CN107742660B - 一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法，此方法通过控制黑硅工艺中对硅片进行碱抛光处理的碱性溶液的浓度、温度及反应副产物的积累量来控制硅片在此溶液中的反应程度，达到降低多晶硅片各晶向间绒面差异的目的,所制得的硅片在经PECVD沉积氮化硅后表面具有常规多晶电池的颜色一致性。所述工艺方法由下列步骤组成：第一步：碱抛光；第二步：正常湿法黑硅制绒。此方法的碱抛光槽体可以定量补加化学品、水，可以定量排放溶液；此方法通过控制碱性溶液的浓度、温度及反应副产物的积累量解决黑硅电池各晶向差异大的问题。此方法工艺简单，效果明显，SEM测量碱抛光后的各晶向绒面大小，对比常规工艺标准偏差明显降低，且制得的电池的表面颜色一致。
Description
技术领域
本发明涉及到一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法，属于太阳能电池领域。
背景技术
在太阳能电池领域中，黑硅电池技术主要使用金刚线切割的多晶硅片生产。受限于多晶硅片的铸锭式生产方式，单片多晶硅片上的晶体成长方向并不一致，而碱与硅的反应具有各向异性的特点，在不同晶面上的反应速度差异较大，在多晶硅片进行碱抛光后表面会同时具有<100>、<110>、<111>晶向，目前业内在碱抛光步骤主要关注减重量，即通过测量碱对硅的腐蚀量来判断抛光程度，忽视了药液前后期副产物-水溶性硅酸盐的上升对反应的影响，副产物的积累使得药液前后期即使获得了同样减重量，但实际各晶向间的差异已十分巨大，后续在银粒子向表面沉积时各晶向间沉积量差异过大，而沉银量直接影响挖孔速度，导致挖孔速度不一致，最终导致暗格片产生，各晶向制绒后绒面差异过大导致100过暗111面偏亮，在此称为暗格片。表面的不同导致PECVD镀膜后表面存在颜色差异，影响产品外观的一致性。
发明内容
发明的目的是提供一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法，通过在生产过程中对碱抛光槽进行一定量的排水和补水来控制碱性溶液中反应副产物的积累，同时通过补加碱液来稳定药液的浓度，以此来控制硅片在药液中的反应程度，达到降低多晶硅片各晶向间由于副产物影响而加大的绒面差异的目的，该方法工艺简单，效果明显。
一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法，其特征为：由下列步骤组成：（1）碱抛光；（2）正常湿法黑硅制绒；
（1）碱抛光的具体工艺步骤：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为9-11% 的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到75-80℃；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应190-230s；
第4步：将浸泡后的硅片取出，后对药液补加0.4-0.6%体积的KOH溶液，0.04-0.06%体积的添加剂A，及1-2%体积的水，每经过8-12批排放4-6%体积的药液。
（2）正常湿法黑硅制绒的具体工艺步骤：
第1步：在湿法黑硅机内采用0.6-1%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为110-150s；
第2步：在湿法黑硅机内采用0.3-0.7%的HF、8-12%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为200-260s，制作形成的孔洞深度为500-650nm；
第3步：利用含有3-5%的NH3·H2O及4-7%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为200-300s；
第4步：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，最终在硅片表面形成深度为480-630nm的孔径为600-700nm的圆洞形绒面，扩孔时间为100-200s。
本发明使用的湿法黑硅设备厂家为江苏昆晟设备公司。
本发明使用的制绒添加剂为南京纳鑫公司产品。
本发明使得在不同晶向上形成的绒面大小更加均匀，使得不同晶向在银沉积时更加一致，挖孔速度更加一致，最后制得的绒面各晶向间均匀性更好。
具体实施方式：
实施例1：
一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法：由下列步骤组成：（1）碱抛光；（2）正常湿法黑硅制绒。
（1）碱抛光：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为10% 的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到77℃；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应220s；
第4步：每批硅片取出后对药液补加0.5%体积的KOH溶液0.05%体积的添加剂A及1.5%体积的水，每经过10批排放5%体积的药液。
（2）湿法制绒的具体工艺步骤：
第1步：在湿法黑硅机内采用0.8%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为130s。
第2步：在湿法黑硅机内采用0.5%的HF及10%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为230s，制作形成的孔洞深度为550nm。
第3步：利用含有4%的NH3·H2O及5.5%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为250s。
第4步：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，最终在硅片表面形成深度为550nm的孔径为630nm的圆洞形绒面，扩孔时间为150s。
实施例2：
一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法：由下列步骤组成：（1）碱抛光；（2）湿法黑硅制绒。
(1)碱抛光：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为9%的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到75℃；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应190s；
第4步：每批硅片取出后对药液补加0.4%体积的KOH溶液0.04%体积的添加剂A及1%体积的水，每经过8批排放4%体积的药液。
(2)湿法黑硅制绒：
第1步：在湿法黑硅机内采用0.6%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为110s 。
第2步：在湿法黑硅机内采用0.3%的HF及8%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为200s，制作形成的孔洞深度为500nm。
第3步：利用含有3%的NH3·H2O及4.4%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为200s。
第4步：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，最终在硅片表面形成深度为480nm的孔径为600nm的圆洞形绒面，扩孔时间为100s。
实施例3：
一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法：由下列步骤组成：（1）碱抛光；（2）湿法黑硅制绒。
(1)碱抛光：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为11%的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到80℃；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应230s；
第4步：每批硅片取出后对药液补加0.6%体积的KOH溶液0.06%体积的添加剂A及2%体积的水，每经过12批排放6%体积的药液。
(2)湿法黑硅制绒：
第1步：在湿法黑硅机内采用1%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为150s 。
第2步：在湿法黑硅机内采用0.7%的HF及12%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为260s，制作形成的孔洞深度为650nm。
第3步：利用含有5%的NH3·H2O及7%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为300s。
第4步：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，最终在硅片表面形成深度为630nm的孔径为700nm的圆洞形绒面，扩孔时间为200s。
实施例4：
一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法：由下列步骤组成：（1）碱抛光；（2）湿法黑硅制绒。
(1)碱抛光：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为7%的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到70℃；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应180s；
第4步：每批硅片取出后对药液补加0.3%体积的KOH溶液0.03%体积的添加剂A及0.8%体积的水，每经过5批排放8%体积的药液。
(2)湿法黑硅制绒：
第1步：在湿法黑硅机内采用0.5%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为100s 。
第2步：在湿法黑硅机内采用0.8%的HF及6%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为160s，制作形成的孔洞深度为450nm。
第3步：利用含有2%的NH3·H2O及7%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为150s；
第4步：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，最终在硅片表面形成深度为430nm的孔径为550nm的圆洞形绒面，扩孔时间为85s。
对比例1：
常规黑硅制绒:
第1步：浓度为10%的KOH及添加剂A的混合溶液，77℃反应220s，进行碱抛光。
第2步：0.8%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为130s。
第3步：0.5%的HF及10%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为230s，制作形成的孔洞深度为550nm。
第4步：利用含有4%的NH3·H2O及5.5%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为250s。
第5步：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，最终在硅片表面形成深度为550nm的孔径为630nm的圆洞形绒面，扩孔时间为150s。
SEM测试碱抛光后各晶面的绒面大小并计算标准偏差：
利用Photoshop软件将制绒后硅片正面照处理为0-100%的灰度图像，测量各晶向灰度数据及级差如下：表2
制绒后各晶面反射率情况：
表3
从上面3个表结果可以看出，在本发明工艺范围内的实施例1、2、3，碱抛光后测量各晶向绒面大小，标准偏差明显好于本发明范围之外的实施例4、采用正常工艺对比例1，说明各晶向相对均匀，为后续工艺提供了优秀平台，制得的绒面晶向间灰度极差更小，无暗格产生，在本发明工艺范围内的实施例1、2、3具有较深的孔深，测得的各晶向反射率差异较小；本发明范围之外东的实施例4和常规工艺对比例1的孔深偏浅，虽然综合反射率与实施例相近，但各晶向间的差异较大，PECVD镀膜时各晶向颜色差异较大，<100>面为深蓝色时<111>面为浅蓝色，最终导致色差降级，所以采用本发明特定的制绒工艺获得的绒面结构，降低了各晶向的绒面差异，并由制得的黑硅电池表面颜色一致。
Claims (2)
1.一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法，其特征为：由下列步骤组成：（1）碱抛光：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为9-11% 的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到75-80℃ ；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应190-230s；
第4步：将浸泡后的硅片取出，后对药液补加0.4-0.6%体积的KOH溶液，0.04-0.06%体积的添加剂A，及1-2%体积的水，每经过8-12批排放4-6%体积的药液；
（2）正常湿法黑硅制绒：
第1步：在湿法黑硅机内采用0.6-1%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为110-150s ；
第2 步：在湿法黑硅机内采用0.3-0.7%的HF、8-12%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为200-260s，制作形成的孔洞深度为500-650nm；
第3 步：利用含有3-5%的NH3·H2O及4-7%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为200-300s；
第4 步：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，最终在硅片表面形成深度为480-630nm的孔径为600-700nm的圆洞形绒面，扩孔时间为 100-200s。
2.如权利要求1所述的一种改善多晶黑硅太阳电池晶向间差异的工艺方法，其特征为：由下列步骤组成：（1）碱抛光；（2）正常湿法黑硅制绒；
（1）碱抛光的具体工艺步骤：
第1步：在可定量补加化学品、水的耐酸碱槽体内配置浓度为10% 的KOH 溶液及用于控制反应速度的添加剂A；
第2步：将该溶液加热到77℃；
第3步：将多晶硅片浸入此溶液中反应220s；
第4步：每批硅片取出后对药液补加0.5%体积的KOH溶液0.05%体积的添加剂A及1.5%体积的水，每经过10批排放5%体积的药液；
（2）湿法制绒的具体工艺步骤：
第1步：在湿法黑硅机内采用0.8%的HF及含有超低银离子的添加剂B混合溶液内，在硅片表面沉积银粒子，时间为130s；
第2步：在湿法黑硅机内采用0.5%的HF及10%的H2O2、用于加速脱泡的添加剂C及用于抑制反应速度的添加剂D混合溶液内利用金属辅助化学腐蚀原理在硅片表面进行挖孔，时间为230s，制作形成的孔洞深度为550nm；
第3步：利用含有4%的NH3·H2O及5.5%的H2O2的混合溶液内对沉积的银粒子进行去除，时间为250s；
第4步：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，最终在硅片表面形成深度为550nm的孔径为630nm的圆洞形绒面，扩孔时间为150s。
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