CN111048628A - 一种p型单晶硅片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种P型单晶硅片的制备方法，包括：选取P型单晶硅片，对硅片进行碱制绒，使得硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面；在减反射绒面上进行二次制绒；对二次制绒面进行清洗，去除二次制绒引起的硅表面损伤层及杂质；将硅片进行磷扩散，在硅片表面形成N型层；去除硅片边缘PN结；去除硅片正面磷硅玻璃；沉积硅片背面氧化铝钝化层；在硅片的正面和背面镀氮化硅反射膜；在硅片的正面和背面丝网印刷银栅线；背面电极印刷；铝背场印刷：在硅片的背面印刷铝背场；正面电极印刷和高温快速烧结。该制备方法能满足不同厚度硅片的需求。

Description

一种P型单晶硅片的制备方法
技术领域
本发明涉及硅片的制备方法，具体是指一种P型单晶硅片的制备方法。
背景技术
近几年领跑者、超跑者等项目对电池效率的要求越来越高，为了进一步提升单晶硅电池的市场占有率；单晶电池的效率提升迫在眉睫，其中提升太阳光的利用率，降低电池片反射率是提升电池片效率的关键因素之一。目前已有降低反射率的方法主要是单晶碱制绒形成金字塔绒面结构，本发明是在碱制绒金子塔绒面结构的基础上进一步优化绒面结构，降低硅片表面的反射率增加光的利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种P型单晶硅片的制备方法，能满足不同厚度硅片的需求。
本发明的上述目的采用如下技术方案来实现的：一种P型单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取P型单晶硅片，对硅片进行碱制绒，使得所述P型单晶硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在10％-18％之间；
对于同一片硅片，测试位置的不同，电阻率都存在不同，因此，硅片的电阻率为范围值，不是固定值。
步骤二：在减反射绒面上进行二次制绒，二次制绒后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在5％-9％之间；
步骤三：对二次制绒面进行清洗，去除二次制绒引起的硅表面损伤层及杂质，对二次制绒形成的纳米绒面进行修复，纳米绒面的大小控制在300-600nm之间，清洗后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在8％-16％之间；
其中，步骤一至步骤三为P型单晶硅片的制绒工艺方法，采用化学制绒和物理制绒叠加，形成纳米绒面；
步骤四：将硅片进行磷扩散，在硅片表面形成N型层；
步骤五：去除硅片边缘PN结；
步骤六：去除硅片正面磷硅玻璃；
步骤七：沉积硅片背面氧化铝钝化层；
步骤八：在硅片的正面和背面镀氮化硅反射膜；硅片正面反射率在全波段300-1200nm内的反射率范围为4％-9％；
步骤九：在硅片的正面和背面丝网印刷银栅线；
步骤十：背面电极印刷：在硅片的背面印刷金属背电极，所采用的金属为银；
步骤十一、铝背场印刷：在硅片的背面印刷铝背场；
步骤十二、正面电极印刷：在硅片的正面印刷正面金属电极，所采用的金属为银；
步骤十三、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结。
本发明中，所述步骤一中，选取的P型单晶硅片的电阻率为0.5-1.5Ω·cm，或者0.1-3Ω·cm。
本发明中，所述步骤一中，碱制绒的制绒剂为体积比为2％-3％的KOH水溶液，温度为80-85℃，制绒时间为300-600s；或者碱制绒的制绒剂为体积比为2％-3％的KOH、体积比为0.5％-0.7％的制绒添加剂、其余为水的混合溶液。
本发明中，所述步骤二中，在减反射绒面上采用RIE法(RIE即反应离子刻蚀)进行二次制绒。
本发明中，所述步骤三中，采用BOE溶液对二次制绒面进行清洗，其中，BOE是氢氟酸与氟化铵两者物质的混合液，BOE中，氢氟酸与氟化铵在混合液中的体积比是1:6或1:3，BOE溶液中，BOE所占的体积比为18％，H2O2的体积比为32％，其余为水，清洗时间为1100-1500s。
本发明中，所述步骤四中，将硅片置于500～800℃的炉管中进行磷扩散，扩散时间为5min-50min。
本发明中，所述步骤五中，采用等离子刻蚀、激光刻边或者化学腐蚀等方法去除硅片边缘PN结。
本发明中，所述步骤七中，采用ALD法(ALD为原子层沉积)或者PECVD法(PECVD为等离子体增强化学汽相沉积)沉积硅片背面氧化铝钝化层；背面氧化铝钝化层的膜厚范围在4-12nm。
本发明中，所述步骤八中，正面氮化硅反射膜的膜厚为75-90nm，背面氮化硅反射膜的膜厚为100-130nm。
本发明中，所述步骤十三中，烧结温度为：750-800℃，烧结时间为29-31秒。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的有益效果：
现阶段单晶硅片普遍采用碱制绒方式形成金字塔状的减反射绒面，绒面大小在2-5um，反射率(全波段300-1200nm)范围10％-18％，传统的单晶碱制绒技术进一步优化电池片反射率困难较大，降低反射率可以进一步提高电池片的短路电流，本发明绒面结构是在碱制绒金子塔绒面结构的基础上进行二次制绒进一步优化绒面结构，反射率在范围5％-9％之间，降低硅片表面的反射率增加光的利用率，进而提高电池片的短路电流。
具体实施方式
实施例一
一种P型单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取电阻率为0.5-1.5Ω·cm的P型单晶硅片，对硅片进行碱制绒，制绒剂为体积比为2％的KOH水溶液，温度为80℃，制绒时间为600s，使得所述P型单晶硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在10％-18％之间；
对于同一片硅片，测试位置的不同，电阻率都存在不同，因此，硅片的电阻率为范围值，不是固定值。
步骤一中的制绒剂中也可以采用添加制绒添加剂的混合溶液，此时，制绒剂为体积比为2％-3％的KOH、体积比为0.5％-0.7％的制绒添加剂、其余为水的混合溶液，制绒添加剂直接在市面上购买即可。
步骤二：在减反射绒面上采用RIE法(RIE即反应离子刻蚀)进行二次制绒，二次制绒后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在5％-9％之间；
步骤三：采用BOE溶液，BOE即缓冲氧化物刻蚀液，是氢氟酸与氟化铵两者物质的混合液，氢氟酸与氟化铵在混合液中的体积比是1:6，对二次制绒面进行清洗，BOE溶液中，BOE所占的体积比为18％，H2O2的体积比为32％，其余为水，清洗时间为1100s，去除等离子体刻蚀引起的硅表面损伤层及杂质，对RIE形成的纳米绒面进行修复，纳米绒面的大小控制在300-600nm之间，清洗后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在8％-16％之间；
其中，步骤一至步骤三为P型单晶硅片的制绒工艺方法，采用化学制绒和物理制绒叠加，形成纳米绒面；
步骤四：将硅片置于500℃的炉管中进行磷扩散，扩散时间为50min，在硅片表面形成N型层；
步骤五：采用等离子刻蚀法去除硅片边缘PN结；
步骤六：去除硅片正面磷硅玻璃；
步骤七：采用ALD法(ALD为原子层沉积)沉积硅片背面氧化铝钝化层；背面氧化铝钝化层的膜厚为4nm；
步骤八：在硅片的正面和背面镀氮化硅反射膜；正面氮化硅反射膜的膜厚为75nm，背面氮化硅反射膜的膜厚为100nm；硅片正面反射率在全波段300-1200nm内的反射率范围为4％-9％；
步骤九：在硅片的正面和背面丝网印刷银栅线；
步骤十：背面电极印刷：在硅片的背面采用丝网印刷方法印刷金属背电极，所采用的金属为银；
步骤十一、铝背场印刷：在硅片的背面采用丝网印刷方法印刷铝背场；
步骤十二、正面电极印刷：在硅片的正面采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，所采用的金属为银；
步骤十三、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为：750℃，烧结时间为31秒。
实施例二
一种P型单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取电阻率为0.1-3Ω·cm的P型单晶硅片，对硅片进行碱制绒，制绒剂采用添加制绒添加剂的混合溶液，此时，制绒剂为体积比为2.5％的KOH、体积比为0.6％的制绒添加剂、其余为水的混合溶液，温度为82℃，制绒时间为450s，使得所述P型单晶硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在10％-18％之间；
步骤一中的制绒剂中也直接采用体积比为2％-3％的KOH水溶液。
步骤二：在减反射绒面上采用RIE法进行二次制绒，二次制绒后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在5％-9％之间；
步骤三：采用BOE溶液，BOE溶液中氢氟酸与氟化铵在混合液中的体积比是1:3，对二次制绒面进行清洗，BOE溶液中，BOE所占的体积比为18％，H2O2的体积比为32％，其余为水，清洗时间为1300s，去除等离子体刻蚀引起的硅表面损伤层及杂质，对RIE形成的纳米绒面进行修复，纳米绒面的大小控制在300-600nm之间，清洗后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在8％-16％之间；
其中，步骤一至步骤三为P型单晶硅片的制绒工艺方法，采用化学制绒和物理制绒叠加，形成纳米绒面；
步骤四：将硅片置于600℃的炉管中进行磷扩散，扩散时间为30min，在硅片表面形成N型层；
步骤五：采用激光刻边法去除硅片边缘PN结；
步骤六：去除硅片正面磷硅玻璃；
步骤七：采用PECVD法(PECVD为等离子体增强化学汽相沉积)沉积硅片背面氧化铝钝化层；背面氧化铝钝化层的膜厚为8nm；
步骤八：在硅片的正面和背面镀氮化硅反射膜；正面氮化硅反射膜的膜厚为80nm，背面氮化硅反射膜的膜厚为120nm；硅片正面反射率在全波段300-1200nm内的反射率范围为4％-9％；
步骤九：在硅片的正面和背面丝网印刷银栅线；
步骤十：背面电极印刷：在硅片的背面采用丝网印刷方法印刷金属背电极，所采用的金属为银；
步骤十一、铝背场印刷：在硅片的背面采用丝网印刷方法印刷铝背场；
步骤十二、正面电极印刷：在硅片的正面采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，所采用的金属为银；
步骤十三、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为：780℃，烧结时间为30秒。
实施例三
一种P型单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取电阻率为0.5-1.5Ω·cm的P型单晶硅片，对硅片进行碱制绒，制绒剂为体积比为3％的KOH水溶液，温度为85℃，制绒时间为300s，使得所述P型单晶硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在10％-18％之间；
步骤一中的制绒剂中也可以采用添加制绒添加剂的混合溶液，此时，制绒剂为体积比为2％-3％的KOH、体积比为0.5％-0.7％的制绒添加剂、其余为水的混合溶液，制绒添加剂直接在市面上购买即可。
步骤二：在减反射绒面上采用RIE法进行二次制绒，二次制绒后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在5％-9％之间；
步骤三：采用BOE溶液，BOE溶液中氢氟酸与氟化铵在混合液中的体积比是1:6，对二次制绒面进行清洗，BOE溶液中，BOE所占的体积比为18％，H2O2的体积比为32％，其余为水，清洗时间为1500s，去除等离子体刻蚀引起的硅表面损伤层及杂质，对RIE形成的纳米绒面进行修复，纳米绒面的大小控制在300-600nm之间，清洗后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在8％-16％之间；
其中，步骤一至步骤三为P型单晶硅片的制绒工艺方法，采用化学制绒和物理制绒叠加，形成纳米绒面；
步骤四：将硅片置于800℃的炉管中进行磷扩散，扩散时间为5min，在硅片表面形成N型层；
步骤五：采用化学腐蚀法去除硅片边缘PN结；
步骤六：去除硅片正面磷硅玻璃；
步骤七：采用ALD法沉积硅片背面氧化铝钝化层；背面氧化铝钝化层的膜厚为8nm；
步骤八：在硅片的正面和背面镀氮化硅反射膜；正面氮化硅反射膜的膜厚为90nm，背面氮化硅反射膜的膜厚为130nm；硅片正面反射率在全波段300-1200nm内的反射率范围为4％-9％；
步骤九：在硅片的正面和背面丝网印刷银栅线；
步骤十：背面电极印刷：在硅片的背面采用丝网印刷方法印刷金属背电极，所采用的金属为银；
步骤十一、铝背场印刷：在硅片的背面采用丝网印刷方法印刷铝背场；
步骤十二、正面电极印刷：在硅片的正面采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，所采用的金属为银；
步骤十三、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为：800℃，烧结时间为29秒。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种P型单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取P型单晶硅片，对硅片进行碱制绒，使得所述P型单晶硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在10％-18％之间；
步骤二：在减反射绒面上进行二次制绒，二次制绒后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在5％-9％之间；
步骤三：对二次制绒面进行清洗，去除二次制绒引起的硅表面损伤层及杂质，对二次制绒形成的纳米绒面进行修复，纳米绒面的大小控制在300-600nm之间，清洗后减反射绒面在全波段300-1200nm内的反射率在8％-16％之间；
步骤四：将硅片进行磷扩散，在硅片表面形成N型层；
步骤五：去除硅片边缘PN结；
步骤六：去除硅片正面磷硅玻璃；
步骤七：沉积硅片背面氧化铝钝化层；
步骤八：在硅片的正面和背面镀氮化硅反射膜；硅片正面反射率在全波段300-1200nm内的反射率范围为4％-9％；
步骤九：在硅片的正面和背面丝网印刷银栅线；
步骤十：背面电极印刷：在硅片的背面印刷金属背电极，所采用的金属为银；
步骤十一、铝背场印刷：在硅片的背面印刷铝背场；
步骤十二、正面电极印刷：在硅片的正面印刷正面金属电极，所采用的金属为银；
步骤十三、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结。
2.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，选取的P型单晶硅片的电阻率为0.5-1.5Ω·cm，或者0.1-3Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，碱制绒的制绒剂为体积比为2％-3％的KOH水溶液，温度为80-85℃，制绒时间为300-600s；或者碱制绒的制绒剂为体积比为2％-3％的KOH、体积比为0.5％-0.7％的制绒添加剂、其余为水的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，在减反射绒面上采用RIE法进行二次制绒。
5.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，采用BOE溶液对二次制绒面进行清洗，其中，BOE是氢氟酸与氟化铵两者物质的混合液，BOE中，氢氟酸与氟化铵在混合液中的体积比是1:6或1:3，BOE溶液中，BOE所占的体积比为18％，H2O2的体积比为32％，其余为水，清洗时间为1100-1500s。
6.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，将硅片置于500～800℃的炉管中进行磷扩散，扩散时间为5min-50min。
7.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，采用等离子刻蚀、激光刻边或者化学腐蚀等方法去除硅片边缘PN结。
8.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤七中，采用ALD法或者PECVD法沉积硅片背面氧化铝钝化层；背面氧化铝钝化层的膜厚范围在4-12nm。
9.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤八中，正面氮化硅反射膜的膜厚为75-90nm，背面氮化硅反射膜的膜厚为100-130nm。
10.根据权利要求1所述的P型单晶硅片的制备方法，其特征在于：所述步骤十三中，烧结温度为：750-800℃，烧结时间为29-31秒。
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