CN108269884A - 一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，包括以下步骤：(1)在10～30℃下，将清洗后的金刚线切割多晶硅片浸没于第一腐蚀液中腐蚀3～5min；所述第一腐蚀液为HF、HNO3和去离子水的混合液；(2)在0～5℃下，将步骤(1)中腐蚀后的硅片浸没于第二腐蚀液中腐蚀1～9min；所述第二腐蚀液为水相、油相和乳化剂的混合液；所述水相为HF、HNO3和去离子水的混合液；所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温；(3)在10～30℃下，将步骤(2)中腐蚀后的硅片浸没于碱溶液中进行刻蚀0.5～5min，清洗、干燥，即得。本发明制得的绒面具有较低的反射率和较高的少子寿命。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用领域，尤其涉及一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法。
背景技术
目前，最重要的太阳电池材料是晶体硅，占据了90％以上的市场份额。晶体硅主要分为单晶硅、多晶硅，由于多晶硅的成本更低，其市场份额一直超越单晶硅占光伏市场的主导。
对于多晶硅太阳电池来讲，如何提高电池效率同时降低成本是目前的研究热点。在硅片上制备绒面能够有效降低光反射率，增加光吸收，从而提高太阳电池的效率。
金刚线切割多晶硅片具有切割速度快、精度高、原材料损耗小等优点，并且金刚线切割多晶硅片由于切割成本较砂浆片低0.3～0.7元，因而市场上急迫想将砂浆多晶片切换为金刚线多晶片。
但是，金刚线多晶硅片的制绒是个大难题。由于金刚线多晶硅片切割的损伤层较浅，线痕区和非线痕区差异大，采用常规酸制绒后硅片表面反光和线痕严重，出绒率低，并且反射率较高，因而制成电池片后效率较低，外观也无法通过。而其他方法诸如等离子干法刻蚀(RIE)、激光刻槽等干法刻蚀法虽然可以制备出较为均匀、反射率较低的绒面，但是这些方法的成本很高且设备昂贵，硅片表面也会有较为严重的机械损伤；利用金属辅助催化腐蚀法制备绒面，其成本较高，同时含贵金属的废液处理也是需要注意的问题，工业化生产较为困难。
因而，如何低成本制备出较好的金刚线切割多晶硅片的绒面是目前的研究热点。
发明内容
本发明提供一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，制备的金刚线切割多晶硅片绒面反射率低，少子寿命较长。
本发明提供了如下技术方案：
一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，包括以下步骤：
(1)在10～30℃下，将清洗后的金刚线切割多晶硅片浸没于第一腐蚀液中腐蚀3～5min；
所述第一腐蚀液为HF、HNO3和去离子水的混合液；
(2)在0～5℃下，将步骤(1)中腐蚀后的硅片浸没于第二腐蚀液中腐蚀1～9min；
所述第二腐蚀液为水相、油相和乳化剂的混合液；
所述水相为HF、HNO3和去离子水的混合液；所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温；
(3)在10～30℃下，将步骤(2)中腐蚀后的硅片浸没于碱溶液中进行刻蚀0.5～5min，清洗、干燥，即得。
本发明的制备方法中，通过第一次腐蚀，一方面可以去除金刚线切割硅片表面的损伤层，另一方面还在多晶硅表面形成微米级的腐蚀坑，初步降低金刚线切割硅片表面的反射率；第二次腐蚀时，特定配比的第二腐蚀液和特定的腐蚀时间，使得绒面的反射率得到进一步降低；第三步碱溶液的刻蚀可以对绒面的多孔结构进行修正，减少少数载流子表面复合，提高有效少子寿命。
优选的，步骤(1)中，所述的清洗为：将金刚线切割多晶硅片放入乙醇中超声清洗后，再投入RCA溶液中进行清洗。
经过步骤(1)的清洗后，可以有效去除金刚线切割多晶硅片表面的有机物和金属离子，便于后续的腐蚀。
步骤(1)对金刚线切割多晶硅片表面进行第一次腐蚀，腐蚀后在金刚线切割多晶硅片表面形成均匀的腐蚀坑。
优选的，所述第一腐蚀液为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3∶去离子水＝1～2∶1∶1～5。
进一步优选的，第一腐蚀液中，以体积比计，HF∶HNO3∶去离子水＝2∶1∶2.5～3.5。
上述配比的第一腐蚀液可以使腐蚀后的金刚线切割多晶硅片的腐蚀坑更加均匀。
优选的，步骤(1)中，腐蚀温度为室温，腐蚀时间为3min。
室温下进行反应，能够减少能源消耗，有利于工业化生产。
步骤(2)中，第二腐蚀液的配比和腐蚀时间是两个重要的参数。
优选的，所述第二腐蚀液中，以体积比计，水相∶油相＝4～6∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝4～6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶1～3，(HF+HNO3)∶去离子水＝1～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温。
进一步优选的，所述第二腐蚀液中，以体积比计，水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝4～6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶2～3，(HF+HNO3)∶去离子水＝2～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温。
再优选的，所述第二腐蚀液中，以体积比计，水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶2，(HF+HNO3)∶去离子水＝4～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温。
第二腐蚀液为上述配比时，制得的绒面反射率较低。
优选的，步骤(2)中，腐蚀时间为3～7min；进一步优选的，腐蚀时间为3～5min。
腐蚀时间过短时，绒面的反射率较低，随着腐蚀时间的延长，绒面反射率逐渐降低然后趋于不变。
步骤(2)中，腐蚀时对反应体系进行超声。可加快腐蚀速度。
步骤(3)采用碱液对绒面的多孔结构进行修饰，提高其有效少子寿命。
优选的，所述的碱溶液为质量百分比浓度为1～3％的氢氧化钠水溶液。
优选的，步骤(3)的刻蚀温度为室温。
一种优选的技术方案如下：
一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，包括以下步骤：
(1)在室温下，将清洗后的金刚线切割多晶硅片浸没于第一腐蚀液中腐蚀3～5min；
所述第一腐蚀液为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3∶去离子水＝2∶1∶2.5～3.5；
(2)在0～5℃下，将步骤(1)中腐蚀后的硅片浸没于第二腐蚀液中腐蚀4～5min；
所述第二腐蚀液为水相、油相和乳化剂的混合液，以体积比计，水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶2，(HF+HNO3)∶去离子水＝4～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温；
(3)在室温下，将步骤(2)中腐蚀后的硅片浸没于碱溶液中进行刻蚀0.5～5min，清洗、干燥，即得。
该优选技术方案制定的绒面反射率低、少子寿命较长。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的金刚线切割多晶硅片绒面制备方法简单，成本低廉，制得的绒面具有较低的反射率和较高的少子寿命。
附图说明
图1为实施例1制备的金刚线切割多晶硅片绒面的SEM图，其中：(a)为步骤(4)处理前样品的SEM图，(b)为步骤(4)处理后样品的SEM图；
图2为实施例1～4和对比例1、2制备的金刚线切割多晶硅片绒面的反射率曲线图；
图3为实施例5、6和对比例1、2制备的金刚线切割多晶硅片绒面的反射率曲线图。
具体实施方式
实施例1
(1)将厚度为180±5μm，大小为30mm×30mm的金刚线切割多晶硅片放入乙醇中进行超声清洗，再在80℃下浸入RCA溶液中清洗，去除硅片表面有机物和金属离子；
(2)将清洗后的硅片放入聚四氟乙烯反应釜中进行预腐蚀。密封，在室温下，反应3min，预腐蚀液为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和DI的混合溶液，溶液配比为2∶1∶3(vol)；
(3)将步骤2得到的硅片用DI清洗，然后放入腐蚀液中进行腐蚀。反应温度为0℃，反应时间为5min，低频超声。腐蚀液为水相、油相和乳化剂的混合溶液。其中水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和DI，配比为HF∶HNO3＝1∶2(vol)，(HF+HNO3)∶DI＝5∶1(vol)；油相为甲苯；乳化剂为吐温80；水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝6∶1；
图1(a)为经步骤(3)处理的样品的SEM图；
(4)将步骤3得到的硅片先后放入到乙醇、DI中漂洗。随后，室温下，放入1wt％NaOH水溶液中刻蚀2min，起到对纳米陷光结构的刻蚀修正作用。最后用DI清洗硅片，用氮气吹干。
图1(b)为经步骤(3)处理的样品的SEM图。
由图2可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为14.2％。
制得的金刚线切割多晶硅片的有效少子寿命约为1.5μs。
实施例2
与实施例1相比，不同之处在于步骤(3)中，腐蚀时间为1min。
由图2可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为17.1％。
实施例3
与实施例1相比，不同之处在于步骤(3)中，腐蚀时间为3min。
由图2可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为16.6％。
实施例4
与实施例1相比，不同之处在于步骤(3)中，腐蚀时间为7min。
由图2可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为14.2％。
实施例5
与实施例1相比，不同之处在于步骤(3)中，水相为HF、HNO3和DI，配比为HF∶HNO3＝1∶2(vol)，(HF+HNO3)∶DI＝2∶1(vol)；油相为甲苯；乳化剂为吐温80；水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝6∶1。
由图3可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为14.4％。
实施例6
与实施例3相比，不同之处在于步骤(3)中，水相为HF，HNO3和DI，配比为HF∶HNO3＝1∶2(vol)，(HF+HNO3)∶DI＝4∶1(vol)；油相为甲苯；乳化剂为吐温80；水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝6∶1。
由图3可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为13.3％。
对比例1
将厚度为180±5μm，大小为30mm×30mm的金刚线切割多晶硅片放入乙醇中进行超声清洗，再在80℃下浸入RCA溶液中清洗，去除硅片表面有机物和金属离子。
由图1可知，清洗后的硅片在400nm至1000nm的平均反射率约为37.8％。
制得的金刚线切割多晶硅片的有效少子寿命约为1.2μs。
对比例2
(1)将厚度为180±5μm，大小为30mm×30mm的金刚线切割多晶硅片放入乙醇中进行超声清洗，再在80℃下浸入RCA溶液中清洗，去除硅片表面有机物和金属离子；
(2)将清洗后的硅片放入聚四氟乙烯反应釜中进行预腐蚀。密封，在室温下，反应3min，预腐蚀液为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和DI的混合溶液，溶液配比为2∶1∶3(vol)。
由图1可知，制得的金刚线切割多晶硅片绒面在400nm至1000nm的平均反射率约为30.4％。
制得的金刚线切割多晶硅片的有效少子寿命约为1.4μs。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在10～30℃下，将清洗后的金刚线切割多晶硅片浸没于第一腐蚀液中腐蚀3～5min；
所述第一腐蚀液为HF、HNO3和去离子水的混合液；
(2)在0～5℃下，将步骤(1)中腐蚀后的硅片浸没于第二腐蚀液中腐蚀1～9min；
所述第二腐蚀液为水相、油相和乳化剂的混合液；
所述水相为HF、HNO3和去离子水的混合液；所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温；
(3)在10～30℃下，将步骤(2)中腐蚀后的硅片浸没于碱溶液中进行刻蚀0.5～5min，清洗、干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，所述第一腐蚀液为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3∶去离子水＝1～2∶1∶1～5。
3.根据权利要求2所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，第一腐蚀液中，以体积比计，HF∶HNO3∶去离子水＝2∶1∶2.5～3.5。
4.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的清洗为：将金刚线切割多晶硅片放入乙醇中超声清洗后，再投入RCA溶液中进行清洗。
5.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，所述第二腐蚀液中，以体积比计，水相∶油相＝4～6∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝4～6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶1～3，(HF+HNO3)∶去离子水＝1～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温。
6.根据权利要求5所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，所述第二腐蚀液中，以体积比计，水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝4～6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶2～3，(HF+HNO3)∶去离子水＝2～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温。
7.根据权利要求6所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，所述第二腐蚀液中，以体积比计，水相∶油相＝4∶1；(水相+油相)∶乳化剂＝6∶1；
所述水相为质量浓度为40％的HF、质量浓度为65％的HNO3和去离子水的混合液，以体积比计，HF∶HNO3＝1∶2，(HF+HNO3)∶去离子水＝4～5∶1；
所述油相为甲苯，所述乳化剂为吐温。
8.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，腐蚀时间为3～7min。
9.根据权利要求8所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，腐蚀时间为3～5min。
10.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液为质量百分比浓度为1～3％的氢氧化钠水溶液。
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