CN108807595B - 一种低翘曲多晶硅太阳能电池用基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多硅基板技术领域，具体涉及一种低翘曲多晶硅太阳能电池用基板的制造方法。本发明提供一种多晶太阳能电池表面喷砂制绒的方式，利用此方式可以控制多晶硅片在制绒后的翘曲程度。本发明通过湿法喷砂调整硅片两面的制绒程度以获得一个两面具有绒面结构的硅片，然后对硅片两面制绒后的光泽度值来判断喷砂处理程序对硅片两面的损伤程度，进而达到控制硅片翘曲的程度，以达到减少破片发生的机率。
Description
技术领域
本发明属于多硅基板技术领域，具体涉及一种低翘曲多晶硅太阳能电池用基板的制造方法。
背景技术
目前在光伏市场上，多晶硅硅片切割技术已由成本低、切片速度快以及污染较低的金刚线切割方式（固定磨粒方式）逐渐取代传统砂浆切割方式（游离磨粒方式）。但是，金刚线切割硅片的损伤层浅、线痕明显等问题，常规砂浆线的酸制绒难以在其表面刻蚀出有效的减反射绒面，因此，针对金刚线多晶硅片制绒的难题，主要解决办法包括：金刚线直接添加剂法、反应离子蚀刻（Reactive ion etching, RIE）、金属催化化学蚀刻（MetalCatalyzed Chemical Etching , MCCE）、喷砂制绒等。
其中，喷砂制绒过程中不需添加化学添加剂和酸性溶液，其利用高硬度的研磨材料对多晶硅片进行物理破坏性的加工方式，受冲击后的硅片表面因受到粒子冲击产生凹陷而形成无规则的凹面和损伤层，使得硅片表面的反射率明显降低，进而提高太阳能电池的光电转换效率，相对其他制绒方式，喷砂制绒具有低污染以及较低的设备成本之优势。
可是，对硅片进行喷砂制绒后，若硅片正反两面的损伤层程度不均将使得硅面表面应力差异过大，进而造成喷砂制绒后的硅片有翘曲的问题。因此，在大量生产喷砂制绒的硅片时，硅片的翘曲问题将使得的硅片在收料、包装、运送以及后续在其他制程(酸蚀刻或碱蚀刻)的入料阶段时，硅片将存在极高的破裂或隐裂的风险。
专利文献CN103339738B中提供一种对金刚线切割多晶硅片进行喷砂预处理，经此预处理后再采用常规制绒工艺进行制绒。但是，其在喷砂处理阶段仅对硅片单面进行处理，只有单面形成损伤层的结果将造成硅片严重的翘曲，在所述的文献中对于硅片翘曲的状况没有进行讨论。
专利文献CN105932078B提供一种金刚线切割的多晶硅片进行研磨或湿法喷砂对多晶硅片表面进行预处理，再利用酸和碱液进行制绒以控制多晶硅片的损伤层形貌，即采用额外的酸和碱化学制绒处理方法来解决翘曲问题。但是，在所述的文献中对于喷砂处理后硅片的翘曲情况并没有进行讨论。
专利文献CN102189490A、CN102952521A、CN106272088A和 CN106409983A皆公开了利用压缩空气作为喷出流体对金刚线切割硅片进行表面处理。但是，以上所述的文献中仅针对喷砂制程参数做讨论，对于喷砂处理后硅片的翘曲情况并没有进行讨论。另外,由于金刚线多晶硅片的材料脆性及厚度超薄导致其易碎的特性,为了提高产能必须提高喷砂压力，进而导致硅片破裂的几率上升,专利文献CN101814550A、CN102832291A、CN106005886A公开了利用真空吸附的方式固定硅片以防止在喷砂过程中造成飞片，但是也限制了喷砂工艺在同一时间下对硅片的正面及背面做表面处里。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中硅片喷砂制绒后的硅片有翘曲的问题，提供一种低翘曲硅片的制造方式，特别是金刚线切割方式制造出的低翘曲多晶硅基板。本发明提供了一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法，藉由喷砂工艺调整硅片两面的制绒程度以获得一个两面具有绒面结构的硅片，且藉由对硅片两面制绒后的光泽度值来判断喷砂处理程序对硅片两面的损伤程度，进而达到控制硅片翘曲的程度，以达到减少破片发生的机率。
本发明是通过如下方案实现上述目的的：一种低翘曲硅片的制造方法，包括以下步骤：
利用喷砂工艺，对硅片表面第一面以及第二面进行喷砂处理，以获得不同翘曲程度的多晶硅片；所述第二面是与所述第一面相反一侧的面；
所述喷砂工艺为湿法喷砂，系指将水与磨料所混合的喷砂液利用泵加压经由喷嘴射出，物理的方式均匀地对硅片表面进行冲击，使硅片表面产生凹凸不平的制绒表面。
根据本发明所述的低翘曲硅片的制造方法，所述喷砂工艺中磨料为150~1000目的碳化硅或氧化铝；喷砂液为水与磨料组成，其中磨料重量占喷砂液重量的0.1~0.2；喷嘴压力为0.1~0.5MPa；喷砂液对硅片表面冲击时间为1~15min。
根据本发明所述的低翘曲硅片的制造方法，所述硅片为金刚线切割方式（固定磨粒方式）所制造出的多晶硅基板；
根据本发明所述的低翘曲硅片的制造方法，所述喷砂处理可以同时对硅片表面第一面及第二面进行喷砂处理，或是对硅片表面第一面进行喷砂处理后，再对第二面进行喷砂处理。
根据本发明所述的低翘曲硅片的制造方法，对硅片第一面和第二面进行喷砂处理后，可以利用光泽度器(Novo Gloss Trigloss Gloss Meter ， Rhopoint Instruments)以20度测量角度量测得一光泽度值(gloss)，光泽度值系指本发明之硅片表面的反光程度，光泽度不具有单位，但其数值越大，代表其反射光之强度越强，反之，数值越小，代表其反射光之强度越弱。因此，可以经由光泽度值获得喷砂处理对于硅片表面的制绒程度，即制绒程度越大，光泽度值越低。当第一面的光泽度值低于第二面(与第一面相反的一面)时，硅片呈现硅片中心高于硅片四脚的翘曲情况；反之，当第一面的光泽度值大于第二面时，硅片呈现硅片中心低于硅片四脚的翘曲情况。若第一面与第二面的光泽度值差值越大，即表示喷砂处理后的硅片翘曲越大；反之，若第一面与第二面的光泽度值差值越小，即表示喷砂处理后的硅片翘曲越小。因此，按照本发明的多晶硅基板的制造方法，可以提供一种技术，用于通过比以往简单的方法，制造一个两面具有绒面结构的硅片，且藉由对硅片两面制绒后的光泽度值来判断喷砂处理程序对硅片两面的损伤程度，进而达到控制硅片翘曲的程度。
本发明具有以下有益效果：
1）本发明在喷砂工艺中利用泵加压经由喷嘴将喷砂液射出，克服了湿法喷砂中以压缩空气为主流体将水与砂料喷出导致硅片飞片与破片的缺陷，本发明所使用的喷砂方式为不使用压缩空气作为喷出流体；
2）硅片的表面制绒程度大多以专用的反射率设备来量测，但若未经过酸刻蚀的制程，喷砂工艺后的硅片其反射率区间过小；本发明首次提出了采用检测硅片表面第一面及第二面光泽度值来判断硅片翘曲的程度的方法；
3）本发明对硅片第一面和第二面进行喷砂处理后采用光泽度计以20度测量角度量测硅片表面第一面及第二面光泽度值，通过控制喷砂处理工艺和得到的硅片表面第一面及第二面光泽度值达到控制硅片翘曲的目的；
4）本发明通过控制喷砂处理工艺并通过检测硅片表面光泽度值控制硅片翘曲度，无需额外化学制绒来解决翘曲问题；克服了在收料、包装、运送以及后续在其他制程(酸蚀刻或碱蚀刻)的入料阶段时，硅片存在破裂或隐裂的风险。
具体实施方式
实施例1
以喷砂工艺对金刚线切割后的多晶硅片表面进行制绒，利用湿法喷砂同时处理多晶硅片表面第一面及第二面，所述湿法喷砂工艺采用的磨料为400目的碳化硅，磨料重量占喷砂液重量的0.13，喷枪压力为0.3MPa，喷砂处理时间为6min，接着用去离子水喷淋清洗多晶硅片表面，以去除多晶硅片表面的残留的喷砂液，最后以鼓风机将硅片表面烘干。利用光泽度计(Novo Gloss Trigloss Gloss Meter ， Rhopoint Instruments)以20度测量角度量测硅片表面第一面及第二面，得到第一面光泽度为126.7GU(glossunit)，第二面光泽度为130.2GU，以厚薄规量测硅片翘曲值小于0.05mm。
实施例2
以喷砂工艺对金刚线切割后的多晶硅片表面进行制绒，先利用湿法喷砂处理多晶硅片表面第一面，所述湿法喷砂工艺采用的磨料为400目的碳化硅，磨料重量占喷砂液重量的0.13，喷枪压力为0.3MPa，喷砂处理时间为10min，接着再处理多晶硅片表面第二面，采用的磨料为400目的碳化硅，磨料重量占喷砂液重量的0.13，喷枪压力为0.2MPa，喷砂处理时间为10min。接着利用去离子水喷淋清洗多晶硅片表面，以去除多晶硅片表面的残留的喷砂液，最后以鼓风机将硅片表面烘干。利用光泽度计(Novo Gloss Trigloss Gloss Meter ，Rhopoint Instruments)以20度测量角度量测硅片表面第一面及第二面，得到第一面光泽度为122GU(glossunit)，第二面光泽度为153GU，以厚薄规量测硅片翘曲值为0.4mm。
实施例3
以喷砂工艺对金刚线切割后的多晶硅片表面进行制绒，先利用湿法喷砂处理多晶硅片表面第一面，所述湿法喷砂工艺采用的磨料为300目的碳化硅，磨料重量占喷砂液重量的0.11，喷枪压力为0.2MPa，喷砂处理时间为10min，接着再处理多晶硅片表面第二面，采用的磨料为300目的碳化硅，磨料重量占喷砂液重量的0.11，喷枪压力为0.1MPa，喷砂处理时间为6min。接着利用去离子水喷淋清洗多晶硅片表面，以去除多晶硅片表面的残留的喷砂液，最后以鼓风机将硅片表面烘干。利用光泽度计(Novo Gloss Trigloss Gloss Meter ，Rhopoint Instruments)以20度测量角度量测硅片表面第一面及第二面，得到第一面光泽度为148GU(glossunit)，第二面光泽度为226.5GU，以厚薄规量测硅片翘曲值为1.3mm。
对比例1
以喷砂工艺对金刚线切割后的多晶硅片表面进行制绒，利用湿法喷砂处理多晶硅片表面第一面，所述湿法喷砂工艺采用的磨料为500目的碳化硅，磨料重量占喷砂液重量的0.11，喷枪压力为0.3MPa，喷砂处理时间为12min，硅片表面第二面不处理。接着利用去离子水喷淋清洗多晶硅片表面，以去除多晶硅片表面的残留的喷砂液，最后以鼓风机将硅片表面烘干。利用光泽度计(Novo Gloss Trigloss Gloss Meter ， Rhopoint Instruments)以20度测量角度量测硅片表面第一面及第二面，得到第一面光泽度为119.8GU(glossunit)，第二面光泽度为235.8GU，以厚薄规量测硅片翘曲值为2.2mm。
对实施例1-3及其对比例1制备的多晶硅片20度量测之光泽度值与翘曲值的关系见表1所示：
表1 多晶硅片20度量测之光泽度值与翘曲值的关系
| 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 对比例一 | |
| A.第一面20度光泽度值(GU) | 126.7 | 122.0 | 148.0 | 119.8 |
| B.第二面20度光泽度值(GU)) | 130.2 | 153.0 | 226.5 | 235.8 |
| |A-B| | 3.5 | 31.0 | 78.5 | 116.0 |
| 翘曲值(mm) | <0.05 | 0.4 | 1.3 | 2.2 |
从上表的数据可以看出，采用本发明工艺范围内的实施例一~实施例三，经由喷砂工艺调控多晶硅片的第一面与第二面的20度量测之光泽度值(即制绒程度)，其硅片的翘曲值以及第一面与第二面之光泽度的差值(|A-B|)明显低于仅对硅片第一面处理的对比例一，可见采用本发明的喷砂工艺制绒方法和特定的工艺参数，可以获得经喷砂处理后的多晶硅片，不但具有减反射率的效果，而且可以有较低的翘曲值，以避免多晶硅片的破片发生。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低翘曲硅片的制造方法，其特征在于：利用喷砂工艺，对硅片表面第一面以及第二面进行喷砂处理；所述第二面是与所述第一面相反一侧的面；
所述喷砂工艺为湿法喷砂，所述湿法喷砂是指将水与磨料所混合的喷砂液利用泵加压经由喷嘴射出，均匀地对硅片表面进行冲击，使硅片表面产生凹凸不平的制绒表面；
所述湿法喷砂工艺中磨料为150～1000目的碳化硅或氧化铝；喷砂液为水与磨料组成，其中磨料重量占喷砂液重量的0.1～0.2；喷嘴压力为0.1～0.5MPa；喷砂液对硅片表面冲击时间为1～15min；
对硅片表面第一面以及第二面进行喷砂处理结束后采用光泽度计以20度测量角度量测硅片表面第一面及第二面光泽度值，并计算硅片表面第一面及第二面光泽度值的差值；
通过硅片表面第一面及第二面光泽度值的差值判断喷砂处理后的硅片翘曲值；所述硅片表面第一面及第二面光泽度值的差值越大，喷砂处理后的硅片翘曲值越大；光泽度值差值越小，喷砂处理后的硅片翘曲值越小。
2.根据权利要求1所述的低翘曲硅片的制造方法，其特征在于：所述硅片为金刚线切割方式制造出的多晶硅基板。
3.根据权利要求1所述的低翘曲硅片的制造方法，其特征在于：同时对硅片表面第一面及第二面进行喷砂处理；或是对硅片表面第一面进行喷砂处理后，再对第二面进行喷砂处理。
4.根据权利要求1所述的低翘曲硅片的制造方法，其特征在于：所述硅片表面第一面及第二面光泽度值的差值为0～80GU。
5.根据权利要求4所述的低翘曲硅片的制造方法，其特征在于：所述硅片表面第一面及第二面光泽度值的差值为0～40GU。
6.根据权利要求5所述的低翘曲硅片的制造方法，其特征在于：所述硅片表面第一面及第二面光泽度值的差值为0～10GU。
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