CN111799339A - 适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，包括以下步骤：对硅片的表面进行激光处理，所述激光处理用于降低所述硅片表面的反射率；对激光处理后的硅片的正面进行刻蚀，所述刻蚀用于去除激光处理后硅片表面产生的熔融硅。本发明的一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，该表面处理方法通过激光技术在原硅片表面进行规则的打孔处理，可有效降低表面反射率，且对激光处理后的硅片进行刻蚀以去除硅片表面的复合层，通过刻蚀之后的硅片制备得到的电池片将反射率的优势进一步体现在电学性能上，硅片各项电学性能均有明显提升，在保持低反射的优势下，有效提高太阳能电池的转换效率，具有很好的应用推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法。
背景技术
太阳能发电技术是基于半导体“光生伏特效应”将光转化为电的一种新能源技术，且由于其清洁、可再生、应用范围广等特点受到了大家的青睐，而太阳能电池片是整个发电系统的核心部件。
太阳能电池的原理为“光生伏特”效应，入射光的比例直接影响电池片的输出效率，所以降低电池片表面的反射率是最直接的提升电池片转换效率的方法，常规减反射工艺为在硅片表面通过化学腐蚀来进行制绒，但其工艺目前已经非常成熟，基本无进一步降低反射率的空间。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种改进的适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，该表面处理方法不仅能够降低硅片表面的反射率，且具有高的光电转化效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，包括以下步骤：
对硅片的表面进行激光处理，所述激光处理用于降低所述硅片表面的反射率；
对激光处理后的硅片的正面进行刻蚀，所述刻蚀用于去除激光处理后硅片表面产生的熔融硅。
通过激光技术在原硅片表面进行规则的打孔处理，可有效降低表面反射率，但由于激光处理后表面残留的熔融硅会带来严重复合产生复合层。由于熔融硅的复合层的存在，严重影响了光线的接收和转换，所以对于仅仅通过激光处理的电池片来说低反射率并不能带来高转化效率。对于此，本发明对激光处理后的硅片进行刻蚀以去除硅片表面的复合层，且通过刻蚀之后的硅片制备得到的电池片将反射率的优势进一步体现在电学性能上，硅片各项电学性能均有明显提升。
根据本发明的一些优选实施方面，所述激光处理为采用激光在硅片的表面形成凹坑，所述激光参数为功率1～200W，频率100～600kHz，速度0.2～2m/s。通过在硅片的表面形成凹坑从而降低反射率。在一些实施例中优选激光参数为功率100W，频率300kHz，速度1m/s。
根据本发明的一些优选实施方面，所述硅片的正面包括用于接收光线的接收区以及用于印刷栅线的栅线区，所述凹坑分布在所述接收区内，且凹坑规则分布。若将硅片的正面所有区域均采用激光形成凹坑，那么凹坑的顶部与底部高度差过大时，在其表面上制作的金属化栅线宽度及厚度不均匀，不但增加了金属用量，而且增加了栅线电阻，影响了电流导通。所以本发明选择在硅片表面的局部进行激光处理，使需要接收光线的地方形成凹坑以降低反射率，同时在硅片上对应后续需要印刷栅线的位置不做激光处理，使得硅片后续制备得到的电池片的表面具有两种不同深度的绒面结构，包括具有凹坑的大绒面区域保证减反射效果，以及具有小绒面区域利于形成均匀的金属化栅线。
根据本发明的一些优选实施方面，所述凹坑的直径为10～100μm，所述凹坑的深度为1～20μm，相邻所述凹坑之间的距离为0～10μm。
根据本发明的一些优选实施方面，所述凹坑的直径为20～40μm，所述凹坑的深度为5～15μm，相邻的凹坑之间紧密连接，即凹坑之间没有间距，以形成更多的凹坑，进一步保证反射率的降低和均匀性。该凹坑的参数配合本发明中刻蚀溶液的浓度可以得到最高的转换效率。
根据本发明的一些优选实施方面，所述刻蚀为采用混合酸溶液进行刻蚀；所述混合酸溶液包括HNO3、HF、H2SO4。
优选地，所述混合酸溶液中HNO3的溶度为500～700g/L，HF的溶度为10～30g/L，H2SO4的浓度为60～80g/L。在本发明一些具体的实施例中，所述混合酸溶液中HNO3的溶度为600g/L，HF的溶度为20g/L，H2SO4的浓度为70g/L。
根据本发明的一些优选实施方面，所述表面处理方法还包括在刻蚀后的酸液制绒步骤，所述酸液制绒为采用混合酸制绒液对刻蚀后的硅片进行正面和背面制绒。
优选地，所述混合酸制绒液包括HNO3和HF；所述混合酸制绒液中HNO3的溶度为200～400g/L，HF的溶度为50～70g/L。在本发明一些具体的实施例中，所述混合酸制绒液包括HNO3和HF，其中，HNO3的溶度为300g/L，HF的溶度为60g/L。
激光参数、凹坑参数以及混合酸刻蚀溶液以及混合酸制绒液之间相互配合，以达到最好的效果，后续制备得到的电池片能够得到一个最优的转换效率。
根据本发明的一些优选实施方面，所述表面处理方法还包括在所述酸液制绒之后的扩散步骤，所述扩散步骤用于在所述硅片上形成PN结。扩散步骤中的具体操作为本领域的常规技术手段，但是本发明中是先将原始硅片进行激光处理降低硅片的反射率，之后进行刻蚀去除硅片的复合层，再采用混合酸制绒，经过了上述的处理步骤之后，再进行扩散。这样的优势在于硅片经过了激光处理之后，表面的反射率明显降低，之后经过刻蚀去除复合层，能够有效去除激光后硅片表面残留的熔融硅，之后再进行制绒和扩散，通过上述的步骤次序，不仅能够有效降低硅片的表面反射率，且能够有效提升后续制备得到的电池片的各项电学性能。
一种太阳能电池片的制备方法，包括了上述的适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法以及后续常规的处理步骤如刻蚀去结、抛光、沉积、镀膜、丝印、烧结等。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，该表面处理方法通过激光技术在原硅片表面进行规则的打坑处理，可有效降低表面反射率，且对激光处理后的硅片进行刻蚀以去除硅片表面的复合层，通过刻蚀之后的硅片制备得到的电池片将反射率的优势进一步体现在电学性能上，硅片各项电学性能均有明显提升，在保持低反射的优势下，有效提高太阳能电池的转换效率，具有很好的应用推广前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例的适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法的流程框图；
图2为硅片正面经激光处理后的扫描电镜图像；
图3为本发明优选实施例中激光处理后的硅片经刻蚀后的扫描电镜图像；
图4为本发明优选实施例中刻蚀后的硅片制绒后的扫描电镜图像。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
参照图1至4，本实施例的一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：激光处理
对硅片的表面进行激光处理，用于降低硅片表面的反射率。
激光处理为采用激光在硅片的表面形成凹坑，且凹坑规则分布，如图2所示。激光参数为功率1～200W，频率100～600kHz，速度0.2～2m/s。本实施例中优选激光参数为功率100W，频率300kHz，速度1m/s。
通过在硅片的表面形成凹坑从而降低反射率。凹坑的直径为20～40μm，凹坑的深度为5～15μm，相邻凹坑之间的距离为0～10μm。本实施例中凹坑的直径为30μm，凹坑的深度为10μm，相邻的凹坑之间紧密连接，即凹坑之间没有间距，以形成更多的凹坑，进一步保证反射率的降低和均匀性。
步骤S2：刻蚀
对激光处理后的硅片的正面和背面进行刻蚀，正面刻蚀用于去除激光处理后硅片表面产生的熔融硅复合层，背面刻蚀用于释放硅片经激光处理之后产生的应力。
刻蚀为采用混合酸溶液进行刻蚀；混合酸溶液包括HNO3、HF、H2SO4，且混合酸溶液中HNO3的溶度为500～700g/L，HF的溶度为10～30g/L，H2SO4的浓度为60～80g/L。
具体的，本实施例中，混合酸溶液中HNO3的溶度为600g/L，HF的溶度为20g/L，H2SO4的浓度为70g/L。
步骤S1通过激光技术在原硅片表面进行规则的打孔处理，可有效降低表面反射率，但由于激光处理后表面残留的熔融硅会带来严重复合产生复合层，如图2所示，硅片上存在熔融硅以及杂质等缺陷。由于熔融硅的复合层的存在，严重影响了光线的接收和转换，所以对于仅仅通过激光处理的电池片来说低反射率并不能带来高转化效率。对于此，本实施例中通过步骤S2对激光处理后的硅片进行刻蚀以去除硅片表面的复合层，如图3所示，硅片的反射率仍然远低于化学腐蚀制绒得到的硅片的反射率，且通过刻蚀之后的硅片制备得到的电池片将反射率的优势进一步体现在电学性能上，电池片各项电学性能均有明显提升。
步骤S3：制绒
经激光和刻蚀后的硅片进行酸液制绒，制绒后的硅片的扫描电镜图如图4所示。酸液制绒为采用混合酸制绒液对刻蚀后的硅片进行正面和背面制绒。混合酸制绒液包括HNO3和HF，且混合酸制绒液中HNO3的溶度为200～400g/L，HF的溶度为50～70g/L。
具体的，本实施例中，混合酸制绒液包括HNO3和HF，其中，HNO3的溶度为300g/L，HF的溶度为60g/L。
步骤S4：扩散
激光、刻蚀、酸液制绒之后的硅片再进行扩散，扩散步骤用于在硅片上形成N型半导体和P型半导体的交界面，即PN结。
扩散步骤中的具体操作为本领域的常规技术手段，但是本发明中是先将原始硅片进行激光处理降低硅片的反射率，之后进行刻蚀去除硅片的复合层，再采用混合酸制绒，经过了上述的处理步骤之后，再进行扩散。这样的优势在于硅片经过了激光处理之后，表面的反射率明显降低，之后经过刻蚀去除复合层，能够有效去除激光后硅片表面残留的熔融硅，避免熔融硅对后续电池片的电学性能产生影响，之后再进行制绒和扩散，通过上述的步骤次序，不仅能够有效降低硅片的表面反射率，且能够有效提升后续制备得到的电池片的各项电学性能。
经过扩散之后的硅片再进行后续的刻蚀去结、抛光、沉积、镀膜、丝印、烧结等常规步骤即能够得到适用于光伏组件的太阳能电池片。
对比例一
本对比例中的处理方法与实施例一的中处理方法的区别点在于：本对比例中的硅片在进行激光处理之后直接进行化学制绒操作，即本对比例的硅片不进行实施例一中的步骤S2刻蚀，直接从步骤S1跳到S3进行处理，并最终得到电池片。
除去步骤S2，本对比例中其余的步骤和参数与实施例一相同。
上述实施例中采用在硅片的表面进行均匀激光处理，在本发明的其他一些实施例中为了保证在后续制备电池片时硅片上栅线的形态，本实施例中选择性的在硅片的正面进行激光处理。具体如下：硅片的正面包括用于接收光线的接收区以及用于印刷栅线的栅线区，凹坑分布在接收区内。
若将硅片的正面所有区域均采用激光形成凹坑，那么凹坑的顶部与底部高度差过大时，在其表面上制作的金属化栅线宽度及厚度不均匀，不但增加了金属用量，而且增加了栅线电阻，影响了电流导通。所以本发明选择在硅片表面的局部进行激光处理，使需要接收光线的地方形成凹坑以降低反射率，同时在硅片上对应后续需要印刷栅线的位置不做激光处理，使得硅片后续制备得到的电池片的表面具有两种不同深度的绒面结构，包括具有凹坑的大绒面区域保证减反射效果，以及具有小绒面区域利于形成均匀的金属化栅线。
对比例二
本对比例中的处理方法与实施例一的中处理方法的区别点在于：本对比例中的硅片直接进行化学制绒，即本对比例的硅片不进行实施例一中的步骤S1和S2，直接从步骤S3进行处理，并最终得到电池片。
除去步骤S1和S2，本对比例中其余的步骤和参数与实施例一相同。
实施例二
本实施例对实施例一、对比例一和对比例二中制备得到的三个不同反射率的硅片进行反射率测试和比较，并将硅片进一步制备得到的电池片进行了转化效率测试，其中，Voc为开路电压(opencircuitvoltage)，Isc为短路电流(shortcircuitcurrent)，FF为填充因子(fillfactor)，Eta为转化效率(efficientratio)，结果如下表：
表1反射率和电学性能的测试结果
| 项目 | 制绒后反射率％ | Uoc/V | Isc/A | FF％ | Eta％ |
| 实施例一 | 22.19 | 0.643 | 9.14 | 80.10 | 19.36 |
| 对比例一 | 20.98 | 0.627 | 8.76 | 77.05 | 17.40 |
| 对比例二 | 25.17 | 0.644 | 9.03 | 80.07 | 19.13 |
表1的结果表明，对比例一中经过激光处理后的硅片再进行制绒，硅片表面反射率得到绝对值4.19％的降低，但是由于硅片正面具有熔融硅的复合层，导致虽然反射率降低，但是电学性能不仅没有上升，反而下降了。实施例一中将经过激光处理之后的硅片采用酸液进行正背面刻蚀，其中正面刻蚀用于去除具有熔融硅的复合层，背面刻蚀用于释放应力，之后再进行化学酸液制绒、扩散等操作，有效去除了杂质和缺陷，使反射率降低的优势进一步体现在了效率提升上，提升了绝对值0.23％的转化效率。其中，实施例一与对比例一比较，可以看出，虽然反射率有一定程度的上升，但是各项电学性能均有明显的提升。实施例一和对比例二比较，实施例一的反射率仍然低于对比例二的反射率，且实施例一的Isc上升明显，对应的转化效率的提升也很显著。
本发明的一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，该表面处理方法通过激光技术在原硅片表面进行规则的打孔处理，可有效降低表面反射率，且对激光处理后的硅片进行刻蚀以去除硅片表面的复合层，通过刻蚀之后的硅片制备得到的电池片将反射率的优势进一步体现在电学性能上，硅片各项电学性能均有明显提升，在保持低反射的优势下，有效提高太阳能电池的转换效率，具有很好的应用推广前景。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于太阳能电池的硅片的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：对硅片的表面进行激光处理，所述激光处理用于降低所述硅片表面的反射率；对激光处理后的硅片的正面进行刻蚀，所述刻蚀用于去除激光处理后硅片表面产生的熔融硅。
2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述激光处理为采用激光在硅片的表面形成凹坑，所述激光参数为功率1～200W，频率100～600kHz，速度0.2～2m/s。
3.根据权利要求2所述的表面处理方法，其特征在于，所述硅片的正面包括用于接收光线的接收区以及用于印刷栅线的栅线区，所述凹坑分布在所述接收区内。
4.根据权利要求3所述的表面处理方法，其特征在于，所述凹坑的直径为10～100μm，所述凹坑的深度为1～20μm，相邻所述凹坑之间的距离为0～10μm。
5.根据权利要求4所述的表面处理方法，其特征在于，所述凹坑的直径为20～40μm，所述凹坑的深度为5～15μm，相邻的凹坑之间紧密连接。
6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述刻蚀为采用混合酸溶液进行刻蚀；所述混合酸溶液包括HNO3、HF、H2SO4。
7.根据权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，所述混合酸溶液中HNO3的溶度为500～700g/L，HF的溶度为10～30g/L，H2SO4的浓度为60～80g/L。
8.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理方法还包括在刻蚀后的酸液制绒步骤，所述酸液制绒为采用混合酸制绒液对刻蚀后的硅片进行正面和背面制绒。
9.根据权利要求8所述的表面处理方法，其特征在于，所述混合酸制绒液包括HNO3和HF；所述混合酸制绒液中HNO3的溶度为200～400g/L，HF的溶度为50～70g/L。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理方法还包括在所述酸液制绒之后的扩散步骤，所述扩散步骤用于在所述硅片上形成PN结。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113306320A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-27 | 东北大学 | 激光原位开膜的太阳电池金属栅极喷印成形方法及装置 |
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2020
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