CN107579124A - 一种提高多晶黑硅光电转换效率及组件功率的微观结构 - Google Patents

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白玉磐
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Abstract

本发明涉及一种提高多晶黑硅光电转换效率及组件功率的微观结构，属于太阳电池技术领域。其特征在于通过特殊的化学处理方法将黑硅制绒后的绒面由圆形凹槽变为多边形凹孔结构，一定程度上降低了微观尖角结构，提高了绒面及扩散均匀性，优化了PECVD的钝化能力，此方法可显著提高太阳能电池的开压和填充因子，进一步提高太阳能电池的转换效率和组件功率。

Description

一种提高多晶黑硅光电转换效率及组件功率的微观结构
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种多晶硅片的预处理方法。
背景技术
伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此，深入研究和利用太阳能资源，对缓解资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。
太阳能电池片的生产工艺主要包括：制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结等。其中制绒工序延伸出金刚线切割+黑硅制绒工艺，进一步降低生产成本。黑硅电池片指电池片外观是黑色或近于黑色的电池,其独特的微观纳米结构使其具备卓越的减反射性能。关于黑硅的制备，目前有多种方法可以实现，主要包括：反应离子刻蚀（RIE）、金属诱导湿法黑硅（MCCE）、激光加工（LP）、化学气相沉积（CVD）和等离子体浸没离子注入（PIII）。其中湿法黑硅技术利用硝酸银中Ag/Ag+系统能量远低于硅的价带，使Ag+得到硅的价带电子，利用H2O2/HF腐蚀过程在Ag周围加速与硅反应，使得腐蚀系统能在硅片表面腐蚀出纳米级绒面。MCCE金属（Ag）诱导湿法黑硅：沉积银颗粒在硅片表面，金属粒子与硅接触的地方分别形成了电池的正负极，和周围的溶液形成一个完整的电流回路。反应过程中，H2O2优先氧化金属颗粒下面的硅形成SiO2，然后被HF刻蚀掉。随着金属粒子往下沉积，形成坑洞。在通过HF-HNO3体系，扩开孔洞形成纳米级微观结构。纳米绒面的形状对太阳能电池的效率及功率有重要影响，因此如何通过工艺优化获得最优微观结构，获得最优的光电转换效率和最大的组件功率成为湿法黑硅研究的重点。
发明内容
本发明专利要解决的技术问题是提供一种提高多晶黑硅光电转换效率及组件功率的微观结构，通过特殊的化学处理方法将黑硅制绒后的绒面由圆形凹槽变为多边形凹孔结构，一定程度上降低了微观尖角结构，提高了绒面及扩散均匀性，优化了PECVD的钝化能力，此方法可显著提高太阳能电池的开压和填充因子，进一步提高太阳能电池的转换效率和组件功率。
本发明专利通过以下技术方案来实现上述目的：一种提高黑硅多晶光电转换效率及组件功率的微观结构，包括以下步骤：
a：碱抛光；b：漂洗；c：银沉积；d：挖孔；e：漂洗 f：脱银； g：漂洗；
h：扩孔；i：漂洗 j：多边形凹孔修饰；k：去金属离子；l：漂洗；m：烘干。
一种提高黑硅多晶光电转换效率及组件功率的微观结构，包括以下步骤：
a：碱抛光：将硅片置于KOH:H2O的体积比为1:3～10的溶液中，控制温度范围70～80℃，控制时间为150～250S去除表面损伤层。
b：第一次漂洗。
c：将硅片置于AgNO3:HF:H2O的体积比为1:1000～5000: 10000～500000的混合溶液中控制时间范围为100～250S，控制温度范围23～27℃，在硅片表面沉积银粒子；
d:将硅片置HF:H2O2:H2O的体积比为1:1～6:3～10混合溶液中，控制时间200～300S，控制温度范围33～37℃，对沉积的银粒子进行去除。
e:第二次漂洗。
f:将硅片置于NH3·H2O:H2O2:H2O体积比为1：1～6：15～25的混合溶液中控制时间范围为100～200S，控制温度范围23～37℃。
g:第三次漂洗。
h：将硅片置于HF：HNO3:H2O的体积比为1:3～10:6～12的混合溶液中控制时间范围为50～150S，控制温度范围6～15℃。
i：第四次漂洗。
j：将硅片置于将硅片置于QX1或QX2或QX3和H2O混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰。
k：去金属离子；将硅片置于HF，HCl和H2O的混合溶液中，去除表面金属离子。
l：第五次漂洗。
m：烘干。
一种提高黑硅多晶光电转换效率及组件功率的微观结构，步骤j中的QX1或QX2或QX3或QX4和H2O混合溶液为分别为：
（1）QX1修饰液为NaOH与H2O 的混合修饰液，其中NaOH与H2O 的体积比为1 ：30～60，采用QX1修饰液进行多边形修饰，控制时间范围为10-100S，温度控制范围20～27℃。
（2）QX2修饰液为KOH与H2O 的混合修饰液，其中KOH与H2O 的体积比为1 ：30～60，控制时间范围为10-100S，温度控制范围20～27℃。
（3）QX3修饰液为 NH3.H2O与H2O 的混合修饰液，其中NH3.H2O与H2O 的体积比为1 :20 ～ 50，控制时间范围为50-150S，温度控制范围20～25℃。
有益效果：
通过特殊的化学处理方法将黑硅制绒后的绒面由圆形凹槽变为多边形凹孔结构，一定程度上降低了微观尖角结构，提高了绒面及扩散均匀性，优化了PECVD的钝化能力，此方法可显著提高太阳能电池的开压和填充因子，进一步提高太阳能电池的转换效率和组件功率。
说明书附图：图1：本发明的黑硅绒面。
图2：常规的黑硅绒面。
具体实施方式：
实施例1
一种提高多晶黑硅光电转换效率及组件功率的微观结构，通过以下步骤完成：
a:碱抛光，将硅片置于KOH溶液，去除表面损伤层，KOH:H2O的体积比为1:6.5，工艺时间250S。
b:第一次漂洗,工艺时间100S。
c:银沉积,将硅片置于AgNO3和HF混合溶液中，在硅片表面沉积银子,AgNO3:HF:H2O的体积比为1: 5000: 300000,工艺时间200S。
d:挖孔；将硅片置于HF和H2O2混合溶液中，利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔。，HF:H2O2:H2O的体积比为1:3:7,工艺时间为240S。
e:第二次漂洗；工艺时间100S。
f:脱银；将硅片置于NH3·H2O和H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除。NH3·H2O:H2O2:H2O体积比为1：3：15,工艺时间为120S。
g:第三次漂洗；工艺时间100S。
h:扩孔；将硅片置于HF和HNO3溶液中，利用常规的酸制绒原理对形成的深孔洞进行扩大，优化绒面结构。HF：HNO3:H2O的体积比为1: 5:8。工艺时间范围为100S，温度控制范围8℃。
i:第四次漂洗；工艺时间100S。
j:将硅片置于QX1混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX1修饰液为NaOH与H2O的混合修饰液，NaOH与H2O 的体积比为1 ：60。
k:去金属离子；将硅片置于HF，HCL和H2O混合溶液中，去除表面金属离子。
l:第五次漂洗；工艺时间100S。
m:烘干。
实施例2
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX1混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX1修饰液为NaOH与H2O 的混合修饰液，NaOH与H2O 的体积比为1 ：24。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例2制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例3
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX1混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX1修饰液为NaOH与H2O 的混合修饰液，NaOH与H2O 的体积比为1 ：70。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例3制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例4
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX2混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX2修饰液为KOH与H2O 的混合修饰液，KOH与H2O 的体积比为1 ：40。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例4制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例5
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX2混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX2修饰液为KOH与H2O 的混合修饰液，KOH与H2O 的体积比为1 ：24。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例5制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例6
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX2混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX2修饰液为KOH与H2O的混合修饰液，KOH与H2O 的体积比为1 ：70。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例6制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例7
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX3混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX3修饰液为NH3.H2O与H2O 的混合修饰液，NH3.H2O与H2O 的体积比为1 ：30。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例7制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例8
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX3混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX3修饰液为NH3.H2O与H2O 的混合修饰液，NH3.H2O与H2O 的体积比为1 ：10。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例8制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
实施例9
多边形凹孔修饰:将硅片置于QX3混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰，QX3修饰液为NaOH与H2O 的混合修饰液，NaOH与H2O 的体积比为1 ：60。其它黑硅制绒步骤如同实施例1，将实施例3制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
对比例：
a:碱抛光：将硅片置于KOH溶液，去除表面损伤层，KOH:H2O的体积比为1:6，工艺时间230S。
b:漂洗：工艺时间100S。
c:银沉积：将硅片置于AgNO3和HF混合溶液中，在硅片表面沉积银子,AgNO3:HF:H2O的体积比为1: 6000: 300000,工艺时间210S。
d:挖孔：将硅片置于HF和H2O2混合溶液中，利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔。，HF:H2O2:H2O的体积比为1:4:7,工艺时间为180S。
e:漂洗：工艺时间100S。
f:脱银：将硅片置于NH3·H2O和H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除,NH3·H2O:H2O2:H2O体积比为1：3：15,工艺时间为120S。
g:漂洗：工艺时间100S。
h:扩孔：将硅片置于HF和HNO3溶液中，利用常规的酸制绒原理对形成的深孔洞进行扩大，优化绒面结构,HF：HNO3:H2O的体积比为1: 6:8。工艺时间范围为130S，温度控制范围8℃。
i:漂洗：工艺时间100S。
j:脱银II：将硅片置于KOH、NH3·H2O和H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除。KOH：NH3·H2O:H2O2:H2O体积比为6：1：3:50,工艺时间为120S。
k:漂洗：工艺时间100S。
l:脱银III：将硅片置于NH3·H2O和H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除,NH3·H2O:H2O2:H2O体积比为1：3：15,工艺时间为120S。
m:漂洗：工艺时间100S
n:去金属离子：将硅片置于HF，HCL和H2O混合溶液中，去除表面金属离子。
O:漂洗：工艺时间100S。
P:烘干。
q:将实施例制绒的硅片依次进行后续电池生产工艺流程（扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷），对比经过表面预处理的硅片和未处理硅片的转换效率差异。
表1：实施例1绒面与常规制绒效率对比
表2：实施例1绒面与常规制绒功率对比
综上所有实施例、对比例，新工艺制绒后（最佳组实施例1,4,7）硅片绒面由圆形凹槽变为多边形凹孔结构，纳米绒600-1000nm。由于绒面由圆形变为方形，尖角棱角明显变的圆滑， PECVD钝化能力较圆孔有优势，实施例工艺制绒后光电转换效率提升约0.05%，开压增益约2.5mv，效率及表面微观结构的优化使黑硅在组件（60pcs）功率提升约1.5W。

Claims (3)

1.一种提高黑硅多晶光电转换效率及组件功率的微观结构，其特征为，该微观结构通过下述步骤获得：
a：碱抛光；b：第一次漂洗；c：银沉积；d：挖孔；e：第二次漂洗 f：脱银； g：第三次漂洗；h：扩孔；i：第四次漂洗 j：多边形凹孔修饰；k：去金属离子；l：第五次漂洗；m：烘干。
2.一种提高黑硅多晶光电转换效率及组件功率的微观结构，其特征为，该微观结构通过下述步骤获得：
a：碱抛光：将硅片置于KOH:H2O的体积比为1:3～10的溶液中，控制温度范围70～80℃，控制时间为150～250S去除表面损伤层；
b：第一次漂洗；
c：将硅片置于AgNO3:HF:H2O的体积比为1:1000～5000: 10000～500000的混合溶液中控制时间范围为100～250S，控制温度范围23～27℃，在硅片表面沉积银粒子；
d:将硅片置HF:H2O2:H2O的体积比为1:1～6:3～10混合溶液中，控制时间200～300S，控制温度范围33～37℃，对沉积的银粒子进行去除；
e:第二次漂洗；
f:将硅片置于NH3·H2O:H2O2:H2O体积比为1：1～ 6：15～25的混合溶液中控制时间范围为100～200S，控制温度范围23～37℃；
g:第三次漂洗；
h：将硅片置于HF：HNO3:H2O的体积比为1:3～10:6～12的混合溶液中控制时间范围为50～150S，控制温度范围6～15℃；
i：第四次漂洗；
j：将硅片置于将硅片置于QX1或QX2或QX3或和H2O混合溶液中,对挖孔后的绒面进行修饰；
k：去金属离子；将硅片置于HF，HCl和H2O的混合溶液中，去除表面金属离子；
l：第五次漂洗；
m：烘干。
3.如权利要求2所述的一种提高黑硅多晶光电转换效率及组件功率的微观结构，其特征在于：步骤j中的QX1或QX2或QX3和H2O混合溶液为分别为：
QX1修饰液为NaOH与H2O 的混合修饰液，其中NaOH与H2O 的体积比为1 ：30～60，采用QX1修饰液进行多边形修饰，控制时间范围为10-100S，温度控制范围20～27℃；
QX2修饰液为KOH与H2O 的混合修饰液，其中KOH与H2O 的体积比为1 ：30～60，控制时间范围为10-100S，温度控制范围20～27℃；
QX3修饰液为 NH3.H2O与H2O 的混合修饰液，其中NH3.H2O与H2O 的体积比为1 ：20 ～50，控制时间范围为50-150S，温度控制范围20～25℃。
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