CN105655445B - 一种rie制绒硅片表面修饰清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，包括如下步骤：准备RIE制绒硅片，并检测绒面反射率；根据上述测试的反射率结果配制初次修饰清洗药液，将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗；采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用吹干。本发明根据RIE方法制绒的硅片表面特征配制特定比例的清洗药液，通过搭配适当的清洗温度和清洗时间有效去除硅片表面的缺陷，去除硅片绒面上尺寸严重偏小的凹坑，使绒面形貌平滑；采用本发明方法清洗后RIE绒面效果优异，可有效提高电池效率，且本发明工艺流程简单，易于在生产线上推广。
Description
技术领域
本发明属于光伏电站领域中的晶体硅太阳能电池工艺领域，尤其涉及一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法。
背景技术
随着光伏产业的发展，在电池片生产中，光电转换效率的提升和电池制造成本的降低已成为整个光伏产业发展的根本。在晶体硅太阳能电池工艺中，制备绒面来降低硅片表面反射是提升电池效率的常用方法。用RIE方法制备绒面是降低硅片表面反射，增加光吸收，从而提高太阳能电池效率的有效手段。
然而，由于RIE制绒工艺中等离子体对硅片表面轰击造成硅片表面的微结构缺陷多，制成电池后由于表面复合严重，电池效率反而偏低。同时，RIE制绒后的硅片表面凹坑尺寸不均匀，特别是存在很多尺寸严重偏小的凹坑，在后续工艺中基本无法做到很好的钝化。因此，RIE制绒的硅片经常出现反射率低，但是电池效率不高的情况，因此对制绒后硅片表面的清洗以提升电池效率变得非常重要。
专利CN102097526中公开了一种晶体硅RIE制绒的表面损伤层清洗工艺，并进一步公开了包括以下步骤：首先对反应离子刻蚀后的硅片表面损伤层进行去离子水表面预清洗；然后利用HF、HNO3与缓冲腐蚀剂按体积比HF∶HNO3∶缓冲腐蚀剂＝1∶50∶100的混合溶液进行第一次去损伤清洗；之后再次进行去离子水清洗；然后采用HN4OH、H2O2与H2O按体积比HN4OH∶H2O2∶H2O＝1∶1∶5的混合溶液在60℃～75℃进行二次清洗刻蚀，二次清洗时间控制在5～15分钟的范围；完成后用0.5％浓度的HF溶液进行沾洗；最后用去离子水进行清洗。该专利公开方案的清洗剂中含有氧化性以及腐蚀性较强的硝酸，在酸性环境下与氢氟酸混合清洗晶体硅RIE制绒的表面损伤层，较强的氧化、腐蚀性容易对制绒表面造成损伤；其次，在二次清洗刻蚀工艺中采用HN4OH、H2O2以及H2O的混合溶液，并在60℃～75℃下进行，此反应条件容易导致HN4OH、H2O2的热分解，不仅降低对晶体硅RIE制绒的表面损伤层的清洗效率，还对操作工人的身体健康造成较大的损害。
专利CN 102728573中公开了一种晶体硅RIE制绒表面损伤层的清洗工艺，并进一步公开了包括以下步骤：(1)对RIE刻蚀后的硅片表面损伤层进行去离子水表面预清洗；(2)制备清洗溶液，该清洗溶液为HF、HCl和H2O2的混合溶液，并且HF、HCl和H2O2按体积比为3～15：3～15：1～5；(3)使用步骤(2)中制备的清洗溶液对硅片进行去损伤层清洗4～15min，去除RIE刻蚀后表面的损伤层，降低光生载流子的复合速率；(4)再用去离子水对硅片进行清洗，甩干后备用。该专利公开方案的清洗剂对于RIE刻蚀后的绒面来说，反应速度较快且不容易控制，易损坏RIE制备出来的纳米绒面。且方案中HCl参与到清洗后产生的反应物易改变药液组分及浓度，增加了量产时的控制难度。同时，本方案处理后的硅片表面无法保证其疏水性。
专利CN 102312239中公开了一种对硅片表面的硅浆进行腐蚀的化学腐蚀液，并进一步公开了含以下体积百分含量的组分：NH4F水溶液40-43％、HF水溶液8-10％、H2O2水溶液48-52％；所述的NH4F水溶液的质量百分含量为40-42％；所述的HF的质量百分含量为40-42％；所述的H2O2的质量百分含量为30-32％。该专利中公开了各组分水溶液的体积百分含量和质量百分含量，然而各水溶液中溶质的百分含量未清楚公开，并且依据常识两组数据无法对应；而且，在太阳能硅电池清洗领域中NH4F、HF等腐蚀药剂的含量的微小变化对最终产品的清洗修饰效果是有很大影响的，特别是对于制绒后硅片表面的清洗，需要特定配方的药剂搭配适当的清洗时间，否则NH4F、HF等腐蚀药剂的含量偏高，对硅片表面的腐蚀性较强，不易控制反应时间，容易产生清洗过度、导致废片的现象；NH4F、HF等腐蚀药剂的含量偏低，腐蚀性过低，容易导致清洗不足的现象，也会产生废片问题，而且还影响生产效率。此外，在太阳能电池硅片之绒面清洗领域中，采用一步法很难对其清洗效果进行把控，比较容易出现清洗过度和清洗不足的问题；为提高清洗效果又不损坏制绒面，一般采用两步清洗法，配合清洗硅片表面的缺陷。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单、效果明显并且实用范围广的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法。
技术方案：本发明所述的一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，包括如下步骤：
(1)准备RIE制绒硅片，并检测绒面反射率；
(2)根据上述检测的反射率结果配制初次修饰清洗药液，所述初次修饰清洗药液包括NH4F、HF、H2O2和H2O，所述NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:4～10:20～30；将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；
(3)将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；
(4)采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗，所述二次清洗液包括HF、HCl和H2O，所述HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1～3:6～9；
(5)采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用吹干。
优选地，所述初次修饰清洗药液中NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:10:30或5:1:4:20。
优选地，步骤(2)中所述初次清洗温度为25～40℃，清洗时间为250～500s。
优选地，所述二次清洗液中HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1:8。
优选地，步骤(4)中二次清洗温度为20～30℃，清洗时间为120～300s。
优选地，为防止硅片表面产生污染，步骤(5)中采用N2或压缩空气将硅片吹干。
优选地，所述RIE制绒硅片为P型多晶硅片。
有益效果：(1)本发明根据RIE方法制绒的硅片表面特征配制特定比例的清洗药液，通过搭配适当的清洗温度和清洗时间有效去除硅片表面的缺陷，去除硅片绒面上尺寸严重偏小的凹坑，使绒面形貌平滑，为后续工艺打下良好基础；(2)本方法采用二次清洗方法，对初次清洗药液进行功能补充，有效去除硅片表面的赃污以及氧化层，并及时用去离子水清洗，制备优异的疏水表面；(3)本发明工艺简单，效果明显，采用本发明方法清洗后RIE绒面效果优异，既能最大程度发挥纳微绒面的低反射率优势，又能避免由于绒面坑洞偏小造成钝化困难，表面复合偏多的问题，可有效将电池效率由16.5％提高至18.7％以上，且本发明工艺流程简单，易于在生产线上推广。
具体实施方式
下面通过具体实施例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1：一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，包括如下步骤：
(1)准备RIE制绒P型多晶硅片，并检测绒面反射率为10％左右；
(2)根据上述检测的反射率结果配制初次修饰清洗药液，所述初次修饰清洗药液包括NH4F、HF、H2O2和H2O，所述NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:10:30；将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；初次清洗温度为30℃，清洗时间为300S；
(3)将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；
(4)采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗，所述二次清洗液包括HF、HCl和H2O，所述HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1:8；二次清洗温度为25℃，清洗时间为300S；
(5)采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用N2吹干。
实施例2：一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，包括如下步骤：
(1)准备RIE制绒P型多晶硅片，并检测绒面反射率为8％左右；
(2)根据上述检测的反射率结果配制初次修饰清洗药液，所述初次修饰清洗药液包括NH4F、HF、H2O2和H2O，所述NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:4:20；将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；初次清洗温度为28℃，清洗时间为350S；
(3)将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；
(4)采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗，所述二次清洗液包括HF、HCl和H2O，所述HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1:8；二次清洗温度为25℃，清洗时间为300S；
(5)采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用N2吹干。
实施例3：一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，包括如下步骤：
(1)准备RIE制绒P型多晶硅片，并检测绒面反射率为12％左右；
(2)根据上述检测的反射率结果配制初次修饰清洗药液，所述初次修饰清洗药液包括NH4F、HF、H2O2和H2O，所述NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:4:20；将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；初次清洗温度为25℃，清洗时间为250S；
(3)将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；
(4)采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗，所述二次清洗液包括HF、HCl和H2O，所述HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1:6；二次清洗温度为30℃，清洗时间为120S；
(5)采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用压缩空气吹干。
实施例4：一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，包括如下步骤：
(1)准备RIE制绒P型多晶硅片，并检测绒面反射率为14％左右；
(2)根据上述检测的反射率结果配制初次修饰清洗药液，所述初次修饰清洗药液包括NH4F、HF、H2O2和H2O，所述NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:10:30；将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；初次清洗温度为40℃，清洗时间为500S；
(3)将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；
(4)采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗，所述二次清洗液包括HF、HCl和H2O，所述HF、HCl和H2O的摩尔比为1:3:9；二次清洗温度为20℃，清洗时间为300S；
(5)采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用压缩空气吹干。
实施例1～4与现有方法的效果数据比较见表1
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 (7)
1.一种RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)准备RIE制绒硅片，并检测绒面反射率；
(2)根据上述检测的反射率结果配制初次修饰清洗药液，所述初次修饰清洗药液包括NH4F、HF、H2O2和H2O，所述NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:4～10:20～30；将硅片绒面浸入所述初次修饰清洗药液中进行初次清洗；
(3)将RIE制绒硅片取出，并采用去离子水清洗，去除硅片表面残留的药液；
(4)采用二次清洗液继续对制绒硅片清洗，所述二次清洗液包括HF、HCl和H2O，所述HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1～3:6～9；
(5)采用去离子水冲洗RIE制绒硅片，并用吹干。
2.根据权利要求1所述的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于：所述初次修饰清洗药液中NH4F、HF、H2O2和H2O的摩尔比为5:1:10:30或5:1:4:20。
3.根据权利要求2所述的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于：步骤(2)中所述初次清洗温度为25～40℃，清洗时间为250～500s。
4.根据权利要求1所述的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于：所述二次清洗液中HF、HCl和H2O的摩尔比为1:1:8。
5.根据权利要求4所述的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于：步骤(4)中二次清洗温度为20～30℃，清洗时间为120～300s。
6.根据权利要求1所述的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于：步骤(5)中采用N2或压缩空气将硅片吹干。
7.根据权利要求1所述的RIE制绒硅片表面修饰清洗方法，其特征在于：所述RIE制绒硅片为P型多晶硅片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |