CN109994558B - 一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法，其目的在于提供一种等离子体干法刻蚀的倒金字塔形单晶绒面的制备方法，其技术方案为(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面；(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物；(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构；本发明提供了一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法，有利于药液的节省，且不存在重金属离子，对废液的处理不会造成额外的压力。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法。
背景技术
太阳能作为最重要的新型清洁能源，太阳能电池是21世纪人类重点发展、推广的新能源项目。传统单晶硅片制绒常使用碱溶液在添加剂辅助下利用各向异性反应形成正向金字塔形绒面，这类绒面在光照非直射和环境光多为散射光时，对光线的吸收率欠佳，而且突出的绒面更容易在后续工艺中受到划伤等破坏，导致PN结破坏，使基底裸露，影响电池片的良率和效率。
倒金字塔绒面相对于正向金字塔绒面，在弱光时的吸收能力更佳，对于光照的角度要求相对要低，因此更适合用于固定角度安装的组件上。而内陷的绒面也较不易受到后续工艺的破坏。目前大多数倒金字塔绒面的形成都是采用金属离子辅助制绒形成孔洞后再以碱溶液进行各向异性腐蚀从而形成的。这种方法一方面药液中多含有对环境影响较大的重金属离子，如银离子、铜离子，后期对于废液的处理成本较高；另一方面，通常这种方法都是双面制绒，对药液和含金属离子的添加剂用量较大。
发明内容
本发明的目的在于：为解决现有技术中倒金字塔绒面的形成采用金属离子辅助制绒使得面药液中多含有对环境影响较大的重金属离子的问题，提供一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法，有利于药液的节省，且不存在重金属离子，对废液的处理不会造成额外的压力。
本发明采用的技术方案如下：
一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法,包括如下步骤：
(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面。
(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物。
(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构。
反应的所述等离子体以Cl2、SF6、CF4和O2气体中的一种或多种混合气体为反应气体，在13.56MHz工业射频激发的情况下进行激发，对硅片表面进行约5-15min的处理，使硅片表面形成深度在100-300nm的孔洞，硅片表面的反射率：<5％。
所述酸溶液为HF、HCl的混合溶液，对步骤(1)得到的单晶硅片进行清洗，清洗时间：120s-300s，用浓度情况为：KOH：＜1％和H2O2：2％-5％混合溶液对进行酸溶液清洗后的单晶硅片表面进行进一步清洗，去除单晶硅片表面附着的有机脏污。
所述碱溶液质量浓度在：3％-7％，对已经形成孔洞的单晶硅片表面进行更进一步的处理。
进一步的，所述工业射频激发为27.12MHz。
进一步的，所述反应等离子体为Cl2、SF6的混合气体。
进一步的，进行酸溶液清洗后的硅片表面，进行进一步清洗混合液可为NaOH、H2O2的混合液。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，采用氟基或氯基气体激发等离子体对硅片进行先期处理，制备出第一步孔洞形绒面，再利用碱溶液的各向异性腐蚀进行进一步处理修饰，获得倒金字塔形绒面；过程中不涉及重金属离子的使用，单面制绒，非制绒面对药液的消耗较少，可以节省药液，倒金字塔形绒面相对常规金字塔型绒面具有更优的吸光性能和可靠性。
2.本发明中，采用非金属离子辅助的方式，避免了重金属离子的引入和废液处理问题，单面制绒，可有效节约成本，提高电池性能。
3、本发明中，制备具有倒金字塔形绒面的单晶硅片，增加入射光的利用率，提高电池片的效率。
附图说明
图1为本发明倒金字塔形绒面制备过程。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中，对原硅片先进行一次等离子体干法刻蚀，在硅片一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面，再以适当浓度的酸溶液去除干法刻蚀后的残留物，然后以碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终得到倒金字塔形的绒面结构，包括如下步骤：
(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面；
(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物；
(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构；
反应的所述等离子体以Cl2、SF6混合气体为反应气体，在13.56MHz工业射频激发的情况下进行激发，对硅片表面进行约5-15min的处理，使硅片表面形成深度在260nm的孔洞，硅片表面的反射率：<5％；作为优选，使用SF6与O2混合气体作为反应气体，气体比例为100:2-100:8，气压在10mTorr-50mTorr，射频频率选用27.12MHz，射频功率在6-10kW/m2。这种方法中主要利用等离子体中的F-O基团对硅片表面进行处理，O与Si随机反应生成SiO2，F与Si反应生成易挥发的SiF4，F对Si和SiO2的反应速率差异很大，因此SiO2就可以作为反应的掩膜。而且由于负偏压的存在，负离子的刻蚀为定向刻蚀，反应产物附着在孔洞侧壁上，进一步限制了侧向的刻蚀，最终形成了结构良好的孔洞形绒面
所述酸溶液为HF、HCl的混合溶液，对步骤(1)得到的单晶硅片进行清洗，清洗时间：120s-300s，清洗温度：10-16℃；用浓度情况为：KOH：＜1％和H2O2：2％-5％混合溶液对进行酸溶液清洗后的单晶硅片表面进行进一步清洗，混合溶液对硅片表面进行进一步清洗，清洗温度在55-65℃，去除单晶硅片表面附着的有机脏污；
所述碱溶液质量浓度在：3％-7％，对已经形成孔洞的单晶硅片表面进行更进一步的处理；依靠碱溶液对硅片的各向异性刻蚀，对孔洞结构进行修饰，形成倒金字塔形结构，反射率℃在10％以下，反应温度在78-85℃，反应时间为200-500s，制备的绒面结构在300nm-3um范围。
作为优选，所述工业射频激发为27.12MHz。
作为优选，所述反应等离子体为Cl2、SF6的混合气体。
作为优选，进行酸溶液清洗后的硅片表面，进行进一步清洗混合液可为NaOH、H2O2的混合液。
实施例1
本发明中，对原硅片先进行一次等离子体干法刻蚀，在硅片一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面，再以适当浓度的酸溶液去除干法刻蚀后的残留物，然后以碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终得到倒金字塔形的绒面结构，包括如下步骤：
(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面；
(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物；
(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构；
所述反应等离子体以以Cl2、SF6混合气体为反应气体，在13.56MHz工业射频激发的情况下进行激发，对硅片表面进行约5-15min的处理，使硅片表面形成深度在100-300nm的孔洞，硅片表面的反射率：<5％；作为优选，使用SF6与O2混合气体作为反应气体，气体比例为100:2-100:8，气压在10mTorr-50mTorr，射频频率选用27.12MHz，射频功率在6-10kW/m2。这种方法中主要利用等离子体中的F-O基团对硅片表面进行处理，O与Si随机反应生成SiO2，F与Si反应生成易挥发的SiF4，F对Si和SiO2的反应速率差异很大，因此SiO2就可以作为反应的掩膜。而且由于负偏压的存在，负离子的刻蚀为定向刻蚀，反应产物附着在孔洞侧壁上，进一步限制了侧向的刻蚀，最终形成了结构良好的孔洞形绒面
所述酸溶液为HF、HCl的混合溶液，对步骤(1)得到的单晶硅片进行清洗，清洗时间：120s-300s，清洗温度：10-16℃；用浓度情况为：KOH：＜1％和H2O2：2％-5％混合溶液对进行酸溶液清洗后的单晶硅片表面进行进一步清洗，混合溶液对硅片表面进行进一步清洗，清洗温度在55-65℃，去除单晶硅片表面附着的有机脏污；
所述碱溶液质量浓度在：3％-7％，对已经形成孔洞的单晶硅片表面进行更进一步的处理；依靠碱溶液对硅片的各向异性刻蚀，对孔洞结构进行修饰，形成倒金字塔形结构，反射率℃在10％以下，反应温度在78-85℃，反应时间为200-500s，制备的绒面结构在300nm-3um范围。
实施例2
在实施例1的基础上，包括如下步骤：
(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面；
(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物；
(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构；
所述反应等离子体以Cl2、SF6混合气体为反应气体为反应气体，在13.56MHz工业射频激发的情况下进行激发，对硅片表面进行12min的处理，使硅片表面形成深度在300nm的孔洞，硅片表面的反射率：4％；
所述酸溶液为HF、HCl的混合溶液，对步骤(1)得到的单晶硅片进行清洗，清洗时间：180s，用浓度情况为：KOH：0.8％和H2O2：3.5％混合溶液对进行酸溶液清洗后的单晶硅片表面进行进一步清洗，去除单晶硅片表面附着的有机脏污；
所述碱溶液质量浓度在：5％，对已经形成孔洞的单晶硅片表面进行更进一步的处理；依靠碱溶液对硅片的各向异性刻蚀，对孔洞结构进行修饰，形成倒金字塔形结构，反射率在8％。
实施例3
在实施例2的基础上，包括如下步骤：
(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面；
(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物；
(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构；
所述反应等离子体以Cl2、SF6混合气体为反应气体，在13.56MHz工业射频激发的情况下进行激发，对硅片表面进行约10min的处理，使硅片表面形成深度在250nm的孔洞，硅片表面的反射率：3％；
所述酸溶液为HF、HCl的混合溶液，对步骤(1)得到的单晶硅片进行清洗，清洗时间：160s，用浓度情况为：KOH：0.8％和H2O2：3.5％混合溶液对进行酸溶液清洗后的单晶硅片表面进行进一步清洗，去除单晶硅片表面附着的有机脏污；
所述碱溶液质量浓度在：6％，对已经形成孔洞的单晶硅片表面进行更进一步的处理；依靠碱溶液对硅片的各向异性刻蚀，对孔洞结构进行修饰，形成倒金字塔形结构，反射率在6％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：
(1)对单晶硅片采用等离子体干法刻蚀进行表面处理，使得单晶硅片的一面形成均匀分布深坑的黑硅绒面；
(2)对步骤(1)中得到的单晶硅片采用酸溶液去除干法刻蚀后的残留物；
(3)对步骤(2)中得到的单晶硅片用碱溶液对绒面进行进一步的处理，最终使得单晶硅片的表面得到倒金字塔形的绒面结构；
反应的所述等离子体以Cl2、SF6、CF4和O2气体中的一种或多种混合气体为反应气体，在13.56MHz工业射频激发的情况下进行激发，对硅片表面进行5-15min的处理，使硅片表面形成深度在100-300nm的孔洞，硅片表面的反射率：<5％；
所述酸溶液为HF、HCl的混合溶液，对步骤(1)得到的单晶硅片进行清洗，清洗时间：120s-300s，用浓度情况为：KOH：＜1％和H2O2：2％-5％混合溶液对进行酸溶液清洗后的单晶硅片表面进行进一步清洗，去除单晶硅片表面附着的有机脏污；
所述碱溶液质量浓度在：3％-7％，对已经形成孔洞的单晶硅片表面进行更进一步的处理。
2.如权利要求1所述的一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法,其特征在于：所述工业射频激发为27.12MHz。
3.如权利要求1所述的一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法,其特征在于：所述反应等离子体为Cl2、SF6的混合气体。
4.如权利要求1所述的一种倒金字塔形单晶绒面的制备方法,其特征在于：进行酸溶液清洗后的硅片表面，进行进一步清洗混合液可为NaOH、H2O2的混合液。
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| CN103456804A (zh) * | 2013-09-24 | 2013-12-18 | 上海大学 | 在多晶硅上形成倒金字塔型多孔表面纳米织构的方法及制备短波增强型太阳电池的方法 |
| CN108493270A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-04 | 江西比太科技有限公司 | 一种碱清洗干法制绒工艺 |
| CN108615788A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-02 | 浙江晶科能源有限公司 | 一种黑硅的碱修饰方法 |
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2019
- 2019-03-27 CN CN201910239246.7A patent/CN109994558B/zh active Active
Patent Citations (5)
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