CN110629290A - 湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏单晶硅表面织构化领域。湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，按照单晶制绒‑富氧化层热扩散‑正面激光筛点‑背面去PSG/BSG‑背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入‑扩散制结—正背面去PSG/BSG‑热氧化‑正背面钝化减反射膜‑丝网印刷进行，在单晶制绒过程中，采用KOH、制绒辅助剂RN‑008、纯水的混合溶液对尺寸为156.75mm的单晶P型硅片进行第一次表面金字塔绒面结构的制备，工艺制程中刻蚀量控制在0.5g±0.1g，制绒反射率约为8‑10%，表面金字塔尺寸在1.5‑3μm，其中，KOH的质量百反比浓度为2.2%，制绒辅助剂RN‑008体积浓度为1.4%。
Description
技术领域
本发明涉及光伏单晶硅表面织构化领域。
背景技术
在光伏行业内，单、多晶硅片都主要沿用湿法刻蚀的方式来进行表面织构化处理。在单晶硅表面织构化处理上，则主要以氢氧化钾、化学辅助剂的混合溶液为基础，并且结合混酸清洗工艺，达到单晶硅表面织构化的工艺目的。成型的单晶硅织构化表面往往为分布均匀、尺寸在1-3μm的金字塔结构；数年来，行业内对于这种单晶硅片表面织构化处理方法已司空见惯，在对这种结构的优化上大多也只是进行微观尺度上的处理，或者在成型均匀上进行改善而已。
在单晶硅表面织构化技术成熟至今，单晶硅的制绒从制绒速度，到表面结构均匀优化，最终降低表面反射率，实现了更好的陷光效果。但是，随着行业的持续发展，对单晶硅表面结构的均匀性及织构化绒面的陷光效果要求也进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何改变传统单晶硅绒面结构，在金字塔构型的基础上实现倒金字塔嵌入，进一步提高硅片表面的陷光效果，从而进一步降低表面反射率，提高成品电池的转化效率。
本发明所采用的技术方案是：湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，按照单晶制绒-富氧化层热扩散-正面激光筛点-背面去PSG/BSG-背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入-扩散制结—正背面去PSG/BSG-热氧化-正背面钝化减反射膜-丝网印刷进行，在单晶制绒过程中，采用KOH、制绒辅助剂RN-008、纯水的混合溶液对尺寸为156.75mm的单晶P型硅片进行第一次表面金字塔绒面结构的制备，工艺制程中刻蚀量控制在0.5g±0.1g，制绒反射率约为8-10%，表面金字塔尺寸在1.5-3μm，其中，KOH的质量百反比浓度为2.2%，制绒辅助剂RN-008体积浓度为1.4%。
富氧化层热扩散工艺中，在800℃下采用富氧模式进行薄层磷扩散，制备硅片表面PSG掩膜，沉积时间500s，PSG厚度5-8nm。
正面激光筛点工艺，使用功率30W,光斑直径40μm的激光器对具有PSG掩膜的硅片表面进行整面的筛点扫描，激光图形要求整面均匀，光斑线距0.1μm，雕刻频率200KHz，雕刻速度24000mm/s。
背面去PSG/BSG，采用链式清洗机去除背面的PSG/BSG，清洗液采用体积浓度5%-10%HF水溶液进行清洗，同时正面使用水膜保护，确保正面亲水，背面疏水。
背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入，使用槽式清洗机进行正面倒金字塔结构的构建，正面绒面反射率进一步降低到6%，同时将背面进行抛光并使得背面反射率达到36%，刻蚀液采用KOH、六偏磷酸钠、水混合溶液，其中，KOH的质量百分比浓度为6%，六偏磷酸钠的质量百分浓度为3.4%；刻蚀前采用KOH、H2O2、水混合溶液在40-60℃条件下清洗50-90s，其中KOH的质量百分比浓度为0.2%，H2O2质量百分浓度为5%；刻蚀后采用KOH、H2O2、水混合溶液在60℃清洗2-3min，随后在体积比为10%HF与10%HCl混合溶液清洗2-3min；最后烘干，其中KOH的质量百分比浓度为0.4%，H2O2质量百分浓度为5%。
扩散制结工艺，采用低压扩散炉在860℃进行时长1200s的磷扩散，完成结深0.3-0.6μm的P-n结的制备,控制方块电阻在110-125Ω/□。
正背面去PSG/BSG，在槽式机中进行正背面PSG/BSG的清洗，清洗液采用氢氟酸/盐酸混合溶液，其中，氢氟酸和盐酸的体积浓度都为5%-8%，清洗时间为90-120s。
本发明的有益效果是：1.将传统单晶硅表面织构化进一步改善，成为具有嵌入式倒金字塔结构的绒面，从而进一步降低表面反射率，大幅提高电池表面的陷光效果。2.制备过程基本与现阶段PERC电池工艺兼容。3.类似结构适用于包括P型和N型硅片在内的单晶硅电池片工艺制程。
附图说明
图1是具有倒金字塔结构的绒面结构示意图；
在单晶硅基底上，上表面为嵌入倒金字塔的金字塔绒面，主要是形如倒金字塔的坑洞，下表面为碱抛光之后的抛光面。
具体实施方式
本发明主要在单晶硅（不限于p型或者n型）织构化表面的改善上，以及嵌入式倒金字塔结构的成型上，与常规单晶制绒相比主要有以下区别：
在单晶硅湿法表面织构化处理中需要保证金字塔结构具有良好的均匀性，并且尺寸控制在2μm左右；
嵌入式倒金字塔成型过程中需要过程保护，即在一次制绒工艺完成后需要加载掩膜；
二次制绒是一个制绒与抛光相互结合的过程；可用链式机清洗，也可用槽式机清洗，重点去除表面PSG（或BSG）；从而制备出疏水，硅片的一面（正面）具有嵌入式倒金字塔结构的绒面，另一面（背面）为反射率达到36%以上的抛光面。
二次制绒（倒金字塔结构成型过程）完成后，进行标准单晶硅电池片制备工艺，扩散制备p-n结、去表面PSG（或BSG）、氧化、正背面镀膜钝化、丝网印刷、烧结、测试与分选等。
湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，按照单晶制绒-富氧化层热扩散-正面激光筛点-背面去PSG/BSG-背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入-扩散制结—正背面去PSG/BSG-热氧化-正背面钝化减反射膜-丝网印刷进行，在单晶制绒过程中，采用KOH、制绒辅助剂RN-008、纯水的混合溶液对尺寸为156.75mm的单晶P型硅片进行第一次表面金字塔绒面结构的制备，工艺制程中刻蚀量控制在0.5g±0.1g，制绒反射率约为8-10%，表面金字塔尺寸在1.5-3μm，其中，KOH的质量百反比浓度为2.2%，制绒辅助剂RN-008体积浓度为1.4%，通过本工艺形成形状均匀质量良好的金字塔绒面以方便与后续倒金字塔嵌入相配合。
富氧化层热扩散工艺中，在800℃下采用富氧模式进行薄层磷扩散，制备硅片表面PSG掩膜，沉积时间500s，PSG厚度5-8nm。
正面激光筛点工艺，使用功率30W,光斑直径40μm的激光器对具有PSG掩膜的硅片表面进行整面的筛点扫描，激光图形要求整面均匀，光斑线距0.1μm，雕刻频率200KHz，雕刻速度24000mm/s。
背面去PSG/BSG，采用链式清洗机去除背面的PSG/BSG，清洗液采用体积浓度5%-10%HF水溶液进行清洗，同时正面使用水膜保护，确保正面亲水，背面疏水。
背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入，使用槽式清洗机进行正面倒金字塔结构的构建，正面绒面反射率进一步降低到6%，同时将背面进行抛光并使得背面反射率达到36%，刻蚀液采用KOH、六偏磷酸钠、水混合溶液，其中，KOH的质量百分比浓度为6%，六偏磷酸钠的质量百分浓度为3.4%；刻蚀前采用KOH、H2O2、水混合溶液在40-60℃条件下清洗50-90s，其中KOH的质量百分比浓度为0.2%，H2O2质量百分浓度为5%；刻蚀后采用KOH、H2O2、水混合溶液在60℃清洗2-3min，随后在体积比为10%HF与10%HCl混合溶液清洗2-3min；最后烘干，其中KOH的质量百分比浓度为0.4%，H2O2质量百分浓度为5%，如图1所示在单晶硅基底上，上表面为嵌入倒金字塔的金字塔绒面，主要是形如倒金字塔的坑洞，下表面为碱抛光之后的抛光面，进一步降低了表面反射率，大幅提高了电池表面的陷光效果。
扩散制结工艺，采用低压扩散炉在860℃进行时长1200s的磷扩散，完成结深0.3-0.6μm的P-n结的制备,控制方块电阻在110-125Ω/□。
正背面去PSG/BSG，在槽式机中进行正背面PSG/BSG的清洗，清洗液采用氢氟酸/盐酸混合溶液，其中，氢氟酸和盐酸的体积浓度都为5%-8%，清洗时间为90-120s。
后续工艺制程和单晶PERC常规流程一致，进行热氧化-正背面钝化减反射膜-丝网印刷后即得成型电池片。
Claims (7)
1.湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：按照单晶制绒-富氧化层热扩散-正面激光筛点-背面去PSG/BSG-背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入-扩散制结—正背面去PSG/BSG-热氧化-正背面钝化减反射膜-丝网印刷进行，在单晶制绒过程中，采用KOH、制绒辅助剂RN-008、纯水的混合溶液对尺寸为156.75mm的单晶P型硅片进行第一次表面金字塔绒面结构的制备，工艺制程中刻蚀量控制在0.5g±0.1g，制绒反射率约为8-10%，表面金字塔尺寸在1.5-3μm，其中，KOH的质量百反比浓度为2.2%，制绒辅助剂RN-008体积浓度为1.4%。
2.根据权利要求1所述的湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：富氧化层热扩散工艺中，在800℃下采用富氧模式进行薄层磷扩散，制备硅片表面PSG掩膜，沉积时间500s，PSG厚度5-8nm。
3.根据权利要求1所述的湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：正面激光筛点工艺，使用功率30W,光斑直径40μm的激光器对具有PSG掩膜的硅片表面进行整面的筛点扫描，激光图形要求整面均匀，光斑线距0.1μm，雕刻频率200KHz，雕刻速度24000mm/s。
4.根据权利要求1所述的湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：背面去PSG/BSG，采用链式清洗机去除背面的PSG/BSG，清洗液采用体积浓度5%-10%HF水溶液进行清洗，同时正面使用水膜保护，确保正面亲水，背面疏水。
5.根据权利要求1所述的湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：背面碱抛光以及正面倒金字塔嵌入，使用槽式清洗机进行正面倒金字塔结构的构建，正面绒面反射率进一步降低到6%，同时将背面进行抛光并使得背面反射率达到36%，刻蚀液采用KOH、六偏磷酸钠、水混合溶液，其中，KOH的质量百分比浓度为6%，六偏磷酸钠的质量百分浓度为3.4%；刻蚀前采用KOH、H2O2、水混合溶液在40-60℃条件下清洗50-90s，其中KOH的质量百分比浓度为0.2%，H2O2质量百分浓度为5%；刻蚀后采用KOH、H2O2、水混合溶液在60℃清洗2-3min，随后在体积比为10%HF与10%HCl混合溶液清洗2-3min；最后烘干，其中KOH的质量百分比浓度为0.4%，H2O2质量百分浓度为5%。
6.根据权利要求1所述的湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：扩散制结工艺，采用低压扩散炉在860℃进行时长1200s的磷扩散，完成结深0.3-0.6μm的P-n结的制备,控制方块电阻在110-125Ω/□。
7.根据权利要求1所述的湿法激光单晶硅嵌入式倒金字塔绒面制备，其特征在于：正背面去PSG/BSG，在槽式机中进行正背面PSG/BSG的清洗，清洗液采用氢氟酸/盐酸混合溶液，其中，氢氟酸和盐酸的体积浓度都为5%-8%，清洗时间为90-120s。
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