CN105696084A - 一种金刚线硅片的制绒方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金刚线硅片的制绒方法，包括以下步骤：a)将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片；所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；b)将处理后的金刚线硅片依次进行第二处理和碱洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液。与现有技术相比，本发明提供的制绒方法针对金刚线硅片的表面结构，采用不同处理液进行多步处理，得到的制绒后的金刚线硅片具有较低反射率，能够提高太阳能电池的电性能及转换效率。实验结果表明，采用本发明提供的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为17％～18.3％，相应太阳能电池的转换效率在18％以上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，是涉及一种金刚线硅片的制绒方法及应用。
背景技术
金刚线硅片是指将金刚线直接作用在硅棒或硅锭表面进行磨削，达到切割效果而获得的硅片，其中，金刚线是利用电镀或树脂粘结的方法将金刚石磨料附着在钢线表面得到的。金刚线硅片的制备方法采用金刚线切割，具有切割速度快、精度高、材料损耗低等优点，与传统的采用砂浆线切割硅棒或硅锭的方法相比，其生产成本能够大幅降低，在光伏领域有着重要的应用前景。
在硅太阳能电池片生产过程中，制绒作为一道重要的生产工序对产品性能具有十分重要的影响，其主要目的是通过对硅片表面进行腐蚀，从而降低硅片表面的反射率。目前，多晶硅片主要通过HNO3及HF对硅片表面进行各向同性的腐蚀，从而得到反射率较低的绒面。
但是，由于金刚线硅片的制备工艺中采用金刚线切割，其硅片的表面结构与传统砂浆切割的硅片表面结构差距较大，导致其利用现有的产线制绒方法得到的绒面效果较差，制绒后的硅片反射率较差，使电性能参数及转换效率难以达到太阳能电池的制备要求，严重阻碍了金刚线硅片的进一步发展和应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金刚线硅片的制绒方法及应用，采用本发明提供的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片具有较低反射率，能够提高太阳能电池的电性能及转换效率。
本发明提供了一种金刚线硅片的制绒方法，包括以下步骤：
a)将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片；所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；
b)将处理后的金刚线硅片依次进行第二处理和碱洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液。
优选的，步骤a)中所述第一处理的处理液的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L。
优选的，步骤a)中所述第一处理的温度为20℃～30℃，时间为15s～25s。
优选的，步骤a)中所述第二处理的处理液中HF的质量百分含量为15％～25％，H2O2的质量百分含量为2.5％～3.5％。
优选的，步骤a)中所述第二处理的温度为20℃～30℃，时间为10min～20min。
优选的，步骤b)中所述碱洗的过程具体为：
采用碱溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述碱溶液为KOH溶液；所述碱溶液中KOH的质量百分含量为1％～2％。
优选的，步骤b)中所述碱洗的温度为20℃～30℃，时间为100s～200s。
优选的，步骤a)中所述将金刚线硅片进行第一处理前，还包括：
将金刚线硅片进行预处理；所述预处理的过程具体为：
将金刚线硅片依次进行酸处理和水洗，得到预处理后的金刚线硅片。
优选的，所述酸处理的过程具体为：
采用酸溶液对金刚线硅片进行清洗，得到酸处理后的金刚线硅片；所述酸溶液为HNO3和HF的混合溶液。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片在太阳能电池中的应用。
本发明提供了一种金刚线硅片的制绒方法，包括以下步骤：a)将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片；所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；b)将处理后的金刚线硅片依次进行第二处理和碱洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液。与现有技术相比，本发明提供的制绒方法针对金刚线硅片的表面结构，采用不同处理液进行多步处理，得到的制绒后的金刚线硅片具有较低反射率，能够提高太阳能电池的电性能及转换效率。实验结果表明，采用本发明提供的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为17％～18.3％，相应太阳能电池的转换效率在18％以上。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
本发明提供了一种金刚线硅片的制绒方法，包括以下步骤：
a)将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片；所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；
b)将处理后的金刚线硅片依次进行第二处理和碱洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液。
在本发明中，将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片。本发明对所述金刚线硅片的种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。
在本发明中，所述将金刚线硅片进行第一处理前，优选还包括：
将金刚线硅片进行预处理。在本发明中，所述预处理的目的是形成基本制绒面。本发明对所述预处理的设备没有特殊限制，优选采用本领域技术人员熟知的RENA型制绒机。在本发明中，所述预处理的过程优选具体为：
将金刚线硅片依次进行酸处理和水洗，得到预处理后的金刚线硅片。在本发明中，首先将金刚线硅片进行酸处理，得到酸处理后的金刚线硅片。在本发明中，所述酸处理的过程优选具体为：
采用酸溶液对金刚线硅片进行清洗，得到酸处理后的金刚线硅片。在本发明中，所述酸溶液为HNO3和HF的混合溶液；本发明对所述HNO3和HF的混合溶液的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的用于传统多晶硅片制绒的HNO3和HF的混合溶液即可。
完成所述酸处理后，本发明将酸处理后的金刚线硅片进行水洗，得到预处理后的金刚线硅片。本发明对水洗的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的用水进行清洗的技术方案即可。
得到所述预处理后的金刚线硅片后，本发明将上述金刚线硅片进行第一处理，得到第一处理后的金刚线硅片。在本发明中，所述第一处理的目的是在所述金刚线硅片表面进行打孔，得到具有多孔结构的金刚线硅片表面结构，针对金刚线硅片的表面结构，采用上述处理方式对得到较好绒面的金刚线硅片表面结构具有重要作用。在本发明中，所述第一处理的过程优选具体为：
将金刚线硅片浸渍在第一处理的处理液中进行反应，得到第一处理后的金刚线硅片。在本发明中，所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；本发明对所述AgNO3溶液的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述AgNO3溶液在金刚线硅片表面沉积效果较好，能够实现较好的打孔效果。在本发明中，所述第一处理的处理液的浓度优选为0.1mol/L～0.3mol/L，更优选为0.2mol/L。
在本发明中，所述第一处理的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃；所述第一处理的时间优选为15s～25s，更优选为20s。
完成所述第一处理后，本发明将第一处理后的金刚线硅片进行水洗，得到处理后的金刚线硅片。本发明对水洗的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的用水进行清洗的技术方案即可。
完成所述水洗后，本发明将处理后的金刚线硅片进行第二处理，得到第二处理后的金刚线硅片。在本发明中，所述第二处理的过程优选具体为：
将水洗后的金刚线硅片浸渍在第二处理的处理液中进行反应。得到处理后的金刚线硅片。在本发明中，所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液；本发明对所述HF溶液和H2O2溶液的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述第二处理的处理液中HF的质量百分含量优选为15％～25％，更优选为20％；所述第二处理的处理液中H2O2的质量百分含量优选为2.5％～3.5％，更优选为2.9％。本发明对制备HF和H2O2的混合溶液的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的制备符合要求的质量百分含量的HF和H2O2的混合溶液的方法即可。
在本发明中，所述第二处理的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃；所述第二处理的时间优选为10min～20min，更优选为15min。
得到所述第二处理后的金刚线硅片后，本发明将第二处理后的金刚线硅片进行碱洗，得到制绒后的金刚线硅片。在本发明中，所述碱洗的过程优选具体为：
采用碱溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗，得到制绒后的金刚线硅片。在本发明中，所述碱溶液为KOH溶液；本发明对所述KOH溶液的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述碱溶液中KOH的质量百分含量优选为1％～2％，更优选为1.5％。
在本发明中，所述碱洗的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃；所述碱洗的时间优选为100s～200s，更优选为150s。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片在太阳能电池中的应用。在本发明中，为了进一步对本发明提供的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能及转换效率进行测试，本发明首先采用本领域技术人员熟知的制备太阳能电池的方法得到太阳能电池，优选具体为：
首先采用三氯氧磷液态源，在管式扩散炉中将制绒后的金刚线硅片进行P扩散；然后取出硅片，利用HNO3和HF的混合溶液对硅片背面进行刻蚀，去除硅片上的PSG和边缘PN结；再利用管式PECVD设备在硅片正面依次镀SiO2和氮化硅作为减反射膜；镀膜后，在硅片正表面印刷银浆作为正电极、背表面印刷铝浆作为背电场以及印刷银铝浆作为背电极；最后将上述硅片送入烧结炉进行烧结，得到太阳能电池。
本发明提供了一种金刚线硅片的制绒方法，包括以下步骤：a)将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片；所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；b)将处理后的金刚线硅片依次进行第二处理和碱洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液。与现有技术相比，本发明提供的制绒方法针对金刚线硅片的表面结构，采用不同处理液进行多步处理，得到的制绒后的金刚线硅片具有较低反射率，能够提高太阳能电池的电性能及转换效率。实验结果表明，采用本发明提供的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为17％～18.3％，相应太阳能电池的转换效率在18％以上。
此外，本发明提供的制绒方法操作简单、成本低，对推动金刚线硅片的进一步发展和应用大有裨益。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的金刚线硅片为156mm×156mm、厚度为200μm规格的p型多晶硅片，其电阻率为1.5Ω·cm。
实施例1
(1)利用RENA型制绒机对金刚线硅片进行预处理：采用HNO3和HF的混合溶液将金刚线硅片进行清洗后，再用水进行清洗，得到预处理后的金刚线硅片。
(2)将预处理后的金刚线硅片浸渍在0.2mol/L的AgNO3溶液中反应20s，再用水进行清洗，然后浸渍在质量百分含量为20％的HF和质量百分含量为2.9％H2O2的混合溶液中反应15min，得到处理后的金刚线硅片。
(3)采用质量百分含量为1.5％的KOH溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗150s，得到制绒后的金刚线硅片。
采用D8反射仪对实施例1得到的制绒后的金刚线硅片的反射率进行测试，结果表明，实施例1得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为17.0％。
采用Hitachi(日立)S-4800型扫描电镜对实施例1得到制绒后的金刚线硅片的表面结构进行扫描电镜分析，由得到的分析结果可知，本发明实施例1得到的制绒后的金刚线硅片具有制绒效果较好的绒面。
对本发明实施例1得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能及转换效率进行测试，结果见表1。
表1实施例1得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能和转换效率数据
| Isc(A) | Uoc(V) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | IRev2(A) | Eta(％) |
| 8.9020 | 0.6312 | 0.0020 | 129.00 | 79.89 | 0.1515 | 18.44 |
由表1可知，本发明实施例1得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池具有较好的电性能和较高的转换效率。
实施例2
(1)利用RENA型制绒机对金刚线硅片进行预处理：采用HNO3和HF的混合溶液将金刚线硅片进行清洗后，再用水进行清洗，得到预处理后的金刚线硅片。
(2)将预处理后的金刚线硅片浸渍在0.2mol/L的AgNO3溶液中反应15s，再用水进行清洗，然后浸渍在质量百分含量为16％的HF和质量百分含量为3.5％H2O2的混合溶液中反应10min，得到处理后的金刚线硅片。
(3)采用质量百分含量为2.0％的KOH溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗200s，得到制绒后的金刚线硅片。
对实施例2得到的制绒后的金刚线硅片的反射率进行测试，结果表明，实施例2得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为18.3％。
对本发明实施例2得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能及转换效率进行测试，结果见表2。
表2实施例2得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能和转换效率数据
| Isc(A) | Uoc(V) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | IRev2(A) | Eta(％) |
| 9.0430 | 0.6340 | 0.0023 | 134.50 | 79.67 | 0.1780 | 18.38 |
由表2可知，本发明实施例2得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池具有较好的电性能和较高的转换效率。
实施例3
(1)利用RENA型制绒机对金刚线硅片进行预处理：采用HNO3和HF的混合溶液将金刚线硅片进行清洗后，再用水进行清洗，得到预处理后的金刚线硅片。
(2)将预处理后的金刚线硅片浸渍在0.1mol/L的AgNO3溶液中反应25s，再用水进行清洗，然后浸渍在质量百分含量为25％的HF和质量百分含量为2.5％H2O2的混合溶液中反应20min，得到处理后的金刚线硅片。
(3)采用质量百分含量为1.0％的KOH溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗100s，得到制绒后的金刚线硅片。
对实施例3得到的制绒后的金刚线硅片的反射率进行测试，结果表明，实施例3得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为18.0％。
对本发明实施例3得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能及转换效率进行测试，结果见表3。
表3实施例3得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能和转换效率数据
| Isc(A) | Uoc(V) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | IRev2(A) | Eta(％) |
| 9.0610 | 0.6315 | 0.0027 | 152.2 | 79.10 | 0.194 | 18.44 |
由表3可知，本发明实施例3得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池具有较好的电性能和较高的转换效率。
实施例4
(1)将金刚线硅片浸渍在0.2mol/L的AgNO3溶液中反应20s，再用水进行清洗，然后浸渍在质量百分含量为20％的HF和质量百分含量为2.9％H2O2的混合溶液中反应15min，得到处理后的金刚线硅片。
(3)采用质量百分含量为1.5％的KOH溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗150s，得到制绒后的金刚线硅片。
对实施例4得到的制绒后的金刚线硅片的反射率进行测试，结果表明，实施例4得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为17.8％。
对本发明实施例4得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能及转换效率进行测试，结果见表4。
表4实施例4得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能和转换效率数据
| Isc(A) | Uoc(V) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | IRev2(A) | Eta(％) |
| 9.053 | 0.632 | 0.0026 | 124.3 | 78.93 | 0.173 | 18.42 |
由表4可知，本发明实施例4得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池具有较好的电性能和较高的转换效率。
对比例
利用RENA型制绒机对金刚线硅片进行制绒处理：采用50％～80％HNO3和20％～50％HF的混合溶液将金刚线硅片进行清洗后，再用水进行清洗，得到制绒后的金刚线硅片。
对对比例得到的制绒后的金刚线硅片的反射率进行测试，结果表明，对比例得到的制绒后的金刚线硅片的反射率为20.5％。
对对比例得到制绒后的金刚线硅片的表面结构进行扫描电镜分析，由得到的分析结果可知，本发明对比例得到的制绒后的金刚线硅片具有制绒效果较差的绒面。
对对比例得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能及转换效率进行测试，结果见表5。
表5对比例得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池的电性能和转换效率数据
| Isc(A) | Uoc(V) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | IRev2(A) | Eta(％) |
| 9.047 | 0.632 | 0.0026 | 174.4 | 78.67 | 0.168 | 17.36 |
由表5可知，本发明对比例得到的制绒后的金刚线硅片相应太阳能电池具有较差的电性能和较低的转换效率。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种金刚线硅片的制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将金刚线硅片依次进行第一处理和水洗，得到处理后的金刚线硅片；所述第一处理的处理液为AgNO3溶液；
b)将处理后的金刚线硅片依次进行第二处理和碱洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述第二处理的处理液为HF和H2O2的混合溶液。
2.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，步骤a)中所述第一处理的处理液的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L。
3.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，步骤a)中所述第一处理的温度为20℃～30℃，时间为15s～25s。
4.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，步骤b)中所述第二处理的处理液中HF的质量百分含量为15％～25％，H2O2的质量百分含量为2.5％～3.5％。
5.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，步骤b)中所述第二处理的温度为20℃～30℃，时间为10min～20min。
6.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，步骤b)中所述碱洗的过程具体为：
采用碱溶液对处理后的金刚线硅片进行清洗，得到制绒后的金刚线硅片；所述碱溶液为KOH溶液；所述碱溶液中KOH的质量百分含量为1％～2％。
7.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，步骤b)中所述碱洗的温度为20℃～30℃，时间为100s～200s。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制绒方法，其特征在于，步骤a)中所述将金刚线硅片进行第一处理前，还包括：
将金刚线硅片进行预处理；所述预处理的过程具体为：
将金刚线硅片依次进行酸处理和水洗，得到预处理后的金刚线硅片。
9.根据权利要求8所述的制绒方法，其特征在于，所述酸处理的过程具体为：
采用酸溶液对金刚线硅片进行清洗，得到酸处理后的金刚线硅片；所述酸溶液为HNO3和HF的混合溶液。
10.一种权利要求1～9任一项所述的制绒方法得到的制绒后的金刚线硅片在太阳能电池中的应用。
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