CN111180538A - 一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳电池领域，公开了一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片及制备方法，原硅片通过溶液a进行清洗后，在通过溶液b进行各向异性腐蚀，得到大金字塔绒面，再通过溶液c进行二次制绒后，使原有的大金字绒面上形成尺寸较小的小金字塔绒面，且大金字塔的表面从上到下依次叠加的有小金字塔，从而形成金字塔单元，因金字塔单元覆盖在硅片的表面，且是叠加的，所以该单晶硅片不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点。本发明的单晶硅片绒面为不同大小的金字塔叠加结构，不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点。

Description

一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，具体是指一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片及制备方法。
背景技术
单晶硅太阳电池的制造过程中，通过槽式湿法制绒可以在硅片表面形成金字塔形貌的陷光结构，太阳光在金字塔表面发生二次反射，从而增加硅片对光的吸收率，提高太阳电池的电流密度和光电转换效率。这种有陷光作用的绒面是利用硅片在碱液中的各向异性腐蚀形成的，硅片表面的晶面指数为(100)，在含有制绒添加剂的碱液中发生各向异性化学反应时，晶面指数为(100)的表面逐渐消失，出现由晶面指数为(111)的表面组成的金字塔形貌。
常规的单晶硅片绒面结构为大小不一的金字塔紧密排列，布满整个硅片表面，金字塔底边长度一般为0.2-20μm。不同金字塔大小的绒面具有不同的光学特性和电学特性，一般而言，金字塔尺寸大的硅片对光线的反射率较高，做成的电池片的短路电流(Isc)较小；相反地，金字塔尺寸小的硅片对光线的反射率较低，做成的电池片的短路电流较高。但是金字塔尺寸小的硅片存在其它问题，例如丝网印刷导电栅线时，小金字塔绒面与导电栅线的接触不充分，增大了接触电阻，此外降低了栅线的焊接拉力。
发明内容
基于以上技术问题，本发明提供了一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片及制备方法。本发明的单晶硅片绒面为不同大小的金字塔叠加结构，不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，包括硅片，硅片制绒后其表面覆盖有金字塔单元。
作为一种优选的方式，金字塔单元包括大金塔，大金字塔的表面从上到下依次叠加设有小金字塔。
作为一种优选的方式，小金字塔的底边长度小于大金字塔的二分之一。
作为一种优选的方式，金字塔单元的底面积为1～500平方微米。
作为一种优选的方式，金字塔单元内包含的金字塔数量为5～500个。
上述一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、预清洗，去除原硅片表面沾污。使用氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合得到溶液a，在溶液a中清洗原硅片，去除表面的颗粒物和有机沾污。
B、第一步制绒：将氢氧化钠或者氢氧化钾与制绒添加剂混合得到溶液b，在溶液b中对硅片进行各向异性腐蚀，得到尺寸较大的金字塔绒面结构，并形成大金字塔绒面。
C、第二步制绒：将氢氧化钠或者氢氧化钾与制绒添加剂混合得到溶液c，并将步骤B制绒后的单晶硅片放入溶液C中进行各向异性腐蚀，使原有的大金字塔绒面被破坏，并在大金子塔绒面上形成尺寸较小的小金字塔绒面，得到金字塔叠加的绒面结构。
D、碱洗：将氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合成溶液d，在溶液d中清洗制绒单晶硅片，去除制绒单晶硅片表面的残留物。
在本发明中，原硅片通过溶液a进行清洗后，在通过溶液b进行各向异性腐蚀，得到大金字塔绒面，再通过溶液c进行二次制绒后，使原有的大金字绒面上形成尺寸较小的小金字塔绒面，且大金字塔的表面从上到下依次叠加的有小金字塔，从而形成金字塔单元，因金字塔单元覆盖在硅片的表面，且是叠加的，所以该单晶硅片不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点，且制造成电池片后，该电池片的转换效率高，焊接可靠性更好。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供的方法制备的单晶硅片绒面为不同高度的金字塔叠加的结构，同时具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，以及小金字塔反射率低、短路电流高的优点。使用具有不同尺寸叠加的金字塔绒面的单晶硅片制造的电池片，与使用常规大绒面或小绒面硅片制造的电池片相比，转换效率有所提升，而且焊接可靠性更好。
(2)本发明将氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合成溶液d，在溶液d中清洗制绒硅片，可去除制绒硅片表面的反应产物和有机物残留。
附图说明
图1是本发明的SEM图；
图2是将图1放大后的SEM图；
图3是金字塔单元的结构示意图；
图4是图3中A-A的剖面简图；
图5是将图3拆开后的结构示意图；
图6是本发明与导电栅线的接触示意图；
图7是本发明的反射率曲线图。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
参考图1～6，一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，包括硅片，硅片制绒后其表面覆盖有金字塔单元。
作为一种优选的方式，金字塔单元包括大金塔，大金字塔的表面从上到下依次叠加设有小金字塔。
作为一种优选的方式，小金字塔的底边长度小于大金字塔的二分之一。
作为一种优选的方式，金字塔单元的底面积为1～500平方微米。
作为一种优选的方式，金字塔单元内包含的金字塔数量为5～500个。
上述一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、预清洗，去除原硅片表面沾污。使用氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合得到溶液a，在溶液a中清洗原硅片，去除表面的颗粒物和有机沾污。
B、第一步制绒：将氢氧化钠或者氢氧化钾与制绒添加剂混合得到溶液b，在溶液b中对硅片进行各向异性腐蚀，得到尺寸较大的金字塔绒面结构，并形成大金字塔绒面。
C、第二步制绒：将氢氧化钠或者氢氧化钾与制绒添加剂混合得到溶液c，并将步骤B制绒后的硅片放入溶液C中进行各向异性腐蚀，使原有的大金字塔绒面被破坏，并在大金子塔绒面上形成尺寸较小的小金字塔绒面，得到金字塔叠加的绒面结构。
D、碱洗：将氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合成溶液d，在溶液d中清洗制绒硅片，去除制绒硅片表面的反应产物和有机物残留。
在本实施例中，原硅片通过溶液a进行清洗后，在通过溶液b进行各向异性腐蚀，得到大金字塔绒面，再通过溶液c进行二次制绒后，使原有的大金字绒面上形成尺寸较小的小金字塔绒面，且大金字塔的表面从上到下依次叠加的有小金字塔，从而形成金字塔单元，因金字塔单元覆盖在硅片的表面，且是叠加的，所以该单晶硅片不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点，且制造成电池片后，该电池片的转换效率高，焊接可靠性更好。
具体的，大金字塔、小金字塔分别有四个面，且每个面都由单晶硅的(111)晶面组成。
具体的，参考图6，其中导电栅线由大小不一的金属颗粒组成。因金字塔单元之间的沟壑较大，所以金属颗粒与金字塔的接触更充分，接触电阻小，同时导电栅线与绒面的结合可使焊接拉力更高。
具体的，大金字塔的底边长度为10微米，则小金字塔的底边长度小于5微米。
实施例2：
参考图1～6，在本实施例中，可选但不限制于使用日本林纯HPC的制绒添加剂制备金字塔叠加结构的绒面，具体步骤如下：
(1)预清洗
在氨水与双氧水的混合溶液中清洗原硅片，溶液中氨水的质量浓度为3％，双氧水的质量浓度为3％，温度为65℃，清洗时间为5min。清洗结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(2)第一步制绒
使用日本林纯HPC的制绒添加剂，溶液中各组分的质量浓度：氢氧化钾为7.5％，TK81为4％，TT72C13为0.6％，温度为85℃，时间为15min。制绒结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(3)第二步制绒
使用日本林纯HPC的制绒添加剂，溶液中各组分的质量浓度：氢氧化钾为3.5％，TK81为8.5％，TT72C13为0.9％，温度为75℃，时间为15min。制绒结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(4)碱洗
在氨水与双氧水的混合溶液中清洗制绒硅片，溶液中氨水的质量浓度为3％，双氧水的质量浓度为3％，温度为65℃，清洗时间为5min。清洗结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(5)化学抛光CP(Chemical polishing)
对金字塔的棱角和沟壑进行圆滑处理，使用49％的氢氟酸和60％的硝酸，氢氟酸与硝酸的体积比为1∶100，温度为25℃，时间为2min。CP结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(6)酸洗
在盐酸与双氧水的混合溶液中清洗制绒硅片，溶液中盐酸的质量浓度为3％，双氧水的质量浓度为3％，温度为65℃，清洗时间为5min。清洗结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(7)去氧化层
在质量浓度为5％的氢氟酸溶液中清洗制绒硅片，去除硅片表面的氧化层，温度为25℃，时间为2min。CP结束后在常温纯水中漂洗硅片2min。
(8)慢提拉
在60℃热水中清洗制绒硅片1min，然后将硅片缓慢提拉出水，提拉速度为5mm/s，硅片表面没有水滴残留。
(9)烘干
使用加热后的过滤空气吹干硅片，温度为50℃，时间为10min，烘干后得到表面洁净的制绒硅片，可以进行下一步CVD镀膜工艺。
本实施例中的单晶硅片不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点，且制造成电池片后，该电池片的转换效率高，焊接可靠性更好。
本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。
实施例3：
参考图1～6，在本实施例中，可选但不限制于使用德国ICB的制绒添加剂制备金字塔叠加结构的绒面，具体步骤如下：
(1)预清洗
在氢氧化钾与双氧水的混合溶液中清洗原硅片，溶液中氢氧化钾的质量浓度为1.5％，双氧水的质量浓度为3％，温度为65℃，清洗时间为5min。清洗结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(2)第一步制绒
使用德国ICB的制绒添加剂，溶液中各组分的质量浓度：氢氧化钾为4.5％，ICBUltra M为0.8％，温度为85℃，时间为10min。制绒结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(3)第二步制绒
使用德国ICB的制绒添加剂，溶液中各组分的质量浓度：氢氧化钾为2％，ICB V3为0.5％，温度为80℃，时间为10min。制绒结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(4)碱洗
在氢氧化钾与双氧水的混合溶液中清洗制绒硅片，溶液中氢氧化钾的质量浓度为1.5％，双氧水的质量浓度为3％，温度为65℃，清洗时间为5min。清洗结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(5)化学抛光CP(Chemical polishing)
对金字塔的棱角和沟壑进行圆滑处理，使用臭氧和氢氟酸的混合溶液，臭氧浓度为30ppm，氢氟酸的质量浓度为1％，温度为25℃，时间为3min。CP结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(6)酸洗
在盐酸与双氧水的混合溶液中清洗制绒硅片，溶液中盐酸的质量浓度为3％，双氧水的质量浓度为3％，温度为65℃，清洗时间为5min。清洗结束后在常温纯水中漂洗硅片3min。
(7)去氧化层
在质量浓度为5％的氢氟酸溶液中清洗制绒硅片，去除硅片表面的氧化层，温度为25℃，时间为2min。CP结束后在常温纯水中漂洗硅片2min。
(8)慢提拉
在60℃热水中清洗制绒硅片1min，然后将硅片缓慢提拉出水，提拉速度为5mm/s，硅片表面没有水滴残留。
(9)烘干
使用加热后的过滤空气吹干硅片，温度为50℃，时间为10min，烘干后得到表面洁净的制绒硅片，可以进行下一步CVD镀膜工序。
本实施例中的单晶硅片不仅具备了大金字塔与导电栅线接触好、焊接拉力高的优点，也具备了小金字塔反射率低、短路电流高的优点，且制造成电池片后，该电池片的转换效率高，焊接可靠性更好。
本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述本发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，包括硅片，其特征在于：所述硅片制绒后其表面覆盖有金字塔单元。
2.根据权利要求1所述的一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，其特征在于：所述金字塔单元包括大金塔，所述大金字塔的表面从上到下依次叠加设有小金字塔。
3.根据权利要求2所述的一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，其特征在于：所述小金字塔的底边长度小于大金字塔的二分之一。
4.根据权利要求1所述的一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，其特征在于：所述金字塔单元的底面积为1～500平方微米。
5.根据权利要求4所述的一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片，其特征在于：所述金字塔单元内包含的金字塔数量为5～500个。
6.权利要求1～4任意一项所述的一种具有金字塔叠加结构的单晶硅片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、预清洗，去除原硅片表面沾污。使用氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合得到溶液a，在溶液a中清洗原硅片，去除表面的颗粒物和有机沾污。
B、第一步制绒：将氢氧化钠或者氢氧化钾与制绒添加剂混合得到溶液b，在溶液b中对硅片进行各向异性腐蚀，得到尺寸较大的金字塔绒面结构，并形成大金字塔绒面。
C、第二步制绒：将氢氧化钠或者氢氧化钾与制绒添加剂混合得到溶液c，并将步骤B制绒后的硅片放入溶液C中进行各向异性腐蚀，使原有的大金字塔绒面被破坏，并在大金子塔绒面上形成尺寸较小的小金字塔绒面，得到金字塔叠加的绒面结构。
D、碱洗：将氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，与双氧水混合成溶液d，在溶液d中清洗制绒硅片，去除制绒硅片表面的残留物。
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