CN108831937A - 一种n型太阳能电池的绒面修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种N型太阳能电池绒面修饰方法，包括如下步骤：a.配置绒面修饰混合溶液，混合NaOH或KOH溶液、双氧水以及去离子水，使NaOH或KOH在混合溶液中的浓度为0.5%‑2%；双氧水在混合溶液中的浓度为2%‑4%，按质量百分比计算；b.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在70‑80℃下反应3‑5分钟。本发明能够很好的平滑金字塔绒面尖锐的顶端和棱角，提升电池效率，并减少对电池外观的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池硅片的清洗工艺，具体涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法。
背景技术
随着化石能源枯竭和环境污染问题日益严重，太阳能作为一种清洁可持续的高效能源已受到广泛关注。太阳能电池是将太阳能转变为电能的装置。提高太阳能电池光电转换效率降低其发电成本是全球光伏领域的研究热点。由于N型晶体Si具有体少子寿命长、光致衰减小、弱光响应好等优点，非常适于制作低成本高效率太阳能电池，N型太阳能电池已成为今后高效率晶体硅太阳电池的发展方向之一。现有的N型太阳能电池制备工艺如下：制绒→硼扩→刻蚀→磷扩→去BSG/PSG→ALD沉积制备氧化铝→双面镀膜→激光开槽→丝网印刷烧结→电注入→分检包装。
由上面的制作工艺可以看出，太阳能电池制备一般从制绒工艺开始，单晶硅制绒主要是利用碱的各向异性腐蚀原理，如图1所示，在一定浓度的碱液中，OH-离子优先从（100）面开始腐蚀，最后暴露出交错的（111）晶面，形成所谓的“金字塔结构”，图1中标识长度表示绒面金字塔大小。但目前形成的“金字塔”塔尖比较尖锐，其尖锐的顶角和棱边一方面很容易产生缺陷态，降低少子寿命；另一方面，磷扩散工艺会造成尖锐的金字塔顶端掺杂浓度较高，导致其表面复合加重，影响开路电压；此外，金字塔顶端和棱边也会影响后续镀膜的均匀性，产生漏电流。
目前克服上述金字塔塔尖缺陷的方法主要是利用湿法化学法平滑硅片表面金字塔结构，而湿法化学法主要有以下两种方法：一、酸腐蚀，主要是利用HNO3和HF腐蚀硅片，但其反应速率较快、不易控制且废水较难处理、综合成本高。二、碱腐蚀，主要是利用NaOH或KOH，其价格低廉，但是单纯的碱腐蚀反应速率较快，产生的气泡若不能及时脱离硅片表面，最终会在硅片表面形成雨点儿状脏污，影响外观和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N型太阳电池绒面修饰方法，其能够很好的平滑金字塔绒面尖锐的顶端和棱角，提升电池效率，并减少对电池外观的不良影响。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 配置绒面修饰混合溶液，混合NaOH或KOH溶液、双氧水以及去离子水，使NaOH或KOH在混合溶液中的浓度为0.5%-2%，双氧水在混合溶液中的浓度为2%-4%；
b. 将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在70-80℃下反应3-5分钟。
作为本发明的进一步改进为：NaOH或KOH在混合溶液中的浓度为0.5%-1%；双氧水在混合溶液中的浓度为3%-4%，按质量百分比计算。
本发明的工作原理为：利用H2O2氧化硅生成二氧化硅，利用KOH在高温下与二氧化硅反应，从而腐蚀圆滑金字塔的塔尖和棱角。
本发明中，由于采用了H2O2和KOH或NaOH为反应原料，而本发明中由于KOH或NaOH在高温下才能与二氧化硅反应，从而腐蚀圆滑金字塔的塔尖和棱角，但过高温度会使H2O2急速分解，因此为了达到反应的平衡，反应温度控制在70-80℃。
本发明中，通过调控碱和双氧水的浓度、配比以及反应的温度和时间，使两种反应在特定的环境下形成可控反应和平衡反应，从而精确控制单晶硅金字塔绒面的变化，使之既能平滑金字塔尖锐的顶角和棱边，也不会使反射率明显上升，从而影响电池的电流和效率。具体为：本发明中，采用H2O2进行氧化反应，而H2O2氧化性较弱，使氧化反应趋于相对温和，从而便于控制氧化反应的速率。同时氧化反应的速率还跟H2O2浓度有关，H2O2浓度过低，会使二氧化硅层形成较慢，碱直接腐蚀硅片，造成外观不良；H2O2浓度过高，会大大延长反应时间，影响生产效率。本发明中为了与KOH或NaOH的腐蚀反应形成反应平衡，同时为了达到理想的反应状态和时间，本发明中H2O2的浓度控制为2%-4%。
本发明中由于采用KOH或NaOH进行腐蚀反应，而KOH或NaOH浓度过低，则腐蚀速率极慢；KOH或NaOH浓度过高，则反应速率太快，使硅片抛光且造成外观不良，因此KOH或NaOH浓度控制在0.5%-2%，同时与H2O2的氧化反应形成动态反应平衡。
在选定原料和原料浓度，设定反应温度情况下，本发明还进一步控制反应时间为3-5分钟，而在本发明中反应时间太短，则造成腐蚀不充分，效果不明显；反应时间太长，则金字塔绒面被腐蚀破坏，影响电池效率。
因此，在上述制备工艺条件下，本发明可以制备出没有尖锐的顶角和棱边的单晶硅形貌，降低缺陷态密度，提高少子寿命，而且KOH或NaOH和H2O2还可以进一步起到对NH3.H2O和H2O2的混合水溶液的二次清洗作用，去除硅片表面的杂质，提升填充。
另外，H2O2分解后变成H2O和O2，是无污染的氧化剂。而本工艺使用的KOH或NaOH以及H2O2成本较低，废水易于处理，非常适合工业化应用。
说明书附图
图1为单晶硅制绒后形成的“金字塔”结构的镜相图；
图2为实施例二经绒面修饰后形成的“金字塔”结构的镜相图；
图3为对比例一经绒面修饰后形成的“金字塔”结构的镜相图；
图4为对比例二经绒面修饰后形成的“金字塔”结构的镜相侧面图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，包括如下步骤：
1.配置绒面修饰溶液，由KOH溶液、双氧水以及去离子水混合而成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为0.5%，双氧水浓度为2.5%；2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在78℃下反应4分钟。
如下表格所示：经本发明中配置的绒面修饰溶液修饰、清洗后的N型太阳能电池，由于平滑了表面金字塔顶端和棱边以及进一步去除了表面的杂质，减少了表面的复合且有利于扩散及钝化，使填充有所提升，本发明制备的N型电池效率较常规工艺提升效率0.04%，漏电也略有改善，整体优势明显。
表格中，对比组为常规工艺制备的N型电池，实验组为经本案申请清洗过后制备的N型电池。
实施例2：
本实施例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，包括如下步骤：
1.配置绒面修饰溶液，由KOH溶液、双氧水以及去离子水混合而成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为0.7%，双氧水浓度为3%；2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在78℃下反应4分钟。
如下表格所示：经本发明中配置的绒面修饰溶液修饰、清洗后的N型太阳能电池，由于平滑了表面金字塔顶端和棱边以及进一步去除了表面的杂质，减少了表面的复合且有利于扩散及钝化，使填充有所提升，本发明制备的N型电池效率较常规工艺提升效率0.06%，漏电也略有改善，整体优势明显。
表格中，对比组为常规工艺制备的N型电池，实验组为经本案申请清洗过后制备的N型电池。
实施例3：
本实施例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，包括如下步骤：
1.配置绒面修饰溶液，由KOH溶液、双氧水以及去离子水混合而成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为1%，双氧水浓度为3%；2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在75℃下反应3.5分钟。如下表格所示：经本发明处理过的N型太阳能电池，使开路电压、填充有所提升，本发明制备的N型电池效率较常规工艺效率提升0.09%，漏电也略有改善，整体优势明显。
如图2所示，观察表面形貌，硅片表面金字塔结构较为平滑，没有尖锐的顶端和棱边。
实施例4：
本实施例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，包括如下步骤：
1.配置绒面修饰溶液，由KOH溶液、双氧水以及去离子水混合而成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为1%，双氧水浓度为4%；2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在78℃下反应4分钟。
如下表格所示：经本发明中配置的绒面修饰溶液修饰、清洗后的N型太阳能电池，由于平滑了表面金字塔顶端和棱边以及进一步去除了表面的杂质，减少了表面的复合且有利于扩散及钝化，使填充有所提升，本发明制备的N型电池效率较常规工艺提升效率0.07%，漏电也略有改善，整体优势明显。
表格中，对比组为常规工艺制备的N型电池，实验组为经本案申请清洗过后制备的N型电池。
实施例5：
本实施例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，其完整步骤如下：
1.配置绒面修饰溶液，由NaOH溶液、双氧水以及去离子水混合而成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为2%，双氧水浓度为4%；2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在72℃下反应3分钟。3.将反应后的硅片在去离子水中清洗干净；4.将清洗后的硅片放入15%的HF水溶液中，去除表面氧化层；
5.将酸洗后的硅片用去离子水清洗干净并烘干。
如下表格所示：经本发明处理过的N型太阳能电池，较常规工艺效率提升0.05%，漏电也略有改善，整体优势明显。
对比例1：
本对比例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，其完整步骤如下：
1、配置绒面修饰溶液，由NaOH溶液、双氧水以及去离子水混合组成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为0.1%，双氧水浓度为3%； 2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在78℃下反应4分钟；
3.将反应后的硅片在去离子水中清洗干净；
4.将清洗后的硅片放入15%的HF水溶液中，去除表面氧化层；
5.将酸洗后的硅片用去离子水清洗干净并烘干。
观察表面形貌，如图3所示，硅片表面的金字塔结构经修饰清洗后，形状明显改变，但依然有尖锐的顶端和棱边。
对比例2：
本对比例涉及一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，其完整步骤如下：
1、配置绒面修饰溶液，由NaOH溶液、双氧水以及去离子水混合组成，其中：按质量百分比计，混合溶液中KOH浓度为5%，双氧水浓度为5%；2.将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在70℃下反应4分钟；
3.将反应后的硅片在去离子水中清洗干净；
4.将清洗后的硅片放入15%的HF水溶液中，去除表面氧化层；
5.将酸洗后的硅片用去离子水清洗干净并烘干。
观察表面形貌，如图4所示，上面数值说明金字塔塔背完全腐蚀掉并造成了抛光现象。即由于碱浓度过高，硅片表面的金字塔结构已经被严重破坏，反射率明显上升，电池效率下降。且由于碱浓度过高，反应过于剧烈，使腐蚀反应产生的气泡不能及时释放，造成硅片镀膜后有雨点状白斑，造成电池外观不良。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种N型太阳能电池的绒面修饰方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 配置绒面修饰混合溶液，混合NaOH或KOH溶液、双氧水以及去离子水，使NaOH或KOH在混合溶液中的浓度为0.5%-2%；双氧水在混合溶液中的浓度为2%-4%，按质量百分比计算；
b. 将制绒清洗后的硅片放入上述混合液中，在70-80℃下反应3-5分钟。
2.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的绒面修饰方法，其特征在于，NaOH或KOH在混合溶液中的浓度为0.5%-1%；双氧水在混合溶液中的浓度为3%-4%，按质量百分比计算。
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