CN105449045A - 一种适用于rie制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法。本发明采用BOE蚀刻液与双氧水混合溶液对RIE制绒后晶体硅片进行清洗。其中，双氧水的作用是在RIE制绒后硅片表面生成一层氧化层，BOE蚀刻液中的HF溶液与氧化层反应，实现微腐蚀的效果。BOE蚀刻液能保持溶液的酸度，从而保证溶液腐蚀速率的稳定性。本发明能够对RIE制绒后的硅片表面进行微腐蚀，既能实现去除表面损伤层和表面尖端结构的效果，又能控制RIE制绒后的硅片反射率的上升速度。本发明清洗工艺可在室温下进行，清洗效果重复性好，避免使用控温设备，节约生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法。
背景技术
晶体硅电池为了提升转化效率需要进行表面织构化。绒面减少反射损失以及让光线倾斜射入硅的内部。随着光子数目的增加(其中较少一部分的光子在跑往PN结的途中被复合)，因此电池电流得到提高。
在单晶硅(100)上经常用碱性溶液蚀刻(111面)形成倒金字塔。而多晶硅由于有各种各样的晶相，很难蚀刻出可行的绒面。HF-HNO3刻蚀的结果很难重复实现。
机械的制绒技术需要硅片具有足够的稳定性，这种方法特别不适合薄的、弯曲的脆性材料，比如EFG硅。但是EFG硅片的生产成本是便宜的，同时还能节约原材料。相比丘克拉斯基生长和铸锭来说，能够避免锯切损耗并减少原料需求。
基于SF6/O2加Cl2在等离子RIE的条件下对于单晶硅和多晶硅来说是种可供选择的制绒方法。RIE是一种干法无接触真空的技术，适合纳米级绒面的制作。在适当的条件下形成低反射率的粗糙表面。RIE工艺过程中大约有(3-10)微米的硅从硅片上被移除。RIE绒面能够提升效率。但在现有技术中，RIE的绒面必须通过湿法清洗的方式来改善以及移除损伤层。
目前晶体硅太阳电池产业化生产过程中一般使用强碱性溶液(NaOH、KOH等)或强酸性溶液(HF+HNO3)清洗硅片以去除表面的损伤层。一般应用在电池表面绒面制备中的表面处理过程，用于消除硅片表面的切割损伤层，硅片减薄一般为5-15μm。
在采用RIE(反应离子刻蚀)的晶体硅表面绒面制备过程中，硅片表面会存在一些尖端结构和一定厚度的损伤层，一般RIE制绒后的表面损伤层厚度在几十到几百纳米，使用常规的去损伤工艺会引起过度刻蚀，影响硅片表面的陷光效果。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，所述的适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法工艺简单，能够对RIE制绒后晶体硅片表面进行微腐蚀，既能实现去除表面损伤层和表面尖端结构的效果，又能控制RIE制绒的绒面被刻蚀过多而导致硅片反射率的上升速度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，将RIE制绒后晶体硅片使用BOE蚀刻液与双氧水混合溶液清洗。
本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法采用BOE蚀刻液与双氧水混合溶液对RIE制绒后晶体硅片进行清洗。其中，双氧水的作用是在RIE制绒后硅片表面生成一层氧化层，BOE蚀刻液中的HF溶液与氧化层反应，实现微腐蚀的效果。BOE蚀刻液能保持溶液的酸度，从而保证溶液腐蚀速率的稳定性。
所述BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液为现有技术中的常规商品，其成分以具体产品为准，其中NH4F和HF的浓度比一般约为6：1。
所述BOE蚀刻液与双氧水溶液的体积比为1-5:1-5，优选为1-2:1-2，进一步优选为1:1。
清洗时间为60-600秒，优选为120-480秒，进一步优选为240-360秒。
采用特定的BOE蚀刻液与双氧水溶液体积比以及清洗时间，有助于提高清洗过程中的微腐蚀效果，并能保证腐蚀速率和稳定性。
优选地，清洗温度为0-50℃，优选为10-30℃，进一步优选为20-25℃。
本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法不需采用特殊的控温设备，使体系处于低温或高温中，仅在常规温度下操作即可，节能环保。
所述清洗方式可采用浸泡、洗液冲洗、洗液振荡等方式。
所述BOE蚀刻液与双氧水混合溶液中还可根据需要添加水。所述水可为蒸馏水、超纯水、去离子水等常规水体。
优选地，加水量不超过双氧水体积的15倍。BOE蚀刻液、双氧水和水的体积比为1-5:1-5:1-15，优选为1-2:1-2:1-5，进一步优选为1:1:1。
在BOE蚀刻液与双氧水混合溶液添加适量的水，有助于调整洗液酸度及双氧水和HF的浓度，提高清洗过程中的微腐蚀效果，并能保证腐蚀速率和稳定性。
优选地，将清洗后所得硅片再用水清洗，去除硅片表面的洗液。所述水可为蒸馏水、超纯水、去离子水等常规水体。
优选地，用水清洗后所得硅片，再用HCl、HF和水的混合溶液清洗。所述水可为蒸馏水、超纯水、去离子水等常规水体。
优选地，所述HCl、HF和水的体积比为1-15:1-5:10-150，优选为5-15:1-3:50-150，进一步优选为10:1:100。
优选地，清洗时间为30-200秒，优选为30-90秒，进一步优选为60秒。
采用特定的HCl、HF和水的体积比以及清洗时间，有助于除去硅片表面残留的金属离子，提高清洗过程中的微腐蚀效果，并保证稳定性。
优选地，清洗温度为0-50℃，优选为10-30℃，进一步优选为20-25℃。
本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法不需采用特殊的控温设备，使体系处于低温或高温中，仅在常规温度下操作即可，节能环保。
所述清洗方式可采用浸泡、洗液冲洗、洗液振荡等方式。
优选地，将清洗后所得硅片再用水清洗，去除硅片表面的洗液。所述水可为蒸馏水、超纯水、去离子水等常规水体。
优选地，所得硅片用水清洗之后，将其表面水分去除，完成RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗工艺，进入后续工艺。
优选地，可使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，能够对RIE制绒后的硅片表面进行微腐蚀，既能实现去除表面损伤层和表面尖端结构的效果，又能控制RIE制绒后的硅片反射率的上升速度。
本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，清洗工艺可在室温(20℃―25℃)下进行，清洗效果重复性好，避免使用控温设备，节约生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例2硅片1清洗前的SEM图片；
图2为本发明实施例2硅片1清洗后的SEM图片。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供了一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，包括如下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水(根据实际需要)配制的溶液清洗；此步中双氧水的作用是在RIE制绒后硅片表面生成一层氧化层，BOE蚀刻液中的HF溶液与氧化层反应，实现微腐蚀的效果；BOE蚀刻液能保持溶液的酸度，从而保证溶液腐蚀速率的稳定性；
(2)使用水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗；此步的主要作用是去除硅片表面残留的金属离子；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净。
实施例1
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为1:1:0的比例配制的溶液清洗240秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗60秒，HCl、HF与水的体积比为10:1:100；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例2
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为1:1:1的比例配制的溶液清洗360秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗60秒，HCl、HF与水的体积比为10:1:100；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例3
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为1:1:15的比例配制的溶液清洗600秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗30秒，HCl、HF与水的体积比为1:1:10；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例4
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为1:5:15的比例配制的溶液清洗480秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗30秒，HCl、HF与水的体积比为1:5:150；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例5
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为5:1:15的比例配制的溶液清洗480秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗200秒，HCl、HF与水的体积比为15:1:150；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例6
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为1:2:10的比例配制的溶液清洗420秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗150秒，HCl、HF与水的体积比为2:1:30；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例7
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为2:1:5的比例配制的溶液清洗120秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗90秒，HCl、HF与水的体积比为1:1:20；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
实施例8
抽取两片RIE制绒后硅片，采用美国生产反射率测试仪SR450测试RIE制绒后反射率，然后采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法进行清洗，包括以下步骤：
(1)将RIE后的硅片使用BOE蚀刻液与双氧水和水按体积比为1:1:12的比例配制的溶液清洗300秒；
(2)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(3)使用HCl与HF的混合溶液清洗90秒，HCl、HF与水的体积比为10:3:100；
(4)使用去离子水清洗硅片表面，去除硅片表面的药液；
(5)使用甩干机或烘箱将硅片表面的水去除干净；
所述的BOE(BufferedOxideEtch)蚀刻液其中NH4F浓度为59.1％，HF的浓度为5.7％；以上溶液清洗温度都为室温(20℃―25℃)。
每个实施例分别对两块硅片进行处理，分别测试每个硅片在各实施例清洗后的反射率与RIE制绒后反射率进行比较，结果如下：
表1本发明RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗结果
通过表1、图1、图2可以看出，本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法能够对RIE制绒后的硅片表面进行微腐蚀，既能实现去除表面损伤层和表面尖端结构的效果，又能控制RIE制绒后的硅片反射率的上升速度，采用本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法清洗后的硅片制造的电池片，其转换效率可提升0.5％-0.8％。
此外，本发明适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，清洗工艺可在室温(20℃―25℃)下进行，清洗效果重复性好，避免使用控温设备，节约生产成本。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，将RIE制绒后晶体硅片使用BOE蚀刻液与双氧水混合溶液清洗。
2.根据权利要求1所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，所述BOE蚀刻液与双氧水溶液的体积比为1-5:1-5，优选为1-2:1-2，进一步优选为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，所述BOE蚀刻液与双氧水混合溶液中还添加水。
4.根据权利要求3所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，加水量不超过双氧水体积的15倍。
5.根据权利要求1所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，清洗时间为60-600秒，优选为120-480秒，进一步优选为240-360秒。
6.根据权利要求1所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，将清洗后所得硅片再用水清洗。
7.根据权利要求6所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，用水清洗后所得硅片，再用HCl、HF和水的混合溶液清洗。
8.根据权利要求7所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，所述HCl、HF和水的体积比为1-15:1-5:10-150，优选为5-15:1-3:50-150，进一步优选为10:1:100。
9.根据权利要求7所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，清洗时间为30-200秒，优选为30-90秒，进一步优选为60秒。
10.根据权利要求7所述的一种适用于RIE制绒后晶体硅片的表面微腐蚀清洗方法，其特征在于，将清洗后所得硅片再用水清洗。
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