CN109166798A - 一种金刚石线锯切割硅片的表面相变处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种金刚石线锯切割硅片的表面相变处理方法，包括单晶硅片与多晶硅片，其特征是将金刚石线锯切割硅片在氮‑氢或氩‑氢混合气氛中以≥30℃/min的速率加热到600～1100℃温度，保温0.5~3小时，然后随炉降温至<200℃出炉。本发明可使金刚石线锯切割硅片适合于常规湿法制绒，制绒后多晶硅片表面光反射率降低到19～21%水平，如表1所示；所得多晶硅绒面微观形貌均匀、圆整，切割纹痕消除，如图1所示；制绒后单晶硅表面光反射率降低到11～12%水平，所得单晶硅绒面微观形貌发布均匀。本方法过程简单易行，成本低廉，适合于规模化生产应用。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳电池技术领域，涉及金刚石切割的太阳电池用硅片的表面减反射刻蚀制绒处理。
背景技术
当前用于晶体硅太阳电池制造的硅片开始普遍采用金刚石线锯切割，在切割速率、成本、质量上都有显著优势。但它在太阳电池片生产上的应用发展却面临与常规湿法制绒技术不兼容的严重障碍：对单晶硅片而言制绒后得到的绒面微观形貌不均匀；对多晶硅片而言，还有减反射效果不足和残留明显的切割痕问题。
目前已有一些不同的制绒技术可用来解决金刚石线锯切割多晶硅片的制绒问题。例如基于等离子体气氛反应刻蚀（国际上一般称RIE技术）的干法制绒技术，但该技术设备复杂昂贵，工艺上还依赖氟化物类特殊气体原料，成本过高；再如基于纳米贵金属颗粒催化的湿法刻蚀制绒技术（业内一般称湿法黑硅技术），但它需要替代更新产线设备，工艺成本高，且难以稳定；再如基于混合酸蒸气刻蚀作用的气相刻蚀制绒技术（中国发明专利201410311173.5）和基于凝结混合酸蒸气的微液滴刻蚀制绒技术（中国发明专利201510956665.4），但它们均需要开发专门设备，涉及附加设备成本。这些方法都不是直接解决金刚石线锯切割硅片与现行常规湿法制绒技术的兼容问题，而需另行投资、增加成本来替代现行常规湿法制绒技术，而且所得绒面结构也存在与后续太阳电池制作过程的适配性问题，往往需要实验调整后续全程工艺。单晶硅片的解决方法相对简单一些，采用向常规湿法制绒槽内加入化学添加剂的方法可以达到良好效果；多晶硅片也有类似采用化学添加剂的解决方案，有一定的解决效果。但它们都带来附加环境负荷，增加排放废液处理成本，也不尽理想。
现有太阳电池用单晶硅片与多晶硅片的常规化学湿法制绒技术是过去为砂浆线锯切割硅片开发的，多年来成功用于太阳电池制造。金刚石线锯切割硅片与之差异应该只在于表面。采用一种低成本的处理方法对金刚石切割硅片表面进行改性，使之能够适合于常规湿法制绒技术，在现有产线设备条件下得到满足要求的减反射绒面，显然是最为理想的。但目前尚没有这样的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚石线锯切割太阳电池用硅片的处理方法，使之能够适合于常规湿法制绒技术，在现有常规湿法制绒产线设备条件下得到满足现行太阳电池生产要求的减反射绒面。
要实现这样的目的，首先需要研究理解金刚石切割硅片表面的理化与结构特性、与砂浆线锯切割硅片的差异和其常规湿法制绒失效的原因。金刚石线锯切割产生的硅片表面密布大量的表面光滑的金刚石划痕。发明人经过微观分析检测推断：划痕表面层由于金刚石尖的切割和碾压，已转变为非晶相；发明人由硅熔体的密度大于硅晶体这一事实进一步推断：上述处在金刚石尖切割和碾压条件下形成的非晶硅相的密度高于晶体硅，从而其耐刻蚀性能高于晶体硅，这使得这些光滑的划痕表面难以在常规湿法制绒中形成绒面结构所需要的刻蚀形貌，与此同时，在划痕之间或划痕中断的脆性崩落区域刻蚀则相对更易地进行。这是金刚石线锯切割硅片常规湿法制绒不均匀和减反射效果不良的原因。而砂浆切割多晶硅片表面则完全密布这种脆性崩落区，所以它能够适合于常规湿法制绒。
基于上述分析检测和推断，本发明提出通过一种表面相变处理使金刚石划痕表面非晶层发生晶化相变，同时使表面相变区域发生局部膨胀形成微裂纹，使金刚石线锯切割多晶硅片表面结构特性变得能够与常规湿法制绒技术兼容。这一方法效果得到了实验证实，见图1。
本发明所述的一种金刚石线锯切割硅片的表面相变处理方法为：将金刚石线锯切割硅片以≥30℃/min的速度加热到600～1100℃，保温0.5~3小时，然后自然随炉降温至<200℃出炉。
所述的处理过程中硅片所处气氛为氮气与氢气或氩气与氢气的混合气体，其中氢气的体积百分比为1～10%。
本发明所述表面相变处理可使金刚石线锯切割硅片表面非晶硅层发生晶化相变，消除其表面非晶带，从而使金刚石线锯切割硅片适合于常规湿法制绒。经此处理后再进行常规湿法制绒，所得单晶硅片表面光反射率降低到11～12%；所得多晶硅片表面光反射率降低到19～21%，如表1所示。表面相变处理工艺过程简单易行，成本低廉，适合于规模化生产应用。
附图说明
图1为经本发明所述表面处理（实施例1）后再进行常规湿法制绒后的金刚石线锯切割多晶硅片表面显微形貌（扫描电子显微镜照片）。显示其表面密布大小和形状较为均匀圆整的蚀坑，切割纹痕完全消除。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
将金刚石线锯切割多晶硅片样品在石英管式炉中95%氩气-5%氢气混合气氛下，以平均50℃/min的速度加热至1000℃保温1小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在常规多晶硅片湿法制绒条件下刻蚀1.5分钟、稀碱溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
实施例2。
将金刚石线锯切割多晶硅片样品在石英管式炉中95%氮气-5%氢气混合气氛下，以平均50℃/min的速度加热至700℃保温3小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在常规多晶硅片湿法制绒条件下刻蚀1.5分钟、稀碱溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
实施例3。
将金刚石线锯切割多晶硅片样品在石英管式炉中90%氮气-10%氢气混合气氛下，以平均30℃/min的速度加热至1100℃保温0.5小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在常规多晶硅片湿法制绒条件下刻蚀1.5分钟、稀碱溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
实施例4。
将金刚石线锯切割多晶硅片样品在石英管式炉中99%氮气-1%氢气混合气氛下，以平均30℃/min的速度加热至700℃保温2小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在常规多晶硅片湿法制绒条件下刻蚀1.5分钟、稀碱溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
实施例5。
将金刚石线锯切割多晶硅片样品在石英管式炉中99%氮气-1%氢气混合气氛下，以平均30℃/min的速度加热至600℃保温3小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在常规多晶硅片湿法制绒条件下刻蚀1.5分钟、稀碱溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
实施例6。
将金刚石线锯切割单晶硅片样品在石英管式炉中95%氮气-5%氢气混合气氛下，以平均50℃/min的速度加热至900℃保温1小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在常规单晶硅片湿法制绒条件下刻蚀2分钟、稀酸溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
实施例7。
将金刚石线锯切割单晶硅片样品在石英管式炉中95%氮气-5%氢气混合气氛下，以平均50℃/min的速度加热至1000℃保温0.5小时，随后断电，随炉降温至200℃以下出炉。将此样品在单晶硅片常规湿法制绒条件下刻蚀2分钟、稀酸溶液漂洗、纯水漂洗、烘干，然后进行表面光反射率测量。
表1为金刚石线锯切割多晶硅片原始表面光反射率及经本发明方法处理后以常规湿法制绒后的表面光反射率（以400～900纳米波长范围光的反射率的平均值衡量）。
表1
Claims (1)
1.一种金刚石线锯切割硅片的表面相变处理方法，其特征是将金刚石线锯切割多晶硅片在氮气与1～10%氢气或氩气与1～10%氢气的混合气体中以≥30℃/min的速率加热到600～1100℃温度，保温0.5~3小时，然后自然缓慢降温至<200℃出炉。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220042842A (ko) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 고려대학교 산학협력단 | 태양전지 기판의 습식 텍스쳐링 방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104480532A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种金刚线切割多晶硅片的制绒预处理方法和制绒预处理硅片及其应用 |
| CN105679882A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-06-15 | 盐城阿特斯协鑫阳光电力科技有限公司 | 一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法 |
| CN106087070A (zh) * | 2016-07-11 | 2016-11-09 | 吕铁铮 | 一种金刚线硅片重结晶湿法制绒的方法 |
| CN106340569A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-01-18 | 南昌大学 | 一种金刚石线锯切割太阳电池用多晶硅片制绒的预处理方法 |
| CN106400122A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-15 | 杭州太能硅业有限公司 | 一种金刚线切割多晶硅片的制绒预处理方法及制绒方法 |
-
2018
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104480532A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种金刚线切割多晶硅片的制绒预处理方法和制绒预处理硅片及其应用 |
| CN105679882A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-06-15 | 盐城阿特斯协鑫阳光电力科技有限公司 | 一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法 |
| CN106087070A (zh) * | 2016-07-11 | 2016-11-09 | 吕铁铮 | 一种金刚线硅片重结晶湿法制绒的方法 |
| CN106340569A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-01-18 | 南昌大学 | 一种金刚石线锯切割太阳电池用多晶硅片制绒的预处理方法 |
| CN106400122A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-15 | 杭州太能硅业有限公司 | 一种金刚线切割多晶硅片的制绒预处理方法及制绒方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220042842A (ko) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 고려대학교 산학협력단 | 태양전지 기판의 습식 텍스쳐링 방법 |
| KR102514017B1 (ko) * | 2020-09-28 | 2023-03-23 | 고려대학교 산학협력단 | 태양전지 기판의 습식 텍스쳐링 방법 |
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