CN109273557B - 一种太阳能电池用硅片的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：a)提供太阳能电池用硅片，所述太阳能电池用硅片包括硅基体、位于所述硅基体的第一主表面的第一多晶硅薄膜以及位于所述硅基体的第二主表面的第二多晶硅薄膜，所述第一多晶硅薄膜的厚度大于所述第二多晶硅薄膜的厚度，所述硅基体的第二主表面与所述硅基体的第一主表面相对；b)对所述太阳能电池用硅片的第二多晶硅薄膜进行离子蚀刻，以除去所述第二多晶硅薄膜且在所述太阳能电池用硅片的第二主表面上形成绒面。该方法属于干法方法，即通过反应离子刻蚀去除第二主表面及侧面的多晶硅薄膜，相比于传统化学湿法，工艺稳定性好，可重复性及可控度高，还可以提升电池性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池用硅片的处理方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池要想获得高效率，其晶体硅基体表面必须具有良好的钝化将少数载流子的表面复合速率控制到最小，从而获得较高的开压、电流和填充因子。硅表面钝化的常用手段主要是利用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、多晶硅等单层或多层介质膜结构通过将硅基体表面的悬挂键浓度降低来抑制表面复合速率。
而近几年来，多晶硅薄膜备受关注，因为通过在硅基体的背面生长一层超薄的氧化层和一层掺杂的多晶硅薄膜，而多晶硅作为金属电接触的缓冲层，可以实现很好的钝化接触性能，电池效率可达到25.1％。但目前规模化的工业生产都用管式的低压化学气相沉积(LPCVD)或者等离子化学气相沉积(PECVD)的等设备生长多晶硅薄膜。但在生长单面多晶硅薄膜的时候，在另外一面都具有一定的绕镀。通常都是采用湿法化学的方法将其以去除，但湿法化学清洗方法本身就具有工艺稳定性差，可重复性及可控度低等缺陷，一直困扰着整个行业的发展。
化学清洗不稳定的原因主要有以下几个方面：
1)化学品的稳定性，不同批次的化学品本身浓度就会不同，同一批次也可能不同，因为化学品的浓度都有一个的范围；
2)环境温度，车间的温度通常也在一定范围浮动，因而会影响到水的温度，进而影响到工艺的反应速率会有不同；
3)补液问题，如果采用自动清洗机，清洗到一定片数后，化学品的浓度不够，需要补液，而补液量大小也会影响反应速率；
4)人为问题，如果采用人工清洗，每个人的操作手法和反应时间也有不同，进而影响真实反应时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池用硅片的处理方法，该方法属于干法方法，即通过反应离子刻蚀去除绕镀的多晶硅薄膜层，相比于传统化学湿法，工艺稳定性好，可重复性及可控度高，还可以提升电池性能。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：
a)提供太阳能电池用硅片，所述太阳能电池用硅片包括硅基体、位于所述硅基体的第一主表面的第一多晶硅薄膜以及位于所述硅基体的第二主表面的第二多晶硅薄膜，所述第一多晶硅薄膜的厚度大于所述第二多晶硅薄膜的厚度，所述硅基体的第二主表面与所述硅基体的第一主表面相对；
b)对所述太阳能电池用硅片的第二多晶硅薄膜进行离子蚀刻，以除去所述第二多晶硅薄膜且在所述太阳能电池用硅片的第二主表面上形成绒面。
进一步的，在所述硅基体的两个侧面分别具有第三多晶硅薄膜和第四多晶硅薄膜。
所述第一多晶硅薄膜的厚度为500nm以下，优选地，所述第三多晶硅薄膜和第四多晶硅薄膜的厚度为500nm以下。
绕镀(第二多晶硅薄膜)的膜厚是随着位置的变化而变化的，最厚的地方和背面的厚度相同，薄的地方可能厚度为零，即没有被绕镀上薄膜。通常来说，是从硅基体的边缘到中心越来越薄，直至变为0，通常绕镀的厚度优选上述范围。
优选地，离子蚀刻时采用含有氟离子和氧离子的反应离子刻蚀系统，其中SF6的气体流量为5000sccm以下，气体O2的气体流量为10000sccm以下，Cl2的气体流量为2000sccm以下，反应离子刻蚀设备的功率为5000W以下；反应离子刻蚀设备内的压力为100Pa以下；刻蚀时间为500s以下。
反应离子刻蚀系统的参数设定与绕镀面多晶硅厚度有关，可依据不同的厚度需要作出一定的调整。
因此，采用干法清洗，只要控制好气体流量、功率、压力等几个参数，就可以严格一直地控制好反应速率。
优选地，所述第二多晶硅薄膜位于所述硅基体的正面，其是在硅基体背面采用气相沉积第一多晶硅薄膜时形成的。
所述气相沉积优选包括低压化学气相沉积法(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积法(PECVD)沉积。
优选地，所述第一多晶硅薄膜为不含掺杂源的多晶硅薄膜、掺杂磷的多晶硅薄膜和掺杂硼的多晶硅薄膜中的一种单层膜或其中几种的叠层膜。
进一步地，所述硅基体与所述第一多晶硅薄膜之间还设有钝化介质层。
优选地，所述钝化介质层为氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜，其厚度为0.5nm～10nm。
优选地，所述钝化介质层采用低温炉管氧化工艺、硝酸氧化工艺、臭氧氧化工艺、ALD、CVD(如PECVD、LPCVD)在清洗后硅片的表面上制备超薄钝化介质层。
作为本发明一种优选的实施方式，上述太阳能电池用硅片的处理方法，具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体，清洗；
S2：采用气相沉积法在硅基体的第一主表面上沉积第一多晶硅薄膜，同时在第二主表面上形成第二多晶硅薄膜；
S3：将第二多晶硅薄膜向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜的同时，在第二主表面上形成绒面。
作为上述一种优选的实施方式的改进，上述太阳能电池用硅片的处理方法，具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体，清洗；
S1’：在硅基体的第一主表面上设置钝化介质层；
S2：采用气相沉积法在钝化介质层上沉积第一多晶硅薄膜，同时在第二主表面上形成第二多晶硅薄膜；
S3：将第二多晶硅薄膜向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜的同时，在第二主表面上形成绒面。
作为本发明另外一种优选的实施方式，上述太阳能电池用硅片的处理方法，具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体，清洗；
S2：采用气相沉积法在硅基体的第一主表面上沉积第一多晶硅薄膜，同时在第二主表面上形成第二多晶硅薄膜，并在硅基体的两侧面分别形成第三多晶硅薄膜和第四多晶硅薄膜；
S3：将第二多晶硅薄膜向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜、第三多晶硅薄膜和第四多晶硅薄膜的同时，在第二主表面上形成绒面。
作为上述优选的另外一种实施方式的改进，
S1：选取硅基体，清洗；
S1’：在硅基体的第一主表面上设置钝化介质层；
S2：采用气相沉积法在钝化介质层上沉积第一多晶硅薄膜，同时在第二主表面上形成第二多晶硅薄膜，并在硅基体的两侧面分别形成第三多晶硅薄膜和第四多晶硅薄膜；
S3：将第二多晶硅薄膜向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜、第三多晶硅薄膜和第四多晶硅薄膜的同时，在第二主表面上形成绒面。
在上述太阳能电池用硅片的处理方法的各步骤中：
步骤S1中，清洗一般采用HCl+H2O2及HF药液等处理表面。
步骤S2中，多晶硅薄膜包括本征多晶硅薄膜、非本证多晶硅薄膜、磷掺杂多晶硅薄膜或硼掺杂多晶硅薄膜，其中磷掺杂多晶硅薄膜或硼掺杂多晶硅薄膜可以采用离子注入机进行硼(B)注入或直接进行磷掺杂制备磷掺杂多晶硅薄膜或硼掺杂多晶硅薄膜。
步骤S3中，将绕镀(第二多晶硅薄膜)向上放置于反应离子刻蚀设备中，以去除绕镀及侧面的多晶硅薄膜，同时在第二主表面上形成绒面。因为反应离子刻蚀可以和多晶硅薄膜及硅基体同时反应，且和多晶硅薄膜反应速率更快，这样反应离子刻蚀不仅去除了绕镀的多晶硅薄膜，侧面的多晶硅薄膜也可以反应掉了，还可以实现对绕镀的制绒。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用干法方式替代传统化学湿法方法，可以使得整个制程工艺稳定性更好，可重复性及可控度更高，还可以提升电池性能；
(2)同时，本发明方法在去除绕镀的多晶薄膜同时，在第二主表面上形成了小尺寸的制绒面，省去了制绒工艺步骤，同时增加了整个的绒面面积，增加了光的吸收，从而有利于进一步制备成的电池具有更低的接触电阻和较高的短路电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是实施例1-2中太阳能电池用硅片处理前的太阳能电池示意图；
图2是实施例1-2中太阳能电池用硅片处理后的太阳能电池示意图；
图3是实施例3-4中反应离子刻蚀绕镀清洗后的太阳能电池示意图；
其中1为反应离子刻蚀形成的制绒面，1、绒面，2、硅基体，201、第一主表面，202、第二主表面，3、钝化介质层，4、第一多晶硅薄膜(Poly-Si)，5、第二多晶硅薄膜，6、第三多晶硅薄膜，7、第四多晶硅薄膜。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供的太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：
a)提供太阳能电池用硅片，太阳能电池用硅片包括硅基体2、位于硅基体2的第一主表面201的第一多晶硅薄膜4以及位于硅基体2的第二主表面202的第二多晶硅薄膜5，第一多晶硅薄膜4的厚度大于第二多晶硅薄膜5的厚度，硅基体2的第二主表面202与硅基体2的第一主表面201相对；
b)对太阳能电池用硅片的第二多晶硅薄膜5进行离子蚀刻，以除去第二多晶硅薄膜5且在太阳能电池用硅片的第二主表面202上形成绒面1。
在硅基体2的两个侧面分别具有第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7,如图1所示。
经上述处理后的晶体硅的结构示意图如图2所示，包括硅基体2，硅基体2的第一主表面(背面)上设有第一多晶硅薄膜4，在第一多晶硅薄膜4反面的硅基体2的第二主表面202是反应离子刻蚀形成的绒面1。
在实现步骤b)的过程中，一种可能的实现方式是，将太阳能电池用硅片置于离子蚀刻设备中，对第二多晶硅薄膜5进行离子蚀刻。可以通过多个步骤除去第二多晶硅薄膜5、第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，也可以通过调整离子蚀刻设备的结构和/或工艺参数，通过一个步骤就除去第二多晶硅薄膜5、第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7。
实施例2
本实施例提供的太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：
S1、清洗：对硅基体2进行清洗处理；
S2、制备多晶硅薄膜：在等离子增强化学沉积(PECVD)设备中，采用600℃温度生长在硅基体2的第一主表面201(背面)生长一层未掺杂70nm第一多晶硅薄膜4，同时在第二主表面202(正面)形成第二多晶硅薄膜5，其厚度在0～70nm，在侧面分别形成第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，其厚度为70nm，如图1所示；
S3、离子刻蚀：将第二多晶硅薄膜5向上放置于反应离子刻蚀机中，去除第二多晶硅薄膜5及侧面的第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，同时在第二主表面202形成绒面1。
工艺条件为：SF6：1100sccm，气体O2：2300sccm，气体Cl2：550sccm，功率：1600W；压力：2.8Pa；刻蚀时间：100s。
经上述处理后的晶体硅的结构示意图如图2所示，包括硅基体2，硅基体2的第一主表面201(背面)上设有第一多晶硅薄膜4，在第一多晶硅薄膜4反面的硅基体2的第二主表面202是反应离子刻蚀形成的绒面1。
实施例3
本实施例提供的太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：
S1、清洗：对硅基体2进行清洗处理；
S1’、原子沉积(ALD)介质层：采用原子沉积(ALD)设备中在硅基体2的第一主表面201上原位生长一层1.0nm的二氧化硅(SiO2)和氧化钛(TiO2)叠层的钝化介质层3；
S2、制备多晶硅薄膜：在低压化学沉积(LPCVD)设备中，采用610℃温度在钝化介质层3表面生长一层掺杂磷的100nm第一多晶硅薄膜4，同时在在第二主表面202形成第二多晶硅薄膜5，其厚度在0～100nm，在侧面分别形成第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，其厚度为100nm；
S3、离子刻蚀：将第二多晶硅薄膜5向上放置于反应离子刻蚀机中，去除第二多晶硅薄膜5及侧面的第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，同时在第二主表面202形成绒面1；
工艺条件为：SF6：1300sccm，气体O2：2000sccm，气体Cl2：650sccm，功率：1600W；压力：2.8Pa；刻蚀时间：180s。
经上述处理后的晶体硅的结构示意图如图3所示，包括硅基体2，硅基体2的背面上设有钝化介质层3，在钝化介质层3上设有第一多晶硅薄膜4，在第一多晶硅薄膜4反面的硅基体2的第二主表面202是反应离子刻蚀形成的绒面1。
实施例4
本实施例提供的太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：
S1、清洗：对硅基体2进行清洗处理；
S1’、低压化学沉积(LPCVD)介质层：在硅基体2的第一主表面201上采用低压化学沉积(LPCVD)设备原位生长1.2nm的钝化介质层3(SiO2)；
S2、制备多晶硅薄膜：在低压化学沉积(LPCVD)生长介质层之后，在同一设备中，在温度为620℃生长一层不含磷的80nm第一多晶硅薄膜4和一层掺杂磷的100nm第一多晶硅薄膜4，同时在第二主表面202形成第二多晶硅薄膜5，其厚度在0～180nm，在侧面形成第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，其厚度为180nm；
多晶硅掺杂：采用离子注入机进行磷(P)注入，掺杂剂量为3E15atoms/cm2；
S3、离子刻蚀：将第二多晶硅薄膜5向上放置于反应离子刻蚀机中，去除第二多晶硅薄膜5及侧面的第三多晶硅薄膜6和第四多晶硅薄膜7，同时在第二主表面202形成绒面1；
工艺条件为：SF6：1200sccm，气体O2：2100sccm，气体Cl2：600sccm，功率：1500W；压力：3.0Pa；刻蚀时间：130s。
经上述处理后的晶体硅的结构示意图如图3所示，包括硅基体2，硅基体2的背面上设有钝化介质层3，在钝化介质层3上设有第一多晶硅薄膜4，在第一多晶硅薄膜4反面的硅基体2的第二主表面202是反应离子刻蚀形成的绒面1。
制绒后硅基体的表面反射率约为11.9％，在反应离子刻蚀后，表面反射率可以降低到3.6％，而二者在后续工艺及镀膜后，最终反射率分别为2.0％和1.3％，以及二者在方阻为65ohm/sq发射结表面的接触电阻分别为0.5ohm和0.3ohm。
因此，本发明采用干法方式替代传统化学湿法方法，可以使得整个制程工艺稳定性更好，可重复性及可控度更高，还可以提升电池性能；同时，本发明方法在去除绕镀面多晶薄膜时，在该面上形成了小尺寸的制绒面，省去了制绒工艺步骤，同时增加了整个的绒面面积，降低了表面反射率，增加了光的吸收，从而有利于进一步制备成的电池具有更低的接触电阻和较高的短路电流。
上述实施例为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。
Claims (11)
1.一种太阳能电池用硅片的处理方法，包括以下步骤：
a)提供太阳能电池用硅片，所述太阳能电池用硅片包括硅基体(2)、位于所述硅基体(2)的第一主表面(201)的第一多晶硅薄膜(4)以及位于所述硅基体(2)的第二主表面(202)的第二多晶硅薄膜(5)，所述第一多晶硅薄膜(4)的厚度大于所述第二多晶硅薄膜(5)的厚度，所述硅基体(2)的第二主表面(202)与所述硅基体(2)的第一主表面(201)相对；
b)对所述太阳能电池用硅片的第二多晶硅薄膜(5)进行离子蚀刻，以除去所述第二多晶硅薄膜(5)且在所述太阳能电池用硅片的第二主表面(202)上形成绒面(1)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是：在所述硅基体(2)的两个侧面分别具有第三多晶硅薄膜(6)和第四多晶硅薄膜(7)。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是：所述第一多晶硅薄膜(4)的厚度为500nm以下。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是：所述第三多晶硅薄膜(6)和第四多晶硅薄膜(7)的厚度为500nm以下。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是：离子蚀刻时采用含有氟离子和氧离子的反应离子刻蚀系统，其中SF6的气体流量为5000sccm以下，气体O2的气体流量为10000sccm以下，Cl2的气体流量为2000sccm以下，反应离子刻蚀设备的功率为5000W以下；反应离子刻蚀设备内的压力为100Pa以下；刻蚀时间为500s以下。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是：所述第一多晶硅薄膜(4)为不含掺杂源的多晶硅薄膜、掺杂磷的多晶硅薄膜和掺杂硼的多晶硅薄膜中的一种单层膜或其中几种的叠层膜。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是：所述硅基体(2)与所述第一多晶硅薄膜(4)之间还设有钝化介质层(3)；所述钝化介质层(3)为氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜，其厚度为0.5nm～10nm。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体(2)，清洗；
S2：采用气相沉积法在硅基体(2)的第一主表面(201)上沉积第一多晶硅薄膜(4)，同时在第二主表面(202)上形成第二多晶硅薄膜(5)；
S3：将第二多晶硅薄膜(5)向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜(5)的同时，在第二主表面(202)上形成绒面(1)。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体(2)，清洗；
S1’：在硅基体(2)的第一主表面(201)上设置钝化介质层(3)；
S2：采用气相沉积法在钝化介质层(3)上沉积第一多晶硅薄膜(4)，同时在第二主表面(202)上形成第二多晶硅薄膜(5)；
S3：将第二多晶硅薄膜(5)向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜(5)的同时，在第二主表面(202)上形成绒面(1)。
10.根据权利要求2所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体(2)，清洗；
S2：采用气相沉积法在硅基体(2)的第一主表面(201)上沉积第一多晶硅薄膜(4)，同时在第二主表面(202)上形成第二多晶硅薄膜(5)，并在硅基体(2)的两侧面分别形成第三多晶硅薄膜(6)和第四多晶硅薄膜(7)；
S3：将第二多晶硅薄膜(5)向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜(5)、第三多晶硅薄膜(6)和第四多晶硅薄膜(7)的同时，在第二主表面(202)上形成绒面(1)。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池用硅片的处理方法，其特征是具体包括以下步骤：
S1：选取硅基体(2)，清洗；
S1’：在硅基体(2)的第一主表面(201)上设置钝化介质层(3)；
S2：采用气相沉积法在钝化介质层(3)上沉积第一多晶硅薄膜(4)，同时在第二主表面(202)上形成第二多晶硅薄膜(5)，并在硅基体(2)的两侧面分别形成第三多晶硅薄膜(6)和第四多晶硅薄膜(7)；
S3：将第二多晶硅薄膜(5)向上置于反应离子刻蚀设备中，调整反应离子刻蚀设备的各项参数，在去除第二多晶硅薄膜(5)、第三多晶硅薄膜(6)和第四多晶硅薄膜(7)的同时，在第二主表面(202)上形成绒面(1)。
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