CN109860083A - 用于晶硅制绒的链式设备及单面倒金字塔制绒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于晶硅制绒的链式设备及单面倒金字塔制绒的制备方法，所述链式设备包括沿晶硅的移动方向依次排列的制绒槽、分片装置、去金属槽、背抛光槽、清洗槽和烘干槽，所述分片装置用于将上下叠置的两个硅片分离并传送至所述去金属槽中。本发明的链式设备能够对单晶硅和多晶硅进行制绒，解决了现有的链式设备用途单一的问题，且能够实现单面倒金字塔制绒和背抛工艺，节省了工艺流程，降低了太阳能电池的制造成本。

Description

用于晶硅制绒的链式设备及单面倒金字塔制绒的制备方法

技术领域

本发明涉及晶硅制绒领域，具体涉及一种用于晶硅制绒的链式设备及单面倒金字塔制绒的制备方法。

背景技术

为了提高晶硅太阳能电池的转换效率，通常需要在晶硅太阳能电池表面进行制绒，来降低太阳能电池表面的反射率，进而提高太阳能电池的短路电流。

图1是现有技术的用于多晶硅制绒的链式设备的立体示意图，图2是图1所示的链式设备的俯视图。如图1和2所示，链式设备1包括放置在地面上的支架11，以及安装在支架11上的链式传动系统12和槽体13。槽体13包括沿多晶硅制绒工艺的移动方向依次排列的制绒槽、水槽、碱槽、水槽、酸槽、水槽和烘干槽。

目前，采用装有酸液的链式设备用于对多晶硅制绒以得到蠕虫状结构，但反射率偏高，使得最终的电池效率偏低；进而，采用槽式设备用于对多晶硅金属催化刻蚀制绒得到黑硅，反射率得到降低的同时效率得到提升；对于单晶，采用装有碱液的槽式设备制绒得到正金字塔结构。目前，单晶和多晶的制绒工艺不统一，且不同设备之间没有兼容性和通用性，需要不同的设备对晶硅制绒以得到合适的绒面结构。目前市场上还没有一套链式设备能够对单晶硅和多晶硅进行制绒。在工业化制造太阳能电池过程中，更换设备将极大地增加太阳能电池的制造成本。

另外，钝化发射极和背面太阳能电池(PERC电池)通过在电池的背面添加电介质钝化层来提高转换效率，因而对背面抛光具有更高的要求。然而硅片在目前的制绒工艺中，得到的均是双面制绒，无形中增加了背抛的难度，因此需要额外地将太阳能电池的背面进行刻蚀以除去背面的制绒图形，由此增加了太阳能电池的制造工艺和成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于晶硅制绒的链式设备，包括沿晶硅的移动方向依次排列的制绒槽、分片装置、去金属槽、背抛光槽、清洗槽和烘干槽，所述分片装置用于将上下叠置的两个硅片分离并传送至所述去金属槽中。

优选的，所述分片装置包括：

相对设置的上吸盘和下吸盘，所述上吸盘和下吸盘分别可控地吸附所述两个硅片中的一个；

旋转电机，其旋转轴与所述下吸盘固定连接；以及

移动件，其与所述上吸盘固定连接，且用于使得所述上吸盘沿晶硅的移动方向运动。

优选的，所述上吸盘具有多个上气孔，所述下吸盘具有多个下气孔，所述链式设备还包括抽气装置，其用于通过所述上气孔和下气孔进行抽气。

优选的，所述制绒槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的制绒工艺槽和第一水槽。

优选的，所述链式设备还包括温度调节装置，其用于控制所述制绒工艺槽中制绒液的温度。

优选的，所述链式设备还包括制绒液浓度检测装置，其用于检测所述制绒工艺槽中制绒液的浓度；以及制绒液输送装置，其用于向所述制绒工艺槽中输送制绒液。

优选的，所述去金属槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的去金属工艺槽和第二水槽。

优选的，所述背抛光槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的背抛工艺槽和第三水槽。

优选的，所述清洗槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的清洗工艺槽和第四水槽，所述第四水槽和第一水槽相连通。

优选的，所述链式设备还包括位于所述烘干槽中的加热器和鼓风机。

本发明的链式设备能够对单晶硅和多晶硅进行制绒，解决了现有的链式设备用途单一的问题。采用本发明的链式设备能够对单晶硅和多晶硅进行金属催化刻蚀制绒得到倒金字塔结构，实现倒金字塔结构的单面制绒。且能够实现单面制绒和背抛工艺，工艺简单，节省了工艺流程，降低了太阳能电池的制造成本。

本发明还提供了一种用于如上所述的链式设备进行单面倒金字塔制绒的制备方法，依次包括下列步骤：

步骤1)，将上下叠置的两个硅片放置在所述链式设备的制绒槽中，利用所述制绒槽中装的倒金字塔制绒液对所述上下叠置的两个硅片进行倒金字塔制绒；

步骤2)，利用所述链式设备的分片装置将所述上下叠置的两个硅片分开；

步骤3)，将分开后的两个硅片传送到所述链式设备的去金属槽中，利用所述去金属槽中装的去金属混合液去除分开后的两个硅片上的金属离子；

步骤4)，将去除金属离子后的两个硅片传送到所述链式设备的背抛光槽，利用所述背抛光槽中装有的碱液对去除金属离子后的两个硅片进行背抛光；

步骤5)，将背抛光后的两个硅片传送到所述链式设备的清洗槽中，利用所述清洗槽中装的清洗液对背抛光后的两个硅片进行清洗；

步骤6)，将步骤5)的两个硅片传送到所述链式设备的烘干槽中以进行干燥处理。

本发明的单面倒金字塔制绒的制备方法实现了倒金字塔的单面、大面积、批量制绒，而且工艺简单，操作方便，节省了工艺流程，非常适合现有晶硅电池的产业化。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是现有技术的用于多晶硅制绒的链式设备的立体示意图。

图2是图1所示的链式设备的俯视图。

图3是根据本发明较佳实施例的链式设备的俯视图。

图4是图3所示链式设备中的分片装置处于第一状态时的立体示意图。

图5是图3所示链式设备中的分片装置处于第二状态时的立体示意图。

图6是单面制绒硅片的制绒表面的SEM图。

图7是单面制绒硅片的背面的SEM图。

图8是单面制绒硅片的制绒表面和背面的反射率曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。

图3是根据本发明较佳实施例的链式设备的俯视图，其中图3并未示出与现有技术的链式设备中相同的链式传动系统。如图3所示，链式设备3包括沿箭头D所指的方向(即晶硅在制绒工艺线上的移动方向)上依次排列的制绒槽31、分片装置32、去金属槽33、背抛光槽34、清洗槽35和烘干槽36。

制绒槽31、分片装置32、去金属槽33、背抛光槽34、清洗槽35和烘干槽36都选用耐酸耐碱的材料制成，以适用于各种制绒液，其尺寸(例如长度、宽度和深度)根据具体的产能大小来确定。

制绒槽31包括沿箭头D所指的方向依次排列的制绒工艺槽311和第一水槽312。制绒工艺槽311具有内外槽结构，其用于盛装制绒液，内槽中的制绒液溢流到外槽中，循环泵将外槽中的制绒液泵送到内槽中，使得制绒液在内槽和外槽中循环流动以使其浓度均匀。上下叠置的两个硅片在制绒工艺槽311中进行制绒，两个硅片分别仅有一个表面被制绒，从而得到了单面制绒的硅片。

第一水槽312用于盛装去离子水。第一水槽312中的水用于清洗制绒硅片表面上残留的制绒液。

图4是图3所示链式设备中的分片装置处于第一状态时的立体示意图。为了清楚地示出分片装置的结构，图4并未示出上下叠置的两个制绒硅片。如图4所示，分片装置32包括支架325，位于支架325上的旋转电机321，相对设置的下吸盘322和上吸盘323，以及移动件324。支架325位于第一水槽312处的传动滚轮313和去金属工艺槽331处的传动滚轮333之间。下吸盘322上具有多个下气孔(图4未示出)，且下吸盘322与旋转电机321的旋转轴固定连接。当旋转电机321旋转时，其驱动下吸盘322相应地旋转。上吸盘323与移动件324固定连接，其上具有多个上气孔327。分片装置32还包括抽气装置(图4未示出)，其用于对下气孔和上气孔327进行抽气。

下吸盘322和上吸盘323之间的距离大于上下叠置的两个硅片的厚度，且下吸盘322的高度(距离水平面或地面)低于传动滚轮313的高度且高于传动滚轮333的高度，上吸盘323的高度高于传动滚轮313、333的高度。当上下叠置的两个制绒硅片被传动滚轮313传送到下吸盘322和上吸盘323中间后，上吸盘323吸附上方的制绒硅片，下吸盘322吸附下方的制绒硅片。移动件324带动上吸盘323沿着箭头D所指的方向运动使得上下叠置的两个硅片相分离。

图5是图3所示链式设备中的分片装置处于第二状态时的立体示意图。如图5所示，上吸盘323及其吸附的硅片位于传动滚轮333的上方，之后上吸盘323释放其吸附的制绒硅片使其位于传动滚轮333上，并被传送到去金属工艺槽331。

之后旋转电机321旋转180°从而驱动下吸盘322及其吸附的硅片同时旋转180°，释放其吸附的硅片使其一部分位于传动滚轮333上，进而将硅片传送到去金属工艺槽331中。

再次参考图3所示，去金属槽33包括沿箭头D所指的方向依次排列的去金属工艺槽331和第二水槽332。去金属工艺槽331用于盛装溶液以去除制绒硅片表面的金属离子，第二水槽332用于盛装水以清洗制绒硅片。

背抛光槽34包括沿箭头D所指的方向依次排列的背抛工艺槽341和第三水槽342，背抛工艺槽341中用于盛装化学抛光液，第三水槽用于盛装水以清洗制绒硅片表面上的残留液。

清洗槽35包括沿箭头D所指的方向依次排列的清洗工艺槽351和第四水槽352。第四水槽352通过管道与第一水槽312相互连通，用于将第四水槽352中的水输送至第一水槽312中，以充分利用水资源。

烘干槽36用于将清洗干净的制绒硅片烘干并得到洁净的制绒硅片。

以下将结合晶硅单面制绒的不同制备方法，分别描述本发明的链式设备的用途。

晶硅倒金字塔单面制绒工艺，其中制绒工艺槽311中盛装酸性铜离子催化剂倒金字塔制绒液，去金属工艺槽331中盛装硝酸，或盐酸和双氧水的去金属混合液，或醋酸和双氧水的去金属混合液，背抛工艺槽341中盛装碱液，清洗工艺槽351中盛装氢氟酸、盐酸、双氧水和水的清洗液。

在制绒之前，硅片上料机将两片平整的硅片的平整表面对齐后紧贴在一起，以得到上下叠置的两个硅片。

步骤1，上下叠置的两个硅片经由链式传动系统传送至制绒工艺槽311中的制绒液中，其中两个硅片分别有一个表面被制绒，紧贴在一起的两个表面并不会被制绒。制绒一段时间后，将制绒硅片传送至第一水槽312中利用去离子水清洗制绒硅片表面残留的制绒液。

图6是单面制绒硅片的制绒表面的SEM图。如图6所示，硅片表面上具有倒金字塔的绒面结构。

步骤2，将清洗后的上下叠置的两个硅片传送到分片装置33，其中下吸盘322吸附位于下方的制绒硅片，上吸盘323吸附位于上方的制绒硅片，分片支架324沿箭头D指的方向移动上吸盘323以使得上下叠置的两个单面制绒硅片相分离，并将上方的制绒硅片传动到去金属工艺槽331中。旋转电机321将下方的制绒硅片翻转180°，链式传动系统将其传送到去金属工艺槽331中。

步骤3，单面制绒的硅片在去金属工艺槽331中以去除表面上的金属杂质，之后传送到第二水槽332中利用去离子水清洗硅片表面的残留液。

步骤4，链式传动系统将硅片传送到背抛工艺槽341以对制绒硅片的背面(及非制绒表面)进行抛光，之后将硅片传送到第三水槽342中以清洗硅片表面。

图7是单面制绒硅片的背面的SEM图。如图7所示，制绒硅片的背面光滑平整。

图8是单面制绒硅片的制绒表面和背面的反射率曲线图。如图8所示，制绒硅片的制绒表面对可见光的反射率低于8％，有利于提高可见光的吸收率。制绒硅片的背面较平整，有利于提高光电转换效率。

步骤5，链式传动系统将硅片传送到清洗工艺槽351中，以利用酸性清洗液对制绒硅片进行清洗，之后传送到第四水槽352中利用去离子水清洗硅片表面残留的酸性清洗液。

步骤6，链式传动系统将硅片传送到烘干槽36中，以对制绒硅片进行干燥处理。

本发明的链式设备能够对单晶硅、多晶硅进行单面制绒得到倒金字塔绒面结构，通用性能好。工艺简单，操作方便，适合产业化生产晶硅电池，尤其是提升单晶PERC电池的市场竞争力，极大地降低了太阳能电池的制造成本。

在多晶黑硅单面制绒工艺中，其中制绒工艺槽311中盛装多晶黑硅制绒液，清洗工艺槽351中盛装硝酸，其他槽体中盛装的物质与酸性倒金字塔制绒相同。本发明的链式设备也可以用于多晶黑硅单面制绒工艺。

在多晶硅蠕虫状单面制绒工艺中，其中制绒工艺槽311中盛装多晶硅HF/HNO₃制绒液以得到蠕虫状的绒面结构。由于制绒液中不存在金属离子，去金属工艺槽331中盛装去离子水，其他槽体中盛装的物质与酸性倒金字塔制绒相同。本发明的链式设备也可以用于多晶硅酸制绒工艺。

在单晶硅金字塔单面制绒工艺中，其中制绒工艺槽311中盛装碱性金字塔制绒液，去金属工艺槽331中盛装氢氟酸，其他槽体中盛装的物质与酸性倒金字塔制绒相同。本发明的链式设备也可以用于单晶硅碱性金字塔制绒工艺。

本发明的链式设备能够用于单晶硅倒金字塔制绒，还能够用于多晶黑硅制绒，多晶硅蠕虫状制绒，单晶硅金字塔制绒，通用性能好，解决了现有的链式设备用途单一的问题。同时还能实现单面制绒和背抛工艺，简化了PERC电池的工艺步骤，极大地降低了电池的制造成本，适于产业化对单晶硅和多晶硅进行制绒。

在本发明的其他实施例中，制绒槽31还包括温度调节装置、制绒液浓度检测装置和制绒液输送装置。温度调节装置用于控制制绒液的温度。制绒液浓度检测装置用于检测制绒液的浓度，例如检测铜离子、氟离子等的浓度。经过一段时间或当制绒液的浓度低于预定的阈值时，制绒液输送装置将制绒液输送至制绒槽31中使得制绒液的浓度在预定的范围内。

在本发明的其他实施例中，链式设备3还包括位于去金属工艺槽331中的超声清洗装置，用于在超声的作用下清洗制绒后的硅片表面上的金属离子。

在本发明的其他实施例中，链式设备3还包括位于烘干槽36中的加热器和鼓风机。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (11)

1.一种用于晶硅制绒的链式设备，其特征在于，所述链式设备包括沿晶硅的移动方向依次排列的制绒槽、分片装置、去金属槽、背抛光槽、清洗槽和烘干槽，所述分片装置用于将上下叠置的两个硅片分离并传送至所述去金属槽中。

2.根据权利要求1所述的链式设备，其特征在于，所述分片装置包括：

相对设置的上吸盘和下吸盘，所述上吸盘和下吸盘分别可控地吸附所述两个硅片中的一个；

旋转电机，其旋转轴与所述下吸盘固定连接；以及

移动件，其与所述上吸盘固定连接，且用于使得所述上吸盘沿晶硅的移动方向运动。

3.根据权利要求2所述的链式设备，其特征在于，所述上吸盘具有多个上气孔，所述下吸盘具有多个下气孔，所述链式设备还包括抽气装置，其用于通过所述上气孔和下气孔进行抽气。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的链式设备，其特征在于，所述制绒槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的制绒工艺槽和第一水槽。

5.根据权利要求4所述的链式设备，其特征在于，所述链式设备还包括温度调节装置，其用于控制所述制绒工艺槽中制绒液的温度。

6.根据权利要求4所述的链式设备，其特征在于，所述链式设备还包括制绒液浓度检测装置，其用于检测所述制绒工艺槽中制绒液的浓度；以及制绒液输送装置，其用于向所述制绒工艺槽中输送制绒液。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的链式设备，其特征在于，所述去金属槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的去金属工艺槽和第二水槽。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的链式设备，其特征在于，所述背抛光槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的背抛工艺槽和第三水槽。

9.根据权利要求4所述的链式设备，其特征在于，所述清洗槽包括沿晶硅的移动方向依次排列的清洗工艺槽和第四水槽，所述第四水槽和第一水槽相连通。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的链式设备，其特征在于，所述链式设备还包括位于所述烘干槽中的加热器和鼓风机。

11.一种用于如权利要求1至10中任一项所述的链式设备进行单面倒金字塔制绒的制备方法，其特征在于，依次包括下列步骤：

步骤1)，将上下叠置的两个硅片放置在所述链式设备的制绒槽中，利用所述制绒槽中装的倒金字塔制绒液对所述上下叠置的两个硅片进行倒金字塔制绒；

步骤2)，利用所述链式设备的分片装置将所述上下叠置的两个硅片分开；

步骤3)，将分开后的两个硅片传送到所述链式设备的去金属槽中，利用所述去金属槽中装的去金属混合液去除分开后的两个硅片上的金属离子；

步骤4)，将去除金属离子后的两个硅片传送到所述链式设备的背抛光槽，利用所述背抛光槽中装有的碱液对去除金属离子后的两个硅片进行背抛光；

步骤5)，将背抛光后的两个硅片传送到所述链式设备的清洗槽中，利用所述清洗槽中装的清洗液对背抛光后的两个硅片进行清洗；

步骤6)，将步骤5)的两个硅片传送到所述链式设备的烘干槽中以进行干燥处理。