CN111627804A - 一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺 - Google Patents

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顾生刚
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Abstract

本发明公开了一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，包括：⑴对硅片碱制绒，在硅片正面和背面上形成减反射绒面；⑵将硅片置于炉管中进行热扩散，在硅片正面和背面形成氧化层；⑶保护硅片正面的氧化层，并去除背面PN结和氧化层；⑷对硅片背面的减反射绒面进行抛光，再去除硅片正面上的氧化层。本发明利用热扩散形成的氧化层作为掩膜，实现太阳能电池单面抛光，仅需用碱制绒槽式设备更改工艺配方就可以满足单面抛光要求，产线兼容度高，省去了掩膜工序，可避免SiNx膜的单独清洗及SiNx清洗引入的污染，降低环境污染，减少厂房动力系统的排氮压力，而且不用增加新设备，同时电池正面结构被保留，降低了太阳能电池的加工成本。

Description

一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术，尤其涉及一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺。
背景技术
晶体硅片广泛应用在光伏太阳能和半导体领域，目前光伏行业所用晶体硅片的切割主要有砂浆多线切割技术和金刚石线切割技术，相比之下，后者是采用金刚石线对单晶硅块进行多线切割而获得单晶硅片，其具有表面损伤少、线痕浅而密的特点，且硅片加工成本低，因此，金刚石线切割技术成为当前的主流技术。
在太阳能电池生产过程中，硅片表面抛光是提高电池转换效率的一道关键工序，它是通过化学反应在硅片背表面抛光以增加背表面反射率、增强光的吸收。传统硅片表面抛光采用链式的酸抛光工艺，但是，链式的酸抛光工艺存在环境污染大、厂房动力系统的排氮压力高的缺陷，随着工艺技术的进步，链式碱抛光和槽式碱抛光可以克服这些缺陷。但是，碱抛光需要的温度较高，采用链式设备温度的稳定性不易控制，而槽式碱抛光设备相对成熟，工艺温度容易控制，与产线制绒设备兼容，无需购买新设备即可实现工艺调整，节省成本。然而，在槽式设备中实现单面碱抛光，正面结构要保留完好，大部分单面抛光都需要预先对绒面进行镀SiNx膜保护，镀膜工艺成本较高，且后续还需增加工艺来去除绒面表面的镀膜保护层，提高了电池加工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产线兼容度高、减少掩膜工序、降低电池加工成本的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
⑴选取单晶硅片，对硅片进行碱制绒，在硅片的正面和背面上形成减反射绒面；
⑵将由步骤⑴所得硅片置于炉管中进行热扩散，在硅片的正面和背面形成氧化层；
⑶保护由步骤⑵所得硅片正面的氧化层，并去除背面PN结和氧化层；
⑷对由步骤⑶所得硅片背面的减反射绒面进行抛光，再去除硅片正面上的氧化层，完成太阳能电池单面抛光。
本发明利用热扩散形成的氧化层作为掩膜，实现太阳能电池单面抛光，仅需用碱制绒槽式设备更改工艺配方就可以满足单面抛光要求，产线兼容度高，省去了掩膜工序，可避免SiNx膜的单独清洗及SiNx清洗引入的污染，降低环境污染，减少厂房动力系统的排氮压力，而且不用增加新设备，同时电池正面结构被保留，降低了太阳能电池的加工成本。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤⑷使用槽式抛光设备，先对由步骤⑶所得硅片表面进行清洗预处理，再进行抛光处理，然后漂洗去除硅片表面残留碱液，最后进行酸洗去除硅片表面残留碱液和氧化层。
作为本发明的一种优选实施方式，清洗预处理采用1％-3％体积浓度的KOH或者NaOH溶液、4％-8％体积浓度的双氧水溶液，加热至60℃-70℃，工艺时间为20s-120s。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤⑷的抛光采用5％-10％体积浓度的KOH或者NaOH溶液、1％-5％的抛光添加剂，温度为60℃-80℃，工艺时间为100s-600s，然后用纯水漂洗1min-5min。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤⑷的酸洗采用5％-15％体积浓度的HF溶液和5％-15％体积浓度的HCl溶液的混合液。
作为本发明的一种优选实施方式，在所述步骤⑶中，正面使用水膜保护氧化层，背面酸洗，去除背面PN结和氧化层。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单晶硅片是P型单晶硅片，在热扩散过程中，形成的氧化层是PSG层。
作为本发明的另一种优选实施方式，所述单晶硅片是N型单晶硅片，在热扩散过程中，形成的氧化层是BSG层。
作为本发明的一种优选实施方式，在所述步骤⑶中，酸洗采用10％-20％体积浓度的HF溶液。
作为本发明的一种优选实施方式，在所述步骤⑴中，所选取的硅片是电阻率为0.1Ω·cm～6Ω·cm轻掺杂硅片，制绒减重范围是0.4g-0.8g，反射率是8％-18％。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
本发明利用热扩散形成的氧化层作为掩膜，实现太阳能电池单面抛光，仅需用碱制绒槽式设备更改工艺配方就可以满足单面抛光要求，产线兼容度高，省去了掩膜工序，可避免SiNx膜的单独清洗及SiNx清洗引入的污染，降低环境污染，减少厂房动力系统的排氮压力，而且不用增加新设备，同时电池正面结构被保留，降低了太阳能电池的加工成本。
具体实施方式
实施例1
⑴选取电阻率为0.1Ω·cm～6Ω·cm的轻掺杂的p型单晶硅片，对p型硅片进行碱制绒，使得p型硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，制绒减重范围为0.4g-0.8g，反射率(全波段300nm-1200nm)范围是8％-18％；
⑵将硅片置于700℃～900℃的炉管中进行P(磷)扩散，时间在5min—50min，在硅片表面形成n型层，生成PSG层；
⑶利用链式酸洗水上漂技术，正面使用水膜保护PSG层，仅背面接触10％-20％体积浓度的HF溶液，去除背面PN结和PSG层，保留正面的PSG层；
⑷利用正面PSG掩膜在槽式抛光设备进行溶液配制：1、清洗预处理：配置1％-3％体积浓度的KOH或者NaOH溶液，4％-8％体积浓度的双氧水溶液，加热至60℃-70℃，工艺时间为20s-120s，对硅片表面进行清洗预处理；2、PSG保护单面抛光：配置5％-10％体积浓度的KOH或者NaOH溶液、1％-5％的抛光添加剂，温度为60℃-80℃，工艺时间为100s-600s，对硅片背面的减反射绒面进行抛光，然后将硅片放入纯水槽中漂洗1min-5min，去除硅片表面残留碱液；3、酸洗：配置5％-15％体积浓度的HF溶液和5％-15％体积浓度的HCl溶液的混合液，去除硅片表面残留的碱液，去除正面PSG层，即完成太阳能电池单面抛光。
因此，仅需用碱制绒槽式设备更改工艺配方就可以满足单面抛光要求，避免SiNx膜的单独清洗及SiNx清洗引入的污染，降低环境污染，减少厂房动力系统的排氮压力，而且不用增加新设备，同时电池正面结构被保留，降低了太阳能电池的加工成本。
太阳能电池的后续工艺步骤根据实际电池产品需求生产。
实施例2
⑴选取电阻率为0.1Ω·cm～6Ω·cm的轻掺杂的N型单晶硅片，对N型硅片进行碱制绒，使得N型硅片衬底的正背表面形成金字塔状的减反射绒面，制绒减重范围0.4g-0.8g，反射率(全波段300nm-1200nm)范围8％-18％；
⑵将硅片置于800℃～1100℃的炉管中进行B(硼)扩散，时间为30min—100min，在硅片表面形成P型层，生成BSG层；
⑶利用链式酸洗水上漂技术，正面使用水膜保护BSG层，仅背面接触10％-20％体积浓度的HF，去除背面PN结和BSG层，保留正面的BSG层；
⑷利用正面BSG掩膜在槽式抛光设备进行溶液配制：1、清洗预处理：配置1％-3％体积浓度的KOH或者NaOH溶液、4％-8％体积浓度的双氧水溶液，加热至60℃-70℃，工艺时间在20s-120s，对硅片表面进行清洗预处理；2、BSG保护单面抛光：配置5％-10％体积浓度的KOH或者NaOH溶液和1％-5％的抛光添加剂，温度为60℃-80℃，工艺时间为100s-600s，对硅片背面的减反射绒面进行抛光，然后将硅片放入纯水槽中漂洗1min-5min，去除硅片表面残留碱液；3、酸洗：配置5％-15％体积浓度的HF溶液和5％-15％体积浓度的HCl溶液的混合液，去除硅片表面残留的碱液，去除正面PSG层，即完成太阳能电池单面抛光。
太阳能电池的后续工艺步骤根据实际电池产品需求生产。
本发明的实施方式不限于此，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，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
⑴选取单晶硅片，对硅片进行碱制绒，在硅片的正面和背面上形成减反射绒面；
⑵将由步骤⑴所得硅片置于炉管中进行热扩散，在硅片的正面和背面形成氧化层；
⑶保护由步骤⑵所得硅片正面的氧化层，并去除背面PN结和氧化层；
⑷对由步骤⑶所得硅片背面的减反射绒面进行抛光，再去除硅片正面上的氧化层，完成太阳能电池单面抛光。
2.根据权利要求1所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：所述步骤⑷使用槽式抛光设备，先对由步骤⑶所得硅片表面进行清洗预处理，再进行抛光处理，然后漂洗去除硅片表面残留碱液，最后进行酸洗去除硅片表面残留碱液和氧化层。
3.根据权利要求2所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：清洗预处理采用1％-3％体积浓度的KOH或者NaOH溶液、4％-8％体积浓度的双氧水溶液，加热至60℃-70℃，工艺时间为20s-120s。
4.根据权利要求3所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：所述步骤⑷的抛光采用5％-10％体积浓度的KOH或者NaOH溶液、1％-5％的抛光添加剂，温度为60℃-80℃，工艺时间为100s-600s，然后用纯水漂洗1min-5min。
5.根据权利要求4所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：所述步骤⑷的酸洗采用5％-15％体积浓度的HF溶液和5％-15％体积浓度的HCl溶液的混合液。
6.根据权利要求5所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：在所述步骤⑶中，正面使用水膜保护氧化层，背面酸洗，去除背面PN结和氧化层。
7.根据权利要求6所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：所述单晶硅片是P型单晶硅片，在热扩散过程中，形成的氧化层是PSG层。
8.根据权利要求6所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：所述单晶硅片是N型单晶硅片，在热扩散过程中，形成的氧化层是BSG层。
9.根据权利要求7或8所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：在所述步骤⑶中，酸洗采用10％-20％体积浓度的HF溶液。
10.根据权利要求9所述的利用掩膜保护的太阳能电池单面抛光工艺，其特征在于：在所述步骤⑴中，所选取的硅片是电阻率为0.1Ω·cm～6Ω·cm轻掺杂硅片，制绒减重范围是0.4g-0.8g，反射率是8％-18％。
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