CN108231540A - 一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，包括以下步骤：(1)将经过预清洗、制绒后的单晶硅片经过纯水漂洗，于后清洗溶液中清洗；(2)纯水漂洗，再经过酸洗、水洗，烘干；(3)磷扩散、刻蚀、PECVD、丝网印刷得到单晶电池片成品。本发明对添加剂中的有机物进行氧化，将吸附于硅片表面的有机物去除，使得在后续的酸洗过程中能将硅片表面清洗干净，解决了外观不良等问题；氢氟酸清洗后硅片表面由OH钝化转变为H钝化，达到表面疏水的目的，硅片脱水更彻底，解决了烘干时间过长的问题；优化绒面结构，降低发射率，提高短路电流；减少表面复合中心，提高开路电压。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺。
背景技术
太阳能电池的生产制造过程中，制绒工序是及其重要的一个环节。制绒工序的具体工艺流程为：①预清洗：目的在于去除原硅片表面机械损伤层以及原硅片表面吸附的杂质，并对硅片表面进行预处理，使制绒后绒面结构具有均匀性。②制绒：由于低浓度碱对硅片表面具有各向异性腐蚀的特性，利用低浓度碱在硅(100)晶面上腐蚀出(111)晶面而形成的金字塔结构，此结构增大了硅片比表面积，降低了表面反射率，并且使光在硅片表面多次反射，从而增加了光的吸收率。③酸洗：制绒后的硅片通过氢氟酸以及氢氟酸/盐酸混合清洗，去除硅片上氧化层以及残留的金属离子。
在电池片制造过程当中难免引入有机物或金属杂质，这些有机物或金属杂质扩散到硅片后形成复合中心，必然会影响太阳能电池的开路电压及短路电流，最终对太阳能电池效率产生影响，导致太阳能电池片效率的下降。而在传统的电池片制造过程中，均在制绒后采用混酸溶液(氢氟酸/盐酸)进行清洗，此清洗工艺存在以下不足之处：①对于硅片表面残留的杂质颗粒、有机物或是制绒后硅片表面残留的硅酸钠，该清洗工艺无法有效的去除；②对于制绒后硅片表面的多余悬挂键以及不良绒面无法改善。因此需要一种能够改善硅片表面结构、去除表面有机物及固体颗粒的制绒后清洗工艺。
发明内容
本发明为了克服传统太阳能电池制绒的后清洗工艺去除和改善效果差的问题，提供了一种改善绒面结构、去除效果好的应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，从而降低反射率，有效提升开路电压与短路电流，实现太阳能电池效率的提升。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，包括以下步骤：
(1)将经过预清洗、制绒后的单晶硅片经过纯水漂洗，于后清洗溶液中清洗，得到一次处理单晶硅片；所述后清洗溶液中过氧化氢的质量分数为1～3％，氨水的质量分数为0.2～1％；
(2)将一次处理单晶硅片经过纯水漂洗，再经过酸洗、水洗，烘干得到二次处理单晶硅片；(3)将二次处理单晶硅片经过磷扩散、刻蚀、PECVD、丝网印刷得到单晶电池片成品。
本发明通过对经过预清洗、制绒后的单晶硅片表面的添加剂中的有机物进行氧化，将吸附于硅片表面的有机物去除，使得在后续的酸洗过程中能将硅片表面清洗干净，解决了外观不良等问题。
作为优选，步骤(1)中，清洗的温度为18～28℃，清洗时间为60～140s。
作为优选，步骤(1)中，所述后清洗溶液由质量分数为30～32％的过氧化氢、22～25％的氨水与去离子水搅拌均匀配制而成。
作为优选，步骤(2)中，酸洗工艺为：先采用盐酸洗，然后经过两步水洗，再采用混酸洗。
作为优选，盐酸洗工艺为：使用质量分数为37％的盐酸、去离子水配制的盐酸水溶液，所述盐酸水溶液中盐酸质量分数为2.5～3.5％；混酸洗工艺为：使用质量分数为37％的盐酸、48％的氢氟酸、去离子水配制的混酸溶液，所述混酸溶液中盐酸的质量分数为1～1.5％，氢氟酸的质量分数为1.5～2％。
作为优选，盐酸洗和混酸洗的清洗时间为140～180s，清洗温度为18～28℃。
作为优选，步骤(2)中，烘干温度为95～115℃，烘干时间为480～520s。
本发明通过氢氟酸清洗后硅片表面由OH钝化转变为H钝化，达到表面疏水的目的，硅片脱水更彻底，解决了烘干时间过长的问题。
作为优选，步骤(2)中，所述二次处理单晶硅片的反射率为10～12％，绒面大小为1～3μm。
作为优选，预清洗工艺为：使用质量分数为30～32％的过氧化氢、40％氢氧化钠、去离子水所配制的预清洗溶液，所述预清洗溶液中过氧化氢的质量分数为1.5～3.5％，氢氧化钠浓度为6～11％，清洗时间为140～200s，清洗温度为60～70℃。
作为优选，制绒工艺为：使用氢氧化钠、单晶制绒添加剂与去离子水所配制的制绒溶液，所述制绒溶液中氢氧化钠的质量分数为1.3～2％，添加剂的质量分数为0.7～1.4％，制绒时间为800～1200s，制绒温度为77～83℃。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)对添加剂中的有机物进行氧化，将吸附于硅片表面的有机物去除，使得在后续的酸洗过程中能将硅片表面清洗干净，解决了外观不良等问题；
(1)氢氟酸清洗后硅片表面由OH钝化转变为H钝化，达到表面疏水的目的，硅片脱水更彻底，解决了烘干时间过长的问题；
(3)优化绒面结构，降低发射率，提高短路电流；
(4)减少表面复合中心，提高开路电压。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)预清洗：使用质量分数为30％的过氧化氢、40％氢氧化钠与去离子水配制含有过氧化氢的质量分数为1.5％，氢氧化钠浓度为6％的预清洗溶液，将单晶硅片于预清洗溶液中清洗140s，清洗温度为60℃；
(2)制绒：使用氢氧化钠、单晶制绒添加剂与去离子水配制含有氢氧化钠的质量分数为1.3％，添加剂的质量分数为0.7％的制绒溶液，将预清洗之后的单晶硅片制绒，制绒时间为800s，制绒温度为77℃；
(3)配置后清洗溶液：将质量分数为30％的过氧化氢、22％的氨水与去离子水搅拌均匀配制成含有过氧化氢的质量分数为1％，氨水的质量分数为0.2％的后清洗溶液；
(4)将经过预清洗、制绒后的单晶硅片经过纯水漂洗，在18～28℃温度条件下，于后清洗溶液中清洗60s，得到一次处理单晶硅片；
(5)将一次处理单晶硅片经过纯水漂洗，再经过盐酸洗：使用质量分数为37％的盐酸、去离子水配制盐酸质量分数为2.5％的盐酸水溶液，清洗时间为140s，清洗温度为18℃；然后经过两步水洗，再用混酸洗：使用质量分数为37％的盐酸、48％的氢氟酸、去离子水配制的盐酸的质量分数为1％，氢氟酸的质量分数为1.5％混酸溶液，清洗时间为140s，清洗温度为18℃；于95℃温度条件下烘干，烘干时间为480s，得到反射率为10％，绒面大小为1μm的二次处理单晶硅片；
(6)将二次处理单晶硅片经过磷扩散、刻蚀、PECVD、丝网印刷得到单晶电池片成品。
实施例2
(1)预清洗：使用质量分数为32％的过氧化氢、40％氢氧化钠与去离子水配制含有过氧化氢的质量分数为3.5％，氢氧化钠浓度为11％的预清洗溶液，将单晶硅片于预清洗溶液中清洗200s，清洗温度为70℃；
(2)制绒：使用氢氧化钠、单晶制绒添加剂与去离子水配制含有氢氧化钠的质量分数为2％，添加剂的质量分数为1.4％的制绒溶液，将预清洗之后的单晶硅片制绒，制绒时间为1200s，制绒温度为83℃；
(3)配置后清洗溶液：将质量分数为32％的过氧化氢、25％的氨水与去离子水搅拌均匀配制成含有过氧化氢的质量分数为3％，氨水的质量分数为1％的后清洗溶液；
(4)将经过预清洗、制绒后的单晶硅片经过纯水漂洗，在28℃温度条件下，于后清洗溶液中清洗140s，得到一次处理单晶硅片；
(5)将一次处理单晶硅片经过纯水漂洗，再经过盐酸洗：使用质量分数为37％的盐酸、去离子水配制盐酸质量分数为3.5％的盐酸水溶液，清洗时间为180s，清洗温度为28℃；然后经过两步水洗，再用混酸洗：使用质量分数为37％的盐酸、48％的氢氟酸、去离子水配制的盐酸的质量分数为1.5％，氢氟酸的质量分数为2％混酸溶液，清洗时间为180s，清洗温度为28℃；于115℃温度条件下烘干，烘干时间为520s，得到反射率为12％，绒面大小为3μm的二次处理单晶硅片；
(6)将二次处理单晶硅片经过磷扩散、刻蚀、PECVD、丝网印刷得到单晶电池片成品。
实施例3
(1)预清洗：使用质量分数为31％的过氧化氢、40％氢氧化钠与去离子水配制含有过氧化氢的质量分数为2％，氢氧化钠浓度为8％的预清洗溶液，将单晶硅片于预清洗溶液中清洗180s，清洗温度为65℃；
(2)制绒：使用氢氧化钠、单晶制绒添加剂与去离子水配制含有氢氧化钠的质量分数为1.8％，添加剂的质量分数为1.0％的制绒溶液，将预清洗之后的单晶硅片制绒，制绒时间为1000s，制绒温度为80℃；
(3)配置后清洗溶液：将质量分数为31％的过氧化氢、23％的氨水与去离子水搅拌均匀配制成含有过氧化氢的质量分数为2％，氨水的质量分数为0.8％的后清洗溶液；
(4)将经过预清洗、制绒后的单晶硅片经过纯水漂洗，在25℃温度条件下，于后清洗溶液中清洗100s，得到一次处理单晶硅片；
(5)将一次处理单晶硅片经过纯水漂洗，再经过盐酸洗：使用质量分数为37％的盐酸、去离子水配制盐酸质量分数为3％的盐酸水溶液，清洗时间为160s，清洗温度为25℃；然后经过两步水洗，再用混酸洗：使用质量分数为37％的盐酸、48％的氢氟酸、去离子水配制的盐酸的质量分数为1.2％，氢氟酸的质量分数为1.8％混酸溶液，清洗时间为160s，清洗温度为25℃；于100℃温度条件下烘干，烘干时间为500s，得到反射率为11％，绒面大小为2μm的二次处理单晶硅片；
(6)将二次处理单晶硅片经过磷扩散、刻蚀、PECVD、丝网印刷得到单晶电池片成品。
对比例
对比例与实施例1-3的区别在于，未采用后清洗溶液的清洗步骤，其余工艺条件相同。
对实施例1-3和对比例的单晶电池片成品的外观对比，结果如表1所示：
表1.实施例1-3和对比例的单晶电池片成品的外观对比结果
| 性能指标 | 清洗效果 | 烘干时间/s | 外观不良比例/％ |
| 实施例1 | 清洗及脱水效果良好 | 480 | 0.3 |
| 实施例2 | 清洗及脱水效果良好 | 520 | 0.4 |
| 实施例3 | 清洗及脱水效果良好 | 500 | 0.35 |
| 对比例 | 清洗及脱水效果一般 | 800 | 0.8 |
由表1可以看出，本发明的烘干时间相对于对比例的烘干时间大大缩短，同时外观不良比例得到显著降低，说明本发明应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺具有良好的清洗效果。
对本发明实施例1-3和对比例制得的单晶电池片成品的电池转化效率进行比较，结果如表2所示：
表2.本发明实施例1-3与对比例制得的单晶电池片成品的电池转化效率对比结果
| 性能指标 | Uoc | Isc | Rs | Rsh | FF | NCell |
| 实施例1 | 0.6453 | 9.467 | 0.002 | 518 | 80.43 | 20.111％ |
| 实施例2 | 0.6454 | 9.465 | 0.002 | 396 | 80.41 | 20.105％ |
| 实施例3 | 0.6451 | 9.473 | 0.002 | 461 | 80.42 | 20.114％ |
| 对比例 | 0.6445 | 9.456 | 0.002 | 419 | 80.46 | 20.070％ |
注：上述为Berger测试机测试，测试光强950～1050W/m2，测试温度25±3℃；
由表2可以看出，采用本发明应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺制得的单晶电池片成品与对比例的单晶电池片成品相比，电池的开路电压和短路电流均有小幅提升，最终电池的转化效率提升0.03％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将经过预清洗、制绒后的单晶硅片经过纯水漂洗，于后清洗溶液中清洗，得到一次处理单晶硅片；所述后清洗溶液中过氧化氢的质量分数为1～3％，氨水的质量分数为0.2～1％；
(2)将一次处理单晶硅片经过纯水漂洗，再经过酸洗、水洗，烘干得到二次处理单晶硅片；
(3)将二次处理单晶硅片经过磷扩散、刻蚀、PECVD、丝网印刷得到单晶电池片成品。
2.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，步骤(1)中，清洗的温度为18～28℃，清洗时间为60～140s。
3.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述后清洗溶液由质量分数为30～32％的过氧化氢、22～25％的氨水与去离子水搅拌均匀配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，步骤(2)中，酸洗工艺为：先采用盐酸洗，然后经过两步水洗，再采用混酸洗。
5.根据权利要求4所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，盐酸洗工艺为：使用质量分数为37％的盐酸、去离子水配制的盐酸水溶液，所述盐酸水溶液中盐酸质量分数为2.5～3.5％；混酸洗工艺为：使用质量分数为37％的盐酸、48％的氢氟酸、去离子水配制的混酸溶液，所述混酸溶液中盐酸的质量分数为1～1.5％，氢氟酸的质量分数为1.5～2％。
6.根据权利要求4所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，盐酸洗和混酸洗的清洗时间为140～180s，清洗温度为18～28℃。
7.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，步骤(2)中，烘干温度为95～115℃，烘干时间为480～520s。
8.根据权利要求1所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述二次处理单晶硅片的反射率为10～12％，绒面大小为1～3μm。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，预清洗工艺为：使用质量分数为30～32％的过氧化氢、40％氢氧化钠、去离子水所配制的预清洗溶液，所述预清洗溶液中过氧化氢的质量分数为1.5～3.5％，氢氧化钠浓度为6～11％，清洗时间为140～200s，清洗温度为60～70℃。
10.根据权利要求1-8任一所述的一种应用于太阳能电池制绒的后清洗工艺，其特征在于，制绒工艺为：使用氢氧化钠、单晶制绒添加剂与去离子水所配制的制绒溶液，所述制绒溶液中氢氧化钠的质量分数为1.3～2％，添加剂的质量分数为0.7～1.4％，制绒时间为800～1200s，制绒温度为77～83℃。
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