为1%，氢氟酸的质量浓度为15%，双氧水的质量浓度为1.5%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾或氢氧化钠溶液中反应，反应温度为35℃，反应时间为180s，氢氧化钾和氢氧化钠的质量浓度都为1%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，硝酸的质量浓度为50%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为70℃,反应时间为为100s，其中盐酸的质量浓度为20%，双氧水的质量浓度为15%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为100s，氢氟酸的质量浓度为10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为300转/min，时间为300s；
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
对比例1
取同种硅片，按照产线正常工艺（制绒-扩散-刻蚀-PECVD-丝网印刷-检测）制成常规太阳能电池片。
对比例2
一种制备太阳能黑硅电池的方法，具体步骤为：
（1） 金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为18℃，反应时间为400s，所述硝酸银的质量浓度为0.03%，氢氟酸的质量浓度为17%，双氧水的质量浓度为1.8%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2） 修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾或氢氧化钠溶液中反应，反应温度为40℃，反应时间为200s，氢氧化钾和氢氧化钠的质量浓度都为1.5%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3） 硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为5s，硝酸的质量浓度为8%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为80℃,反应时间为120s，其中盐酸的质量浓度为25%，双氧水的质量浓度为0.2%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为120s，氢氟酸的质量浓度为0.5%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4） 甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为350转/min，时间为300s；
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
本发明的黑硅电池制作方法6个实施例和2个对比例所采取的硅片为同一厂家、批次硅片，所述硅片为P 型多晶硅片，电阻率为1-3Ω·cm，厚度为160μm-280μm，硅片大小为156mm×156mm。表1为6种实施例和2种对比例具体的电性能参数。
从上表数据可以看出，实施例1-6制得的黑硅电池的电性能参数中短路电流（Isc）和转化效率(Eta)明显优于对比例1（一般工艺）和对比例2（制备工艺在本发明参数范围之外），综上所述，本发明的黑硅电池制作方法是通过金属催化、化学刻蚀制成黑硅绒面，同过碱液修正绒面和各种酸洗清除金属离子，从而制成黑硅电池。使其提升了太阳能电池的短路电流（Isc），获得了较低的反射率和较高的太阳电池效率。同时通过增加较低的生产成本提高太阳能电池的转化效率，从而获得较大的效益增益。
Claims (2)
1.一种制备太阳能黑硅电池的方法，其特征在于：包括：取制绒后硅片，采用金属催化、化学刻蚀方法形成纳米绒面；使用修正液修饰绒面，保证绒面良好的均匀性和平整度；使用硝酸去除多余的纳米银颗粒；使用盐酸加双氧水混合液清洗去除金属离子；使用氢氟酸去除表面氧化层，使硅片表面呈疏水性；最后利用烘干机烘干硅片。
2.一种制备太阳能黑硅电池的方法，其特征在于：具体步骤为：
（1）金属催化、化学刻蚀形成纳米绒面
采用表面干净的湿法制绒后的多晶硅硅片，将硅片放置在硝酸银、氢氟酸、双氧水的混合溶液中反应，反应温度为20-30℃，反应时间为180-360s，所述硝酸银的质量浓度为0.05-1%，氢氟酸的质量浓度为1%-15%，双氧水的质量浓度为0.1-1.5%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（2）修正液修饰绒面
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氧化钾或氢氧化钠溶液中反应，反应温度为25-35℃，反应时间为50s-180s，氢氧化钾和氢氧化钠的质量浓度都为0.01-1%，反应完成后，把硅片取出用去离子水清洗；
（3）硝酸浸泡去除纳米银颗粒
将上步骤清洗后的硅片浸泡在硝酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为10-100s，硝酸的质量浓度为10-50%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（4）盐酸和双氧水混合溶液浸泡去除金属离子
将上步骤清洗后的硅片浸泡在盐酸和双氧水混合溶液中，反应温度为40-70℃,反应时间为为10-100s，其中盐酸的质量浓度为1-20%，双氧水的质量浓度为0.5-15%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（5）氢氟酸去除硅片表面氧化层
将上步骤清洗后的硅片放置在氢氟酸溶液中，反应温度为常温，反应时间为10-100s，氢氟酸的质量浓度为1-10%，反应完成后，将硅片取出用去离子水清洗；
（6）甩干
将上步骤清洗后的硅片使用甩干机甩干，其中甩干机转速为200-300转/min，时间为300s；
将硅片取出依次进行制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷的工艺流程制成黑硅电池。
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