CN107611226A - 一种晶体硅绒面制作方法、太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种晶体硅绒面制作方法、太阳能电池及其制作方法，其中，晶体硅绒面制作方法，包括：提供硅片；对硅片进行金属辅助化学刻蚀，形成起绒点；对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到反射率更低的“倒金字塔状”绒面结构。本发明提供的晶体硅绒面制作方法能够与现有技术中的多晶硅和单晶硅制作方法兼容，可以整合单晶制绒、多晶制绒技术，利用该技术可以对单晶、多晶进行自由切换，而无需切换单晶制绒设备和多晶制绒设备。在生产方面给予了更大的自由度，从而使用同一套设备可以对多晶和单晶均进行制绒，使得多晶制绒和单晶制绒兼容，进而在生产方面给予了更大的自由度，由于无需建立两套制绒设备，节省了占地面积。

Description

一种晶体硅绒面制作方法、太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种晶体硅绒面制作方法、太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能作为最重要的新型清洁能源，太阳能电池是21世纪人类重点发展、推广的新能源项目。目前，行业内专注的主要方向为降低生产成本，以实现光伏电价的平价上网。而提升光伏产品的效率，是降低成本的一个重要途径。目前，商业化生产的晶体硅电池，受技术的制约，受光面的结构还没有达到理想的结果，光利用率偏低。
目前商业化晶体硅电池，主要包括多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池，根据单晶硅和多晶硅的类型不同，单晶硅棒和多晶硅锭的切割方式不同，根据单晶硅和多晶硅的晶向分布不同，其制绒技术也不同，因此，单晶硅和多晶硅材质的电池在制绒过程中，无法结合，而制绒后的工艺可以兼容。
这就造成了，单晶硅和多晶硅电池生产过程中，无法进行单晶硅和多晶硅设备的切换，造成设备占地面积较大，生产自由度较小，如厂房建设等方面。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种晶体硅绒面制作方法、太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中单晶硅和多晶硅制绒过程无法兼容，造成设备占地面积较大，生产自由度较小的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种晶体硅绒面制作方法，包括：
提供硅片；
对所述硅片进行金属辅助化学刻蚀，形成起绒点；
对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到倒金字塔绒面结构。
优选地，所述硅片为单晶硅片、多晶硅片或类单晶硅片。
优选地，所述提供硅片具体地，所述硅片采用砂浆线切割或金刚线切割得到。
优选地，所述干法离子刻蚀为反应离子刻蚀。
优选地，所述对所述硅片进行金属辅助化学刻蚀，具体包括：
采用HF/H2O2/DIW/添加剂进行金属辅助化学刻蚀，其中，添加剂为：Ag、Cu、Au等金属的硝酸盐；溶液比例为1:1-7:1-7(添加剂100-1000mL)，刻蚀温度为15℃-65℃；刻蚀时间为20s-240s；包括端点值。
优选地，所述对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，具体包括：
采用刻蚀时间为120s-300s；反应腔室压力为24Pa-100Pa；通入氯气气体流量为400sccm-4000sccm；通入氧气气体流量为1000sccm-3000sccm；通入SF6气体流量为700sccm-3000sccm；流出的氯气气体流量为700sccm-4000sccm；流出的氧气气体流量为1800sccm-5000sccm；流出的SF6气体流量为650sccm-4000sccm；射频功率为24000W-100000W进行反应离子刻蚀，包括端点值。
优选地，在所述对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到绒面结构后，还包括：
对干法离子刻蚀后的硅片进行RCA清洗工艺清洗。
优选地，所述绒面结构为相对于所述硅片表面凹陷的倒金字塔结构。
本发明还提供一种太阳能电池制作方法，包括：
提供硅片；
对所述硅片的一个表面进行制绒；
对制绒后的硅片进行扩散、刻蚀、镀膜；
印刷导电浆料，形成电极；
其中，所述对所述硅片的一个表面进行制绒采用的制绒方法为上面任意一项所述的晶体硅绒面制作方法。
本发明还提供一种太阳能电池，采用上述的太阳能电池制作方法制作形成，所述太阳能电池包括：
硅片；
位于硅片表面的绒面结构；
其中，所述绒面结构为相对于硅片的倒金字塔凹槽。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的晶体硅绒面制作方法，先对硅片进行金属辅助化学刻蚀(MACE：metal assist chemical etching；也可以称作MCCE：MetalCatalyzed Chemical Etching，湿法蚀刻的金属催化化学腐蚀法)，然后再进行干法离子刻蚀，经过两次刻蚀的有机结合，形成绒面结构。由于MCCE属于各向异性制绒，金属催化剂的使用，及新的反应体系HF/H2O2/金属催化剂可以针对单多晶制绒，也不依赖损伤层作为起绒点，因此，可以适用于制绒单多晶及金刚线切割硅片；而干法离子刻蚀，尤其是RIE(ReactiveIon Etching，反应离子刻蚀)技术特点是物理、化学反应的有机结合，对硅片的晶向没有选择性，所以可以针对多晶、单晶同时制绒。
因此，本发明提供的晶体硅绒面制作方法能够与现有技术中的多晶硅和单晶硅制作方法兼容，可以整合单晶制绒、多晶制绒技术，利用该技术可以对单晶、多晶进行自由切换，而无需切换单晶制绒设备和多晶制绒设备。在生产方面给予了更大的自由度(将来厂房建设等)，从而使用同一套设备可以对多晶和单晶均进行制绒，使得多晶制绒和单晶制绒兼容，进而在生产方面给予了更大的自由度，由于无需建立两套制绒设备，节省了占地面积。
同时，本发明提供的晶体硅绒面制作方法可以针对不同切割的硅片，尤其解决了多晶金刚线切割制绒问题。也即本申请提供的晶体硅制绒方法可以适用于所有类型的晶体硅进行制绒，给生产带来了极大的便利。
本发明还提供一种太阳能电池制作方法，由于制绒过程采用上面所述的晶体硅绒面制作方法，因此，能够使得单晶和多晶的工艺兼容，在生产方面给予了更大的自由度，由于无需建立两套制绒设备，节省了占地面积。
另外，本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池采用上述太阳能电池制作方法制作形成，最终形成的绒面微观结构为倒金字塔结构，能够大大大降低电池表面的反射率，提升了光的利用率，进而大幅提升太阳能电池的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中采用碱制绒在单晶硅片上形成的正金字塔绒面结构电子显微图；
图2为现有技术中采用酸制绒在多晶硅片上形成的蠕虫状绒面结构电子显微图；
图3为本发明实施例提供的一种晶体硅绒面制作方法流程示意图；
图4为单独采用MACE湿法制绒形成的圆孔状绒面结构电子显微图；
图5为单独采用RIE干法制绒形成的锥堆状绒面结构电子显微图；
图6为先采用MACE湿法制绒后，再经过RIE干法制绒形成的倒金字塔绒面结构电子显微图；
图7为图6中的放大结构。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中单晶硅和多晶硅制绒过程无法兼容，造成设备占地面积较大，生产自由度较小的问题。
出现这种现象的原因是：
单晶碱制绒技术：利用单晶硅在KOH溶液里面，不同晶向的腐蚀速度不同(各向异性腐蚀)，制作绒面，组成“金字塔”的面为腐蚀最慢的111面，最终形成正金字塔绒面结构，如图1所示。
而多晶酸制绒技术：多晶硅具有不同晶向的晶粒，HF/HNO3酸体系可以利用切割时留下的损伤层(起绒点)进行各向同性腐蚀，最终形成蠕虫状减反射结构，如图2所示。
而且单晶碱制绒技术在槽式设备中进行，而多晶酸制绒过程在链式设备中进行，二者使用的设备不同，制绒原理不同，因此只能采用两套制绒设备，对单晶和多晶分别进行制绒，然后后续扩散、刻蚀、镀膜、丝网印刷和测试分选过程中可以兼容，因此，在制作太阳能电池制作过程中，制作单晶或多晶时，需要切换设备，造成生产自由度较小的问题。而且采用两套制绒设备占用场地较大，进一步限定生产自由度。
另外，多晶硅片的切割无法适用于金刚线切割，具体的，单晶硅使用碱制绒，反应为各项异性，绒面形成不依赖于表面损伤层状态，因此，金刚线切割的单晶硅片，在电池端基本不用调整即可正常使用，甚至因为金刚线切割后的硅片表面光滑、损伤层浅，相同工艺条件下，金刚线切割的硅片光电转换效率还略高于同档位的砂浆片；而对于多晶硅片来说，传统多晶制绒，使用HNO3/HF/H2O体系制绒，反应起始于表面损伤层，绒面结构完全取决于表面损伤层形貌；而金刚线切割多晶硅片的表面损伤层较浅、且分布不均，经常规酸制绒后，表面反射率依旧很高、切割纹清晰可见，电池效率较砂浆片低0.2％-0.4％，因此，金刚线切多晶硅很难推广。
基于此，本发明提供一种晶体硅绒面制作方法，包括：
提供硅片；
对所述硅片进行金属辅助化学刻蚀，形成起绒点；
对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到绒面结构。
本发明提供的晶体硅绒面制作方法，先对硅片进行金属辅助化学刻蚀，然后再进行干法离子刻蚀，经过两次刻蚀的有机结合，形成绒面结构。由于金属辅助化学刻蚀属于各向异性制绒，金属催化剂的使用，及新的反应体系HF/H2O2/金属催化剂可以针对单多晶制绒，也不依赖损伤层作为起绒点，因此，可以适用于制绒单多晶及金刚线切割硅片；而干法离子刻蚀的特点是物理、化学反应的有机结合，对硅片的晶向没有选择性，所以可以针对多晶、单晶同时制绒。
因此，本发明提供的晶体硅绒面制作方法能够与现有技术中的多晶硅和单晶硅制作方法兼容，可以整合单晶制绒、多晶制绒技术，利用该技术可以对单晶、多晶进行自由切换，而无需切换单晶制绒设备和多晶制绒设备。在生产方面给予了更大的自由度(将来厂房建设等)，从而使用同一套设备可以对多晶和单晶均进行制绒，使得多晶制绒和单晶制绒兼容，进而在生产方面给予了更大的自由度，由于无需建立两套制绒设备，节省了占地面积。
同时，本发明提供的晶体硅绒面制作方法可以针对不同切割的硅片，尤其解决了多晶金刚线切割制绒问题。也即本申请提供的晶体硅制绒方法可以适用于所有类型的晶体硅进行制绒，给生产带来了极大的便利。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
本发明实施例提供一种晶体硅绒面制作方法，如图3所示，包括：
S101：提供硅片；
需要说明的是，本实施例中不限定硅片的类型，可以是单晶硅片，也可以是多晶硅片，还可以是类单晶硅片，而且不限定硅片的切割方式，可以是砂浆线切割得到的，也可以是金刚线切割得到的，本实施例中对此不做限定。
S102：对所述硅片进行金属辅助化学刻蚀，形成起绒点；
本实施例中采用金属辅助化学刻蚀工艺进行预制绒，形成起绒点，为后续干法离子刻蚀做基础。本实施例中不限定金属辅助化学刻蚀工艺的具体工艺，具体地，可以包括如下步骤：
采用HF/HNO3/DIW(去离子水)溶液进行清洗，溶液比例为1:4-6:1-6，清洗温度为0℃-8℃；清洗时间为10s-120s；
采用去离子水常温进行清洗60s-180s；
采用HF/H2O2/DIW/添加剂进行金属辅助化学刻蚀，其中，添加剂可为，Ag、Cu、Au等金属的硝酸盐；溶液比例为1:1-7:1-7(添加剂100-1000mL)，刻蚀温度为15℃-65℃；刻蚀时间为20s-240s；
然后再采用去离子水进行清洗60s-180s；
再单独采用两次浓度为69％的HNO3常温下刻蚀60s-180s，以充分去除金属离子；
再采用去离子水常温进行清洗60s-180s；
再单独采用浓度为1％-20％的HF常温下刻蚀60s-180s；
去离子水常温进行清洗60s-180s；
单独采用浓度为0.1％-10％的KOH常温下刻蚀60s-180s；
去离子水常温进行清洗60s-180s；
采用HCL/H2O2/DIW进行刻蚀，其中，溶液比例为1：1-10:1-10，刻蚀温度为25℃-75℃；刻蚀时间为60s-180s；
去离子水常温进行清洗60s-180s；
采用HF/HCl/DIW进行刻蚀，其中，溶液比例为1：1-10:1-10，刻蚀温度常温；刻蚀时间为60s-180s；
去离子水常温进行清洗60s-180s；
然后采用温度为60℃-90℃的热水进行清洗，然后烘干300s-600s即可。
以上数据均包括端点值，需要说明的是，上面的时间、温度等参数可以根据实际需求进行更改，本实施例中对此不做限定。
S103：对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到倒金字塔绒面结构。
需要说明的是，干法离子刻蚀与MACE有机结合，均可以适用于单晶硅和多晶硅片的制绒，为了得到反射效率较低的绒面结构，本实施例中可选的，所述干法离子刻蚀工艺为RIE工艺。具体的，RIE工艺参数包括：
刻蚀时间为120s-300s；反应腔室压力为24Pa-100Pa；通入氯气气体流量为400sccm-4000sccm；通入氧气气体流量为1000sccm-3000sccm；通入SF6气体流量为700sccm-3000sccm；流出的氯气气体流量为700sccm-4000sccm；流出的氧气气体流量为1800sccm-5000sccm；流出的SF6气体流量为650sccm-4000sccm；射频功率为24000W-100000W。以上数据均包括端点值。
需要说明的是，上面的气体流量和射频功率等参数可以根据实际需求进行更改，本实施例中对此不做限定。
在得到绒面结构后还可以包括对硅片进行清洗，需要说明的是，本实施例中优选地，采用不对硅片结构产生影响，只影响其表面清洁度的RCA清洗方式进行清洗，另外RCA有很多种方式，本实施例中作为实例仅介绍其中一种。
RCA清洗过程可以包括如下步骤：
采用在45℃-75℃温度下溶液浓度为1％-20％的HCl/H2O2/DIW的混合液清洗30s-300s；
采用去离子水常温下清洗60s-180s；
采用溶液浓度为0.1％-5％的KOH/DIW溶液进行10s-120s的清洗；
采用去离子水常温下清洗60s-180s；
采用溶液浓度为1％-30％的HF/HCl/DIW的混合液清洗30s-300s；
采用去离子水常温下清洗60s-180s；
在60℃-90℃下进行热拉提60s-180s；
在80℃-95℃下进行烘干300s-600s。
以上数据均包括端点值，需要说明的是，上面的时间、温度等参数可以根据实际需求进行更改，本实施例中对此不做限定。
经过上述的MACE工艺、RIE工艺和RCA清洗后，形成绒面结构，所述绒面结构为相对于所述硅片表面凹陷的倒金字塔结构，从而能够提高太阳光的利用率。
请参见图4-图7所示，其中，图4为单独采用MACE湿法制绒形成的圆孔状绒面结构电子显微图；图5为单独采用RIE干法制绒形成的锥堆状绒面结构电子显微图；图6为先采用MACE湿法制绒后，再经过RIE干法制绒形成的倒金字塔绒面结构电子显微图；图7为图6中的方法结构图；对比几个图可以看出，单独采用MACE湿法制绒和单独采用RIE制绒都无法形成倒金字塔结构，只有将两者有机结合，能够得到光电转换效率提高的倒金字塔绒面结构。
本发明提供的晶体硅绒面制作方法，先对硅片进行金属辅助化学刻蚀MACE，然后再进行干法离子刻蚀，经过两次刻蚀的有机结合，形成绒面结构。由于MACE属于各向异性制绒，金属催化剂的使用，及新的反应体系HF/H2O2/金属催化剂可以针对单多晶制绒，也不依赖损伤层作为起绒点，因此，可以适用于制绒单多晶及金刚线切割硅片；而干法离子刻蚀，尤其是RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)技术特点是物理、化学反应的有机结合，对硅片的晶向没有选择性，所以可以针对多晶、单晶同时制绒。
因此，本发明提供的晶体硅绒面制作方法能够与现有技术中的多晶硅和单晶硅制作方法兼容，可以整合单晶制绒、多晶制绒技术，利用该技术可以对单晶、多晶进行自由切换，而无需切换单晶制绒设备和多晶制绒设备。在生产方面给予了更大的自由度(将来厂房建设等)，从而使用同一套设备可以对多晶和单晶均进行制绒，使得多晶制绒和单晶制绒兼容，进而在生产方面给予了更大的自由度，由于无需建立两套制绒设备，节省了占地面积。
同时，本发明提供的晶体硅绒面制作方法可以针对不同切割的硅片，尤其解决了多晶金刚线切割制绒问题。也即本申请提供的晶体硅制绒方法可以适用于所有类型的晶体硅进行制绒，给生产带来了极大的便利。
本发明还提供一种太阳能电池制作方法，包括：
提供硅片；
对所述硅片的一个表面进行制绒；
对制绒后的硅片进行扩散、刻蚀、镀膜；
印刷导电浆料，形成电极；
其中，本实施例中对述硅片的一个表面进行制绒采用的制绒方法为上面实施例中所述的晶体硅绒面制作方法。
由于所述晶体硅绒面制作方法，对硅片不做要求，所以本实施例中所述硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅片。
另外，上面晶体硅绒面制作方法对硅片的切割类型不做要求，因此，所述单晶硅片和/或多晶硅片可以采用砂浆线切割得到，也可以采用金刚线切割得到，本实施例中对此不做限定。具体如何选择，可以根据切割的成本和时间综合考虑。
本发明实施例提供的晶体硅绒面制作方法能够与现有技术中的多晶硅和单晶硅制作方法兼容，可以整合单晶制绒、多晶制绒技术，利用该技术可以对单晶、多晶进行自由切换，而无需切换设备。在生产方面给予了更大的自由度(将来厂房建设等)。而且本申请的制作方法可以针对不同切割的硅片，尤其解决了多晶金刚线切割制绒问题。也即本申请提供的晶体硅制绒方法可以适用于所有类型的晶体硅进行制绒，给生产带来了极大的便利。
现有技术中通常采用的主要制绒技术主要为链式和槽式的化学腐蚀技术。形成的微观结构为“正金字塔”和“蠕虫孔洞”结构太阳能电池片，此类结构反射率在10％～20％之间，光利用率偏低。
基于此，本发明实施例还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池采用上面的制绒方法形成绒面结构，以及采用上面实施例中的太阳能电池制作方法形成。
由于采用MACE和RIE工艺进行制绒，形成的微观结构即不是单晶硅片表面的正金字塔结构，也不是多晶硅片表面您的蠕虫状孔洞结构，而是倒金字塔结构，通过实验检测，得到绒面微观结构为“倒金子塔”结构的太阳能电池片的反射率在3％～8％之间，相对于现有技术中的反射率在10％-20％之间的太阳能电池而言，大幅提高了光的利用率，进而大幅提高了太阳能电池及其组件的光电转换效率。
发明人经过实验检测，得到下表所示的太阳能电池效率对比数据，从表中可以看出，无论单晶硅片还是多晶硅片的太阳能电池片的电池效率，相对于现有技术中的常规制绒方法均有所提高。
表1：电池效率对比
经过实验测量，相比传统晶硅电池，本发明实施例提供的太阳能电池中，多晶硅电池绝对效率提升0.5％～0.7％，相应组件功率提升4W-6W；单晶硅电池绝对效率提升0.2％～0.3％，相应组件功率提升2W～3W。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对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)

1.一种晶体硅绒面制作方法，其特征在于，包括：
提供硅片；
对所述硅片进行金属辅助化学刻蚀，形成起绒点；
对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到倒金字塔绒面结构。
2.根据权利要求1所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，所述硅片为单晶硅片、多晶硅片或类单晶硅片。
3.根据权利要求2所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，所述提供硅片具体地，所述硅片采用砂浆线切割或金刚线切割得到。
4.根据权利要求1所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，所述干法离子刻蚀为反应离子刻蚀。
5.根据权利要求4所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，所述对所述硅片进行金属辅助化学刻蚀，具体包括：
采用HF/H2O2/DIW/添加剂进行金属辅助化学刻蚀，其中，添加剂为：Ag、Cu、Au等金属的硝酸盐；溶液比例为1:1-7:1-7(添加剂100-1000mL)，刻蚀温度为15℃-65℃；刻蚀时间为20s-240s；包括端点值。
6.根据权利要求5所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，所述对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，具体包括：
采用刻蚀时间为120s-300s；反应腔室压力为24Pa-100Pa；通入氯气气体流量为400sccm-4000sccm；通入氧气气体流量为1000sccm-3000sccm；通入SF6气体流量为700sccm-3000sccm；流出的氯气气体流量为700sccm-4000sccm；流出的氧气气体流量为1800sccm-5000sccm；流出的SF6气体流量为650sccm-4000sccm；射频功率为24000W-100000W进行反应离子刻蚀，包括端点值。
7.根据权利要求6所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，在所述对金属辅助化学刻蚀后的硅片进行干法离子刻蚀，得到绒面结构后，还包括：
对干法离子刻蚀后的硅片进行RCA清洗工艺清洗。
8.根据权利要求1所述的晶体硅绒面制作方法，其特征在于，所述绒面结构为相对于所述硅片表面凹陷的倒金字塔结构。
9.一种太阳能电池制作方法，其特征在于，包括：
提供硅片；
对所述硅片的一个表面进行制绒；
对制绒后的硅片进行扩散、刻蚀、镀膜；
印刷导电浆料，形成电极；
其中，所述对所述硅片的一个表面进行制绒采用的制绒方法为权利要求1-8任意一项所述的晶体硅绒面制作方法。
10.一种太阳能电池，其特征在于，采用权利要求9所述的太阳能电池制作方法制作形成，所述太阳能电池包括：
硅片；
位于硅片表面的绒面结构；
其中，所述绒面结构为相对于硅片的倒金字塔凹槽。
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