CN109888030B - 晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，先通过预处理在硅片表面形成一层氧化铝颗粒层，再对预处理后的硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构；所述氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成。本发明晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，既适用于单晶硅片，又适用于多晶硅片，能在硅片表面形成均匀、细小、密集的类倒金字塔绒面结构，且不需要银、铜等贵金属离子的催化，可降低制绒成本，减少环境污染，更利于晶体硅太阳电池的工艺稳定，具有较好的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法。
背景技术
常规<100>晶向的硅片绒面是由碱液腐蚀硅片表面而形成的金字塔绒面，该绒面具有凸金字塔结构。在电池工艺过程中，由于硅片之间的摩擦，绒面凸金字塔很容易受到损伤，从而导致表面p-n结破坏，形成漏电。另外，凸金字塔结构绒面的单晶电池做成组件时，组件功率损失一直比多晶组件高出2%～3%，这与单晶电池表面的凸金字塔结构也有很大关系。而采用类倒金字塔结构绒面取代凸金字塔结构绒面，可以避免上述问题。此外，类倒金塔形状的绒面结构具有更优异的陷光能力，因此已被应用于高效晶硅电池的研究中。
目前，硅片表面制备类倒金字塔绒面的湿化学方法主要有光学印刻技术和湿化学刻蚀技术。光学印刻技术需要涂覆掩膜以及移除掩膜结构，步骤繁复且成本高，因此一直无法量产化。而湿化学刻蚀技术需要使用贵金属，成本高昂；而且酸液中大量的硝酸对环境有害。此外，如果金属催化工艺中清洗不完全，则残留的纳米金属颗粒会带入电池制造的后续工艺中，给电池片以及设备带来致命损害。
目前传统的碱制绒很难在晶体硅表面制备类倒金字塔绒面结构。专利CN107955974A提出了一种碱制绒液，通过添加特定添加剂可在单晶硅表面形成类倒金字塔结构，但并未涉及到多晶硅片。之所以在多晶硅片表面更难实现类倒金字塔绒面结构，是由于在多晶硅片内存在大量<111>晶向或近<111>晶向的晶粒，而<111>晶向在碱性溶液刻蚀中非常缓慢，很难出绒，更不用说刻蚀出类倒金字塔结构。本专利则提供了一种技术，可以在单晶硅片和多晶硅片表面形成类倒金字塔结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其既适用于单晶硅片，又适用于多晶硅片，能在硅片表面形成类倒金字塔绒面结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，先通过预处理在硅片表面形成一层氧化铝颗粒层，再对预处理后的硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构；所述氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成。
优选的，所述氧化铝颗粒的粒径为0.5～50μm。
优选的，所述氧化铝颗粒层的厚度为0.5～80μm。
优选的，所述预处理采用涂刷工艺、液流喷射工艺或气流喷射工艺；
所述涂刷工艺包括如下步骤：将含有氧化铝颗粒的悬浮液涂刷至硅片表面，再经加热烘干，在硅片表面形成氧化铝颗粒层；
所述液流喷射工艺包括如下步骤：将含有氧化铝颗粒的悬浮液喷射至硅片表面，再经加热烘干，在硅片表面形成氧化铝颗粒层；
所述气流喷射工艺包括如下步骤：将含有氧化铝颗粒的气体喷射至硅片表面，在硅片表面形成氧化铝颗粒层。
优选的，所述悬浮液由氧化铝颗粒分散于水中制得，悬浮液中氧化铝颗粒的质量浓度为0.5%～15%。
优选的，所述涂刷工艺中，加热烘干的温度为200～600℃，加热烘干的时间为5～30min；
所述液流喷射工艺中，喷射压力为0.05～2Mpa，喷射时间为1～120s，加热烘干的温度为200～600℃，加热烘干的时间为5～30min；
所述气流喷射工艺中，喷射压力为0.05～2Mpa，喷射时间为1～120s。
优选的，所述碱制绒采用碱性制绒液对硅片进行制绒。
优选的，所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。
优选的，采用碱性制绒液对预处理后的硅片进行碱制绒，且碱性制绒液中含有制绒添加剂。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，通过预处理在硅片表面分散一层氧化铝颗粒层，以氧化铝颗粒作为反应诱导点在碱液中反应，能在硅片表面形成均匀、细小、密集的类倒金字塔绒面结构，且不需要银、铜等贵金属离子的催化，可降低制绒成本，减少环境污染，更利于晶体硅太阳电池的工艺稳定，具有较好的实用价值。
本发明在碱制绒前先对硅片进行预处理，在硅片表面形成一层氧化铝颗粒层，氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成，由于氧化铝是一种两性氧化物，可以和碱性制绒液中的碱反应，可改变氧化铝颗粒处的OH-浓度以及局部溶液的表面张力，故氧化铝颗粒可作为反应诱导点，使碱性制绒液能在硅片表面刻蚀出类倒金塔绒面结构，且本发明不仅对单晶硅片有效，对多晶硅片也同样有效果。
本发明只需对碱制绒进行简单改变，即在碱制绒前先在硅片表面制备一层氧化铝颗粒层，就可以通过碱性制绒液来制备类倒金塔绒面结构，与目前广泛采用的金属催化反应酸液刻蚀制备类倒金字塔绒面相比，本发明不需要金属催化和酸液刻蚀，大大降低了制绒成本，减少了环境污染。
本发明可通过氧化铝颗粒的粒径调控以及不同的预处理方法来得到不同预处理效果的硅片，而不同预处理效果的硅片和碱性制绒液配合又可得到不同尺寸大小的类倒金字塔绒面结构。
本发明实现了碱制绒对晶体硅片表面类倒金字塔绒面结构的制备，且得到的类倒金字塔结构出绒率高，结构规整，尺寸大小可控。本发明可制备出均匀、细小、密集的类倒金字塔绒面结构。
附图说明
图1是实施例3制绒后单晶硅片表面绒面的激光显微镜平面照片；
图2是实施例4制绒后多晶硅片<111>晶向绒面的激光显微镜平面照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，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
1）预处理采用涂刷工艺：将含有氧化铝颗粒的悬浮液涂刷至硅片表面，再经加热烘干，在硅片表面形成氧化铝颗粒层；氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成；
悬浮液由氧化铝颗粒分散于水中制得，悬浮液中氧化铝颗粒的质量浓度为0.5%～15%；氧化铝颗粒的粒径为0.5～50μm；
加热烘干的温度为200～600℃，加热烘干的时间为5～30min；
氧化铝颗粒层的厚度为0.5～80μm；
2）采用碱性制绒液（碱性制绒液中可以含有制绒添加剂）对预处理后的硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构。
实施例1中的硅片为单晶硅片或多晶硅片。
实施例2
1）预处理采用液流喷射工艺：将含有氧化铝颗粒的悬浮液喷射至单晶硅片表面，再经加热烘干，在单晶硅片表面形成氧化铝颗粒层；氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成；
悬浮液由氧化铝颗粒分散于水中制得，悬浮液中氧化铝颗粒的质量浓度为0.5%～15%；氧化铝颗粒的粒径为0.5～50μm；
喷射压力为0.05～2Mpa，喷射时间为1～120s，加热烘干的温度为200～600℃，加热烘干的时间为5～30min；
氧化铝颗粒层的厚度为0.5～80μm；
2）采用碱性制绒液（碱性制绒液中可以含有制绒添加剂）对预处理后的单晶硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构。
实施例3
1）预处理采用气流喷射工艺：将含有氧化铝颗粒的气体喷射至单晶硅片表面，在硅片表面形成氧化铝颗粒层；氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成；
氧化铝颗粒的粒径为0.5～50μm；
喷射压力为0.05～2Mpa，喷射时间为1～120s；
氧化铝颗粒层的厚度为0.5～80μm；
2）采用碱性制绒液（碱性制绒液中可以含有制绒添加剂）对预处理后的单晶硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构。
实施例3制绒后单晶硅片表面绒面的激光显微镜平面照片如图1所示，从图1中可以看出单晶硅片表面形成了均匀覆盖的类倒金字塔结构，其开口为四边形，类倒金字塔结构出绒率高，尺寸分布均匀。
实施例4
1）预处理采用液流喷射工艺：将含有氧化铝颗粒的悬浮液喷射至多晶硅片表面，再经加热烘干，在多晶硅片表面形成氧化铝颗粒层；氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成；
悬浮液由氧化铝颗粒分散于水中制得，悬浮液中氧化铝颗粒的质量浓度为0.5%～15%；氧化铝颗粒的粒径为0.5～50μm；
喷射压力为0.05～2Mpa，喷射时间为1～120s，加热烘干的温度为200～600℃，加热烘干的时间为5～30min；
氧化铝颗粒层的厚度为0.5～80μm；
2）采用碱性制绒液（碱性制绒液中可以含有制绒添加剂）对预处理后的多晶硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构。
实施例4制绒后多晶硅片<111>晶向绒面的显微镜平面照片如图2所示，从图2中可以看出，<111>晶向形成类倒金字塔结构，开口为三角形。
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 (9)
1.晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，先通过预处理在硅片表面形成一层氧化铝颗粒层，再对预处理后的硅片进行碱制绒，得到类倒金字塔绒面结构；所述预处理采用涂刷工艺；所述氧化铝颗粒层主要由分散的氧化铝颗粒组成。
2.根据权利要求1所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述氧化铝颗粒的粒径为0.5～50μm。
3.根据权利要求1所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述氧化铝颗粒层的厚度为0.5～80μm。
4.根据权利要求1、2或3所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述涂刷工艺包括如下步骤：将含有氧化铝颗粒的悬浮液涂刷至硅片表面，再经加热烘干，在硅片表面形成氧化铝颗粒层。
5.根据权利要求4所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述悬浮液由氧化铝颗粒分散于水中制得，悬浮液中氧化铝颗粒的质量浓度为0.5%～15%。
6.根据权利要求4所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述涂刷工艺中，加热烘干的温度为200～600℃，加热烘干的时间为5～30min。
7.根据权利要求1所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述碱制绒采用碱性制绒液对硅片进行制绒。
8.根据权利要求1所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。
9.根据权利要求1所述的晶体硅表面类倒金字塔绒面结构的制备方法，其特征在于，采用碱性制绒液对预处理后的硅片进行碱制绒，且碱性制绒液中含有制绒添加剂。
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