一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法
技术领域
本发明涉及一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法,属于太阳能电池制造领域。
背景技术
目前在光伏领域多晶硅硅片的切割主要采用砂浆多线切割技术,但是该技术存在切割效率低、加工成本高、废砂浆排放污染大等问题。相比之下,固体磨料金刚石线锯切割(简称金刚线切割)技术具有切割效率高、加工成本低和环境污染小等优点,受到了越来越多的关注,有望成为晶体硅等硬脆材料切片技术的未来发展方向。
由于金刚线切割的切割原理与砂浆多线切割的切割原理不同,两种切割工艺得到的硅片表面的形貌存在很大差异。砂浆多线切割的硅片表面主要以脆性破碎断裂形貌为主,酸制绒后硅片表面形成蠕虫状凹坑。而金刚线切割的硅片表面同时存在脆性破碎断裂区域(占比小)和塑性磨削区域(占比大),酸制绒后原来的脆性破碎断裂区域形成蠕虫状凹坑,反射率较低;而塑性磨削区域却形成很浅的近似圆形的凹坑,反射率高,同时凹坑沿切割方向排列,肉眼可看到明显的切割纹。
目前太阳能电池生产过程中,多采用HF-HNO3-H2O的酸性溶液对硅片表面进行织构化(制绒)处理,使硅片表面反射率明显降低,进而提高太阳能电池的光电转化效率。HF-HNO3-H2O体系为各向同性腐蚀液,用于硅片制绒时反应优先从缺陷或晶界处开始,形成的绒面形貌严重依赖于初始损伤层形貌。砂浆多线切割硅片由于切割受切片工艺的影响,损伤层形貌无法灵活控制,很难形成更小更均匀的绒面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法,本方法可以灵活控制多晶硅片的损伤层形貌,有效降低金刚线切割的多晶硅片的反射率,完全消除金刚线切割产生的切割纹。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法,包括:
1)取金刚线切割后的多晶硅片,通过研磨或喷砂对多晶硅片表面进行预处理,以消除多晶硅片表面的切割纹,处理后多晶硅片表面的粗糙度为0.5-1.5um,损伤层深度为0.5-3um,用去离子水清洗多晶硅片表面,其中,所述喷砂为干法喷砂或湿法喷砂;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中0.5-5min,制绒液温度为0-30℃,使多晶硅片表面形成绒面,用去离子水清洗多晶硅片表面,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入碱洗液中0.1-10min,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用去离子水清洗多晶硅片表面,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中0.1-10min,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用去离子水清洗多晶硅片表面,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
5)将4)处理后的多晶硅片吹干或甩干。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,在1)中,所述研磨采用的研磨液由磨料和分散剂按质量比1:1组成,磨料为280-3000目的碳化硅,分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产并市售的型号为HMC-430DC的分散剂,磨头压力为0.1-1MPa,对多晶硅片表面研磨10-300s。
进一步,在1)中,所述干法喷砂指利用压缩空气携带280-3000目的碳化硅磨料经喷枪射向多晶硅片表面1-120s,喷枪嘴内径为2-20mm,喷枪压力为1-10kg;
所述湿法喷砂指利用压缩空气携带喷砂液经喷枪射向多晶硅片表面1-120s,喷枪嘴内径为2-20mm,喷枪压力为1-10kg,其中,
所述喷砂液由280-3000目的碳化硅磨料与去离子水按质量比1:1-1:100组成,
或所述喷砂液由280-3000目的碳化硅磨料、去离子水和分散剂组成,280-3000目的碳化硅磨料与去离子水的质量比为1:1-1:100,所述分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产的型号为HMC-430DC的分散剂,分散剂的用量为喷砂液总质量的0.2%-10%。
进一步,在2)中,所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为50-280g/L,硝酸的浓度为180-600g/L,
或,所述酸性制绒液由氢氟酸、硝酸和多晶制绒添加剂组成,所述多晶制绒添加剂为北京合德丰材料科技有限公司生产的产品型号为HMC-330的多晶制绒添加剂,其中,氢氟酸的浓度为50-280g/L,硝酸的浓度为180-600g/L,多晶制绒添加剂的用量占酸性制绒液总体积的0.1%-1%。
进一步,在3)中,所述碱洗液为质量浓度0.1%-20%的氢氧化钾溶液,处理温度为0-50℃;或所述碱洗液为质量浓度0.1%-20%的氢氧化钠溶液,处理温度为0-60℃。
进一步,在4)中,所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为30-90g/L,盐酸的浓度为60-170g/L,处理温度为0-40℃。
进一步,在1)-4)中,所述用去离子水清洗多晶硅片表面的步骤为用1-80℃的去离子水清洗多晶硅片表面0.1-5min,清洗方式为浸泡、喷淋或超声。
进一步,在5)中,所述吹干采用0-80℃的压缩空气或高纯氮气吹扫多晶硅片表面2-300s;所述甩干的温度为0-120℃,时间为1-20min。
本发明的有益效果是:
本发明可以完全消除金刚线切割多晶硅片后多晶硅片表面的切割纹,通过控制研磨或喷砂参数可以灵活地控制多晶硅片表面损伤层形貌,使制绒后的多晶硅片绒面更均匀、反射率更低。
附图说明
图1是实施例1中多晶硅片经常规制绒后的扫描电子显微镜图;
图2是实施例5多晶硅片经金刚线切割后表面的扫描电子显微镜图;
图3是多晶硅片经实施例5研磨处理后的表面扫描电子显微镜图;
图4是实例5中多晶硅片经本发明方法制绒后的扫描电子显微镜图。
图5是多晶硅片经实施例8喷砂处理后的表面扫描电子显微镜图;
图6是实施例8中多晶硅片经本发明方法制绒后的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1常规制绒方法
(a)将金刚线切割后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中90s,处理温度为8℃,酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L,使多晶硅片表面形成绒面;
(b)将(a)处理后的多晶硅片表面用25℃去离子水喷淋清洗60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
(c)将(b)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃;
(d)将(c)处理后的多晶硅片表面用25℃去离子水喷淋清洗60s;
(f)将(d)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液;
(g)将(f)处理后的多晶硅片表面用25℃去离子水喷淋清洗60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
(h)将(i)处理后的多晶硅片用40℃的压缩空气吹扫多晶硅片表面20s。测试反射率为37%,绒面形貌如图1所示。
实施例2本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,研磨多晶硅片表面,研磨采用的研磨液由280目碳化硅和分散剂按质量比1:1组成,分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产并市售的型号为HMC-430DC的分散剂,磨头压力为0.2MPa,对多晶硅片表面研磨20s,研磨后多晶硅片表面的粗糙度为1.5um,损伤层深度为3um,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的研磨液;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中120s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L;
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为20%。
实施例3本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,研磨多晶硅片表面,研磨采用的研磨液由磨料和分散剂按质量比1:1组成,磨料为400目碳化硅,分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产并市售的型号为HMC-430DC的分散剂,磨头压力为0.3MPa,对多晶硅片表面研磨20s,研磨后多晶硅片表面的粗糙度为1um,损伤层深度为2um,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的研磨液;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中105s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L;
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为20.5%。
实施例4本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,研磨多晶硅片表面,所述研磨采用的研磨液由磨料和分散剂按质量比1:1组成,磨料为800目的碳化硅,分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产并市售的型号为HMC-430DC的分散剂,磨头压力为0.4MPa,对多晶硅片表面研磨10s,研磨后多晶硅片表面的粗糙度为0.8um,损伤层深度为1.6um,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的研磨液;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中90s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L;
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为22%。
实施例5本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,如图2所示,多晶硅片表面有明显的切割纹,损伤层分布非常不均匀;
研磨多晶硅片表面,所述研磨采用的研磨液由磨料和分散剂按质量比1:1组成,磨料为1200目的碳化硅,分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产并市售的型号为HMC-430DC的分散剂,磨头压力为0.5MPa,对多晶硅片表面研磨10s,如图3所示,经过本方法研磨处理的多晶硅片表面切割纹完全消失,损伤层分布均匀,测试多晶硅片表面粗糙度为0.8um,损伤层深度为1.2um。用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的研磨液;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中80s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L,
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L。
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为19%,绒面形貌如图4所示,可以看出:实施例1常规制绒的绒面腐蚀坑大而浅,有随切割纹分布的趋势;而使用本发明方法制绒的绒面,腐蚀坑为蠕虫状凹坑,这与砂浆线切割多晶硅片的绒面结构非常相似,但是,本发明可以通过调整研磨参数灵活控制硅片表面的损伤层形貌,因此能够得到更加完美,更适合于太阳能电池生产的绒面。
实施例6本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,采用干法喷砂处理多晶硅片表面,所述干法喷砂工艺采用的磨料为280目碳化硅,喷枪嘴内径为6mm,喷枪压力为0.3MPa,喷砂时间为2s,喷砂处理后多晶硅片表面的粗糙度为1um,损伤层深度为2um,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的研磨液。
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中120s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L;
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为19%。
实施例7本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,采用湿法喷砂处理多晶硅片表面,所述湿法喷砂采用的喷砂液由磨料和去离子水按质量比1:50组成,磨料为280目的碳化硅,喷枪嘴内径为6mm,喷枪压力控制为0.3MPa,喷砂时间为5s,喷砂处理后多晶硅片表面切割纹完全消失,损伤层分布均匀,测试多晶硅片表面粗糙度为0.8um,损伤层深度为1.2um。用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的喷砂液;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中105s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L;
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为20%。
实施例8本发明方法
1)取金刚线切割后的多晶硅片,采用湿法喷砂处理多晶硅片表面,所述湿法喷砂采用的喷砂液由磨料、去离子水和分散剂按质量比1:10:0.1组成,磨料为1000目的碳化硅,分散剂为北京合德丰材料科技有限公司生产并市售的型号为HMC-430DC的分散剂,喷枪嘴内径为6mm,喷枪压力控制为0.3MPa,喷砂时间为5s,如图5所示,喷砂处理后多晶硅片表面切割纹完全消失,损伤层分布均匀,测试多晶硅片表面粗糙度为0.8um,损伤层深度为1.2um。用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的喷砂液;
2)将1)处理后的多晶硅片完全浸入酸性制绒液中90s,制绒液温度为8℃,使多晶硅片表面形成绒面,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸性制绒液;
所述酸性制绒液为氢氟酸与硝酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为65g/L,硝酸的浓度为430g/L;
3)将2)处理后的多晶硅片完全浸入质量浓度5%的氢氧化钾溶液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的多孔硅及残留的酸性制绒液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的碱洗液;
4)将3)处理后的多晶硅片完全浸入酸洗液中60s,处理温度为25℃,以去除多晶硅片表面的金属离子及残留碱洗液,用25℃去离子水喷淋清洗多晶硅片表面60s,以去除多晶硅片表面的酸洗液;
所述酸洗液为氢氟酸和盐酸的混合溶液,其中,氢氟酸的浓度为60g/L,盐酸的浓度为120g/L;
5)将4)处理后的多晶硅片用40℃压缩空气吹扫多晶硅片表面20s,测试反射率为23%,绒面形貌如图6所示,可以看出:实施例1常规制绒的绒面腐蚀坑大而浅,有随切割纹分布的趋势;而使用本发明方法制绒的绒面,腐蚀坑为近似圆形的凹坑,且均匀的布满硅片表面,与砂浆线切割多晶硅片的绒面相比,本发明通过调整喷砂工艺参数能够灵活控制硅片表面的损伤层形貌,因此能够得到更加完美,更适合于太阳能电池生产的绒面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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保护范围之内。