CN110137302A - 硅异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法和硅异质结太阳电池 - Google Patents

硅异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法和硅异质结太阳电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了硅异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法，包括：(1)将晶硅衬底浸入溶解有臭氧的清洗液中进行预清洗；(2)将步骤(1)所得晶硅衬底浸入碱性溶液中，以便在晶硅衬底的表面形成特定形貌的绒面结构；(3)将步骤(2)所得晶硅衬底浸入含有NH4OH和H2O2的去离子水中进行清洗；(4)将步骤(3)所得晶硅衬底浸入HF、HCl和H2O2的混合液中进行清洗，以便得到具有绒面结构的清洁晶硅衬底。该方法采用臭氧有效清除晶硅衬底表面的有机物等杂质，为后续制绒工序提供更为均匀、可控的洁净晶硅衬底表面，该方法不仅提高了晶硅衬底的清洗和制绒效果，而且以臭氧代替传统方法中的高浓度H2SO4等强酸试剂，便于废液的回收利用，减少了对环境的影响。

Description

硅异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法和硅异质结太 阳电池
技术领域
本发明涉及硅异质结太阳电池领域，具体而言，本发明涉及硅异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法和异质结太阳电池。
背景技术
硅片是生产太阳电池的核心材料，而切割产生的硅片其表面的损伤层会影响载流子寿命及界面态，粗糙度大的硅片因在加工时表面损伤大，具有更低的红外透射率和更高的界面态密度。因此，在太阳电池制备工艺中，为了获得较高的载流子寿命和较低的反向饱和电流，硅片的清洗是至关重要的一环。对硅基异质结太阳电池，晶体硅衬底表面作为异质结界面的一部分，若因硅片表面的不洁净而引入杂质或缺陷，将会增大异质结界面的载流子复合损失，从而严重地影响电池的最终性能。
太阳电池中一个主要的光学损失就是来自表面的光反射，平整的晶硅表面对入射太阳光会有较强的反射作用，影响电池对入射光的利用率。实际在太阳电池的制备中，通过对晶硅衬底表面进行湿法或干法处理，可以改变电池表面的形貌，形成微观上凹凸不平的表面，从而利用表面的凹凸使入射光线的入射角度从微观上发生改变，形成有利于光线进入电池内部的反射，从而降低电池表面的反射率，提高光的入射率，提高电池转换效率。
基于以上考虑，通常对晶硅太阳能电池的表面处理工艺包括清洗及制绒过程。例如，RCA湿化学清洗法，它依次包括用SPM(H2SO4/H2O2)去除有机物，用DHF去除氧化层，用APM(NH4OH/H2O2/H2O)去除颗粒和HPM(HCl/H2O2/H2O)去除金属杂质。但是RCA湿化学清洗工艺步骤较为复杂，尤其是高浓度H2SO4在高温下的挥发对环境极为不利。因此，现有的对异质结电池晶硅衬底的清洗及制绒方法仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出异质结电池晶硅衬底的清洗及制绒方法和异质结太阳电池。该方法采用臭氧清除晶硅衬底表面的有机物等杂质，为后续制绒工序提供更为均匀、可控的洁净晶硅衬底表面，该方法不仅提高了晶硅衬底的清洗和制绒效果，而且以臭氧代替传统方法中的高浓度H2SO4等强酸试剂，便于废液的回收利用，减少了对环境的影响。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将晶硅衬底浸入溶解有臭氧的清洗液中进行预清洗；(2)将步骤(1)所得晶硅衬底浸入碱性溶液中，以便在所述晶硅衬底的表面形成特定形貌的绒面结构；(3)将步骤(2)所得晶硅衬底浸入含有NH4OH和H2O2的去离子水中进行清洗；(4)将步骤(3)所得晶硅衬底浸入HF、HCl和H2O2的混合液中进行清洗，以便得到具有绒面结构的清洁晶硅衬底。
根据本发明实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法，采用臭氧清除晶硅衬底表面的有机物等杂质，为后续制绒工序提供更为均匀、可控的洁净晶硅衬底表面，该方法不仅提高了晶硅衬底的清洗和制绒效果，而且以臭氧代替传统方法中的高浓度H2SO4等强酸试剂，便于废液的回收利用，减少了对环境的影响。
另外，根据本发明上述实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述清洗液为去离子水。
在本发明的一些实施例中，所述清洗液中含有醋酸，所述醋酸的质量浓度为30～100％。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述清洗液中的臭氧浓度为20～140ppm。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述清洗液的温度为23～80℃。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述预清洗进行的时间为5～300s。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述碱性溶液中包括碱和添加剂，所述碱为NaOH和/或KOH，所述碱的质量浓度为1～20％。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述NH4OH和H2O2的质量浓度分别独立地为5～20％。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述HF的质量浓度为2～20％，所述HCl的质量浓度为2～20％，所述H2O2的质量浓度为3～30％。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种异质结太阳电池。根据本发明的实施例，异质结太阳电池包括：上述实施例所述的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法处理得到的n型晶硅衬底；第一轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的上表面；第二轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的下表面；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层的上表面；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层的下表面。
根据本发明实施例的异质结太阳电池，通过采用经过上述实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法处理得到的n型晶硅衬底，衬底表面更为洁净，且表面具有更接近理想的特定形貌的金字塔形陷光结构；另外，该异质结电池的n型晶硅衬底的处理方法以臭氧代替传统方法中的高浓度H2SO4等强酸试剂，便于废液的回收利用，减少了对环境的影响。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
下面参考图1对根据本发明实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将晶硅衬底浸入溶解有臭氧的清洗液中进行预清洗；(2)将步骤(1)所得晶硅衬底浸入碱性溶液中，以便在晶硅衬底的表面形成特定形貌的绒面结构；(3)将步骤(2)所得晶硅衬底浸入含有NH4OH和H2O2的去离子水中进行清洗；(4)将步骤(3)所得晶硅衬底浸入HF、HCl和H2O2的混合液中进行清洗，以便得到具有绒面结构的清洁晶硅衬底。
S100：O3预清洗
该步骤中，将晶硅衬底浸入溶解有臭氧(O3)的清洗液中进行预清洗。根据本发明的实施例，O3能够有效氧化有机物，也可以在待清洗的晶硅衬底表面形成一定厚度的、包裹衬底表面有机物、氧化物和颗粒等杂质的氧化物层，后续除去该氧化层，从而实现晶硅衬底表面有机物、油污等杂质的去除，降低晶硅衬底的微粗糙度，为后续高质量金字塔绒面结构的形成提供均匀度和洁净度极大改善的晶硅表面；相对于HNO3、浓H2SO4等常规湿化学清洗中所用的氧化剂，采用O3氧化硅片在同等条件下可高效完成，同时处理后的液体中不含其它污染物，易于处理，污水处理成本低。
根据本发明的具体实施例，上述清洗液可以为去离子水(DI H2O)，需要说明的是，除非特别说明，本发明中所采用的去离子水(DI H2O)电阻率不低于10MΩ·cm。
根据本发明的具体实施例，上述清洗液中还可以含有醋酸，且醋酸的质量浓度可以为30～100％。由此，可进一步有利于调控O3的溶解度，并拓展工艺窗口。
根据本发明的具体实施例，清洗液中的臭氧浓度为20～140ppm，清洗时间为5～300s。由此，可以进一步提高臭氧氧化硅片表面杂质的效率，从而提高硅片的清洁效果。
根据本发明的具体实施例，上述清洗液的温度可以为23～80℃。由此，可以进一步有利于臭氧对硅片表面杂质的氧化。
根据本发明的具体实施例，S100完成后，可以利用去离子水对S100所得晶硅衬底进行清洗。
S200：碱性溶液制绒
该步骤中，将S100所得晶硅衬底浸入碱性溶液中，以便在晶硅衬底的表面形成特定形貌的绒面结构。
根据本发明的实施例，碱性溶液中包括碱和添加剂，碱可以为NaOH和/或KOH，碱的质量浓度为1～20％，添加剂的种类不受特别限制，可以采用本领域常用的用于调节溶液粘度、表面活度及反应速度的添加剂。根据本发明的实施例，由于晶硅衬底已经过O3预清洗，晶硅衬底表面清洁且平整，经过碱液浸泡制绒，得到的金字塔形绒面结构更为理想。
根据本发明的具体实施例，将S100所得晶硅衬底浸入碱性溶液中浸泡的时间可以为10～15min，并控制溶液温度在75～85℃。
根据本发明的具体实施例，S200完成后，可以利用去离子水对S200所得晶硅衬底进行清洗。
S300：NH4OH/H2O2清洗
该步骤中，将S200所得晶硅衬底浸入含有NH4OH和H2O2的去离子水(DI H2O)中进行清洗，由此，可以进一步去除晶硅衬底表面的颗粒杂质。
根据本发明的具体实施例，上述NH4OH和H2O2的质量浓度分别独立地为5～20％。由此，可以进一步提高对晶硅衬底的清洁效果。
根据本发明的具体实施例，可以将将S200所得晶硅衬底浸入含有NH4OH和H2O2的去离子水中清洗10～15min，并控制溶液温度在65～80℃。
根据本发明的具体实施例，S300完成后，可以利用去离子水对S300所得晶硅衬底进行清洗。
S400：HF/HCl/H2O2清洗
该步骤中，将S300所得晶硅衬底浸入HF、HCl和H2O2的混合液中进行清洗，以便除去晶硅衬底表面的氧化物层，得到具有表面绒面结构的清洁晶硅衬底。根据本发明的实施例，通过采用HF和HCl的混合液，可以在保证清洗效果的前提下，减少强腐蚀试剂HF的用量。
根据本发明的具体实施例，上述HF的质量浓度为2～20％，上述HCl的质量浓度为2～20％，上述H2O2的质量浓度为3～30％。由此，可以进一步有利于晶硅衬底表面氧化物层的除去。
根据本发明的具体实施例，可以将S300所得晶硅衬底浸入HF、HCl和H2O2的混合液中进行清洗5～10min，并控制混合液混度为15～20℃。
根据本发明的具体实施例，S400完成后，可以利用去离子水对S400所得晶硅衬底进行清洗，干燥后得到具有表面绒面结构的清洁晶硅衬底。
根据本发明的具体实施例，可以重复S100和S400若干次，从而使硅片表面油污及有机物杂质充分形成氧化物层，以便后续除去。
由此，根据本发明实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法，采用臭氧清除晶硅衬底表面的有机物等杂质，为后续制绒工序提供更为均匀、可控的洁净晶硅衬底表面，通过合理设置各步骤反应条件和参数，该方法不仅提高了晶硅衬底的清洗和制绒效果，而且以臭氧代替传统方法中的高浓度H2SO4等强酸试剂，便于废液的回收利用，减少了对环境的影响。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种异质结太阳电池。根据本发明的实施例，异质结太阳电池包括：上述实施例所述的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法处理得到的n型晶硅衬底；第一轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的上表面；第二轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的下表面；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层的上表面；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层的下表面。
根据本发明的具体实施例，上述n型晶硅衬底的上表面和下表面均具有金字塔形绒面结构。
根据本发明实施例的异质结太阳电池，通过采用经过上述实施例的异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法处理得到的n型晶硅衬底，衬底表面更为洁净，且表面具有更接近理想的金字塔形陷光结构；另外，该异质结电池的n型晶硅衬底的处理方法以臭氧代替传统方法中的高浓度H2SO4等强酸试剂，便于废液的回收利用，减少了对环境的影响。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
按照下列步骤处理异质结太阳电池的晶硅衬底：
步骤1：将n型单晶硅片衬底浸没在溶解有臭氧的清洗液中进行清洗，结束之后再使用去离子水进行清洗；
可选的，清洗液为去离子水；
可选的，溶液中臭氧含量为20～140ppm；
可选的，清洗过程中温度范围控制在23～80℃；
可选的，清洗时间为5～300s；
可以在清洗液中加入醋酸，进一步调控臭氧的溶解度及拓宽工艺窗口；
步骤2：将硅片衬底浸没在KOH或NaOH的碱溶液中进行制绒，结束之后再使用去离子水进行清洗；
可选的，溶液中KOH或NaOH的质量分数为1～20％；
可选的，制绒时间为10～15min；
可选的，制绒反应温度控制在75～85℃；
可选的，制绒过程中还可加入相应的添加剂以控制反应速度、调节溶液粘度或作为其它相关的用途；
步骤3：将硅片衬底浸没在氨水(NH4OH)和双氧水(H2O2)的水溶液中进行清洗，结束之后再使用去离子水进行清洗；
可选的，溶液中NH4OH的质量浓度为5～20％，H2O2的质量浓度为5～20％；
可选的，清洗时间为10～15min；
可选的，清洗过程中温度范围控制在65～80℃；
步骤4：将硅片衬底浸没在HF、HCl及H2O2的水溶液中进行清洗，结束后再使用去离子水进行清洗；
可选的，溶液中HF的质量分数为2～20％，HCl的质量分数为2～20％，H2O2的质量分数为3～30％；
可选的，清洗时间为5～10min；
可选的，清洗过程中温度范围控制在15～25℃；
步骤5：烘干干燥硅片衬底，结束全部清洗流程。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种硅异质结太阳电池晶硅衬底的清洗及制绒方法，其特征在于，包括：
(1)将晶硅衬底浸入溶解有臭氧的清洗液中进行预清洗；
(2)将步骤(1)所得晶硅衬底浸入碱性溶液中，以便在所述晶硅衬底的表面形成特定形貌的绒面结构；
(3)将步骤(2)所得晶硅衬底浸入含有NH4OH和H2O2的去离子水中进行清洗；
(4)将步骤(3)所得晶硅衬底浸入HF、HCl和H2O2的混合液中进行清洗，以便得到具有绒面结构的清洁晶硅衬底。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述清洗液为去离子水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗液中含有醋酸，所述醋酸的质量浓度为30～100％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述清洗液中的臭氧浓度为20～140ppm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述清洗液的温度为23～80℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预清洗进行的时间为5～300s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碱性溶液中包括碱和添加剂，所述碱为NaOH和/或KOH，所述碱的质量浓度为1～20％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述NH4OH和H2O2的质量浓度分别独立地为5～20％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述HF的质量浓度为2～20％，所述HCl的质量浓度为2～20％，所述H2O2的质量浓度为3～30％。
10.一种硅异质结太阳电池，其特征在于，包括：
权利要求1～9任一项所述的方法处理得到的n型晶硅衬底；
第一轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的上表面；
第二轻掺杂n型氢化非晶硅层，所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层形成在所述n型晶硅衬底的下表面；
重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在所述第一轻掺杂n型氢化非晶硅层的上表面；
重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在所述第二轻掺杂n型氢化非晶硅层的下表面。
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