CN105161575A - 一种硅片的预处理方法、硅片和太阳能电池片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片的预处理方法、硅片和太阳能电池片，该方法包括：在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞。本发明的方案，可以克服现有技术中载流子传输距离远、捕获面积小和转换效率低等缺陷，实现载流子传输距离短、捕获面积大和转换效率高的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池片技术领域，具体地，涉及一种硅片的预处理方法、硅片和太阳能电池片。
背景技术
硅基太阳能电池片是太阳能电池片的主流产品，硅块经过线切割后的硅片的厚度一般为180~250μm，硅片经过去损伤层，制绒，扩散制结，镀减反膜，背场印刷，电极印刷，烧结等工艺就可以做成用于发电的太阳能电池片。
当电池片受到光照时，在硅块内会产生光生载流子，光生载流子中的电子和空穴通过扩散及PN结内的空间电场的作用，分别向太阳能电池片的负极和正极聚集，以形成光生电压。
一部分载流子在扩散的过程中，由于产生载流子的区域与电池表面电极的距离较远，仍未到达电极表面就在硅内复合，转化成电流的光生载流子数量减少。
现有技术中，存在载流子传输距离远、捕获面积小和转换效率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种硅片的预处理方法、硅片和太阳能电池片，以解决通过在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，缩短光生载流子区域与电池表面电极的距离，增加电池正反面电极的载流子捕获面积，以及相应地提高光生电流的效率的问题，从而达到载流子传输距离短、捕获面积大和转换效率高等效果。
本发明一方面提供一种硅片的预处理方法，包括：在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
其中，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，包括：采用刻蚀的方法，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞；形成所述多个坑洞后，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层。
其中，采用刻蚀的方法，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，包括：采用激光对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，在硅片上表面和/或下表面形成等间距阵列分布的所述多个坑洞；和/或，采用等离子体对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，在硅片上表面和/或下表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
进一步地，采用等离子体对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，包括：采用等离子体，通过在硅片上表面和/或下表面覆盖刻有规则排布孔洞的掩膜，对硅片上表面和/或下表面进行选择性刻蚀。等离子体的气氛采用SF6和/或CF4和/或O2和/或Cl2和/或Ar气。
其中，形成所述多个坑洞后，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层，包括：采用酸溶液或碱溶液对硅片上表面和/或下表面进行腐蚀，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层。
进一步地，采用酸溶液或碱溶液对硅片上表面和/或下表面进行腐蚀，包括：采用按预设浓度稀释的酸溶液或碱溶液，在预设温度条件和时间条件下，对硅片上表面和/或下表面进行湿法腐蚀；所述湿法腐蚀的腐蚀深度为1~5μm。
优选地，所述硅片的厚度为180~250μm，和/或，每个坑洞的形状为半球形，和/或，每个坑洞的深度为10~50μm。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种硅片，该硅片由以上所述的方法获得。
与上述方法和/或硅片相匹配，本发明再一方面提供一种太阳能电池片，该电池采用以上所述的方法获得的硅片和/或以上所述的硅片制得。
本发明的方案，通过对硅片进行预处理即在硅片表面生成均匀规则的腐蚀半球形坑洞的方法，不仅可有效缩短光生载流子区域与电池表面电极的距离，而且球型的界面可同时增加电池正反面电极的载流子捕获面积，对光生电流的提高，最终对光电转换效率的提高具有极大的作用。
进一步，本发明的方案，经过预处理的硅片表面坑洞，在正表面被减反膜适当填充，在背表面被印刷的铝浆填充，进行烧结之后，太阳能电池片在柔韧性能上将有极大的提高，可有效减少下游组件的制作过程中因为层压造成的碎片数量。
由此，本发明的方案解决通过在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，缩短光生载流子区域与电池表面电极的距离，增加电池正反面电极的载流子捕获面积，以及相应地提高光生电流的效率的问题，从而，克服现有技术中载流子传输距离远、捕获面积小和转换效率低的缺陷，实现载流子传输距离短、捕获面积大和转换效率高的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的硅片的预处理方法的一个实施例的流程图；
图2为本发明中刻蚀后的硅片断面的一个实施例的结构示意图；
图3为本发明中刻蚀后的硅片表面的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明中刻蚀后的硅片制成的电池片的一个实施例的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-刻蚀坑洞；2-硅内载流子；3-减反膜；4-印刷背场。
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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例，提供了一种硅片的预处理方法。该方法至少包括：
在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
其中，硅片的厚度为180~250μm，和/或，每个坑洞的形状为半球形，和/或，每个坑洞的深度为10~50μm。
在一个实施例中，可以在硅片的上表面和/或下表面，形成均匀规则分布的多个坑洞。
下面结合图1所示本发明的硅片的预处理方法的一个实施例的流程图，进一步说明硅片表面均匀规则分布的多个坑洞的具体形成过程。
步骤S110，采用刻蚀的方法，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
在一个实施例中，可以采用激光对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，在硅片上表面和/或下表面形成等间距阵列分布的所述多个坑洞。
其中，激光的波长范围可以为530~1080nm，额定输出功率可以为10~100W，激光频率可以为1~1000kHz。
例如，当采用激光对硅片进行刻蚀时，选择厚度为180~250μm的硅片，选择激光波长为1024nm，脉冲频率为10kHz，激光的光斑直径在20μm，对硅片表面进行刻蚀，坑洞的形状为半球形，深度在20μm。采用自动化编程控制激光束的位置，坑洞间距40μm，坑洞在硅片表面呈阵列。硅片正面完成刻蚀后，进行背面刻蚀。
在一个实施例中，可以采用等离子体对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，在硅片上表面和/或下表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
优选地，可以采用等离子体，通过在硅片上表面和/或下表面覆盖刻有规则排布孔洞的掩膜（即采用掩膜的方法），对硅片上表面和/或下表面进行选择性刻蚀，得到刻蚀坑即坑洞。等离子体的气氛可以采用SF6和/或CF4和/或O2和/或Cl2和/或Ar气。
例如，当采用等离子体对硅片进行刻蚀时，采用带有孔洞的掩膜覆盖在硅片表面，等离子气氛采用SF6、O2、Cl2、Ar以比例1:0.5:0.5:2混合的气体。掩膜孔洞的直径与刻蚀坑的孔洞直径相同为40μm，深度为20μm，刻蚀坑形状为半球形。硅片正面与背面可同时刻蚀或分别刻蚀。
步骤S120，形成所述多个坑洞后，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层。
在一个实施例中，可以采用酸溶液或碱溶液对硅片硅片上表面和/或下表面进行腐蚀，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层。
优选地，可以采用按预设浓度稀释的酸溶液或碱溶液，在预设温度条件和时间条件下，对硅片硅片上表面和/或下表面进行湿法腐蚀；该湿法腐蚀的腐蚀深度为1~5μm。
例如，可以采用HNO3：HF=1：4的稀释溶液对硅片的正面（即上表面）及背面（即下表面）进行湿法腐蚀，腐蚀时间为28～33s，温度为83～87℃，腐蚀深度为3μm左右，去除由于激光或等离子体刻蚀造成的损伤层。
通过对硅片正面及背面进行均匀且规则分布的坑洞刻蚀后，采用酸或碱溶液对硅片正面及背面进行腐蚀，去除硅片表面损伤层，可以提高硅片表面坑洞的均匀性和硅片表面各处性能的一致性。
由此，对硅片的上表面和/或下表面采用激光或等离子刻蚀的方法形成均匀规则分布（即均匀分布、且形状规则）的10~50μm深度的半球形坑洞，继续采用酸或碱溶液对损伤层进行去除后进行标准硅太阳能电池片工艺。
根据本发明的实施例，还提供了对应于方法的一种的硅片，如图2所示本发明中刻蚀后的硅片断面的一个实施例的结构示意图和图3所示本发明中刻蚀后的硅片表面的一个实施例的结构示意图。该硅片，硅片由以上所述的方法获得。
如图2所示，该硅片具有刻蚀坑洞（如刻蚀坑洞1），硅内载流子（如硅内载流子2）与刻蚀坑洞表面的距离，相比于硅内载流子与硅片表面的距离，大大缩小了。
在一个实施例中，该硅片适用于厚度范围为180~250μm的单晶及多晶硅太阳能电池片。
由于本实施例的硅片的制备过程及性能基本相应于前述图1所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
根据本发明的实施例，还提供了对应于方法和/或硅片的一种太阳能电池片，如图4所示本发明中刻蚀后的硅片制成的电池片的一个实施例的结构示意图。该电池，该电池采用由以上所述的方法获得的硅片和/或以上所述的硅片制得。
如图4所示，该电池的上表面坑洞形成减反膜（如减反膜3），下表面坑洞形成印刷背场（如印刷背场4）。由于坑洞的设置，可以缩短光生载流子区域与电池表面电极的距离，增加电池正反面电极的载流子捕获面积，提高光生电流的效率。
其中，该电池，可以是单晶或多晶硅太阳能电池片。
其中，该电池的厚度范围为180~250μm。
在一个实施例中，可以选择硅片的厚度范围为180~250μm，使用激光或等离子体刻蚀的方法将硅片上下表面加工成一定深度的半球形坑洞，经过酸或碱溶液浸泡去除损伤层后执行标准太阳能电池片工艺。
经以上所述的方法预处理后的硅片，可直接投入制绒溶液中进行制绒，制绒完成后依照标准太阳能电池片工艺依次进行扩散制结、镀减反膜、背场印刷、电极印刷和烧结等工序，制得所需太阳能电池片。
经以上所述的方法预处理后的硅片，由于在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，可提高硅太阳能电池片光生电流，最终提高太阳能电池片的光电转换效率，同时能增加太阳能电池片的柔韧性。
经大量的试验验证，本实施例的电池即使用以上所述的方法预处理后的硅片制得的电池，电池上下表面对载流子收集能力强，同等光照下电池输出电流较大，效率提高0.2~0.3%，电池片柔性及韧性得到大幅提高，极大地减少组件工艺过程中造成的碎片，节约成本。
由于本实施例的电池采用的硅片的制备过程及性能基本相应于前述图1所示的方法和/或前述硅片的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种硅片的预处理方法，其特征在于，包括：
在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，包括：
采用刻蚀的方法，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞；
形成所述多个坑洞后，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用刻蚀的方法，在硅片表面形成均匀规则分布的多个坑洞，包括：
采用激光对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，在硅片上表面和/或下表面形成等间距阵列分布的所述多个坑洞；和/或，
采用等离子体对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，在硅片上表面和/或下表面形成均匀规则分布的多个坑洞。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用等离子体对硅片上表面和/或下表面进行刻蚀，包括：
采用等离子体，通过在硅片上表面和/或下表面覆盖刻有规则排布孔洞的掩膜，对硅片上表面和/或下表面进行选择性刻蚀。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述等离子体的气氛采用SF6和/或CF4和/或O2和/或Cl2和/或Ar气。
6.根据权利要求2-5之一所述的方法，其特征在于，形成所述多个坑洞后，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层，包括：
采用酸溶液或碱溶液对硅片硅片上表面和/或下表面进行腐蚀，去除硅片表面因刻蚀产生的损伤层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采用酸溶液或碱溶液对硅片硅片上表面和/或下表面进行腐蚀，包括：
采用按预设浓度稀释的酸溶液或碱溶液，在预设温度条件和时间条件下，对硅片硅片上表面和/或下表面进行湿法腐蚀；所述湿法腐蚀的腐蚀深度为1~5μm。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述硅片的厚度为180~250μm，和/或，每个坑洞的形状为半球形，和/或，每个坑洞的深度为10~50μm。
9.一种硅片，其特征在于，该硅片由权利要求1-8所述的方法获得。
10.一种太阳能电池片，其特征在于，该电池采用由权利要求1-8所述的方法获得的硅片和/或权利要求9所述的硅片制得。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107887269A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-04-06 | 通威太阳能（安徽）有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池刻蚀工艺 |
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| DE2846097A1 (de) * | 1978-10-23 | 1980-04-24 | Rudolf Dipl Phys Dr Hezel | Solarzelle mit verbessertem wirkungsgrad aus einer halbleiteranordnung |
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2015
- 2015-09-30 CN CN201510636278.2A patent/CN105161575A/zh active Pending
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