CN111945229B - 一种单晶硅片的单面制绒工艺及太阳能电池片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单晶硅片的单面制绒工艺，包括以下步骤：A)将掩膜胶液涂覆至单晶硅片的背面，得到背面有掩膜涂层的单晶硅片；所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份；B)将所述背面有掩膜涂层的单晶硅片在碱性试剂中制绒后进行酸洗，去除掩膜涂层，得到单面制绒的单晶硅片。本发明以氧化硅和树脂为主要成分，在很低的温度下即可制备得到掩膜涂层，能耗小，起阻挡和掩膜作用的为树脂及氧化硅，阻挡效果更好，氧化硅除起到掩膜左右，对后续掩膜去除也起到助溶效果。

Description

一种单晶硅片的单面制绒工艺及太阳能电池片的制备方法
技术领域
本发明属于光伏太阳能电池技术领域，尤其涉及一种单晶硅片的单面制绒工艺及太阳能电池片的制备方法。
背景技术
目前光伏产业中的电池根据基体的材料不同可以分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池，其中晶体硅电池发展相对成熟，成本及效率仍有很大提升空间，是目前市场的主流。单纯的晶体硅可以产生的自由电子和空穴数目远远无法满足光伏发电的需要，因此通常采用的技术为在纯净的硅中进行掺杂，在其中掺杂磷元素形成N型半导体，在其中掺杂硼元素形成P型半导体。
目前市场上的主流电池片包括单晶PERC、单晶PERC+SE、N型双面、TOPcon、HIT(异质结)、IBC等几种电池。P型电池由于工艺简单且目前效率与N型差距不大但在成本上具有领先优势而具有明显的性价比，在市场中有着绝对领先地位。
PECR技术是在传统铝背场电池(在硅片背部制备铝膜，形成铝背场，减少少数载流子的复合速度同时充当金属电极)的基础上，在硅片背面和背铝中间再加入一层电介质钝化层，形成氧化铝/氮化硅叠层钝化结构，同时通过在钝化层上激光刻蚀开孔来实现背铝与硅片的局部接触。从两个方面对传统铝背场电池进行改进，一方面硅片背面的半导体与金属的接触面积大大减少，从而降低了载流子子的复合速率，显著降低背表面电流复合密度，提高其寿命以增加电池开路电压；另一方面该钝化层可以在背表面形成良好的内反射机制，将到达背表面的光再次反射回去来增加对光能的吸收率以减少光学损失，有效提升短路电流，电池量产转换效率突破21％，成为光伏市场主流产品。
单晶制绒已相对比较完善，并广泛应用于各电池厂商，目前在二次清洗工序背抛光面平整度还存在不够理想问题，导致电池片后续背钝化效果欠佳，严重影响了单晶PERC电池品质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单晶硅片的单面制绒工艺，本发明中的单面制绒工艺能够明显改善二次清洗后背表面的平整度问题，进而明显提升电池效率和品质。
本发明提供一种单晶硅片的单面制绒工艺，包括以下步骤：
A)将掩膜胶液涂覆至单晶硅片的一面，得到单面有掩膜涂层的单晶硅片；
所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：
氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份；
B)将所述单面有掩膜涂层的单晶硅片在碱性试剂中制绒后进行酸洗，去除掩膜涂层，得到单面制绒的单晶硅片。
优选的，所述步骤A)中的涂覆工艺为旋涂，所述旋涂的温度为20～30℃。
优选的，所述助剂包括助溶剂和氟碳表面活性剂；
所述助溶剂为有机酸盐助溶剂，所述助溶剂和氟碳表面活性剂的质量比为1：(2～10)。
优选的，所述掩膜涂层的厚度为1～10μm。
优选的，将氧化硅、助剂、木质素纤维和阿拉伯胶按照比例混合，加热至50～70℃，搅拌5～10min，得到掩膜胶液。
优选的，所述步骤B)使用HF水溶液进行酸洗，所述HF水溶液的质量浓度为10～20％。
优选的，所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：
氧化硅：0.5～1份，助剂：1～1.5份，木质素纤维：0.5～1份，阿拉伯胶：10～50份。
本发明提供一种太阳能电池片的制备方法，包括以下步骤：
1)在正面制绒的单晶硅片的正面依次制备磷扩散层和二氧化硅遂穿层，所使用的正面制绒的单晶硅片按照上文所述的制备方法制得；
2)在所述步骤1)得到的单晶硅片的背面沉积氧化铝层；
3)在所述步骤2)得到的单晶硅片的正面沉积厚度为60～90nm氮化硅层；
4)在所述步骤3)得到的单晶硅片的背面沉积厚度为100～150nm的氮化硅层
5)在所述步骤4)得到的单晶硅片的背面进行激光开孔，然后丝网烧结，得到太阳能电池片。
优选的，制备得到所述磷扩散层之后，刻蚀去除磷硅玻璃，再制备二氧化硅遂穿层。
优选的，所述步骤1)中利用高温热氧化法制备厚度为2～4nm的二氧化硅遂穿层；
所述步骤2)利用原子层沉积方法在单晶硅片的背面沉积厚度为4～15nm的氧化铝层。
本发明提供了一种单晶硅片的单面制绒工艺，包括以下步骤：A)将掩膜胶液涂覆至单晶硅片的背面，得到背面有掩膜涂层的单晶硅片；所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份；B)将所述背面有掩膜涂层的单晶硅片在碱性试剂中制绒后进行酸洗，去除掩膜涂层，得到单面制绒的单晶硅片。本发明在制绒工序通过采用在硅片背表面涂布一层掩膜涂层来进行制绒，可以明显抑制硅片背表面出绒速率，形成单面制绒效果。一方面可以起到节约制绒化学品作用，另外一方面也可明显改善二次清洗后背表面的平整度问题，进而明显提升电池效率和品质。另外，本发明以氧化硅和树脂为主要成分，在很低的温度下即可制备得到掩膜涂层，能耗小，起阻挡和掩膜作用的为树脂及氧化硅，阻挡效果更好，氧化硅除起到掩膜左右，对后续掩膜去除也起到助溶效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中太阳能电池片的结构示意图；
其中，1为正面银电极，2为正面氮化硅减反射膜，3为二氧化硅遂穿层，4为磷扩散发射结，5为硅片基体，6为氧化铝钝化层，7为背面氮化硅层，8为背面Al浆接触。
具体实施方式
本发明提供一种单晶硅片的单面制绒工艺，包括以下步骤：
A)将掩膜胶液涂覆至单晶硅片的背面，得到背面有掩膜涂层的单晶硅片；
所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：
氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份；
B)将所述背面有掩膜涂层的单晶硅片在碱性试剂中制绒后进行酸洗，去除掩膜涂层，得到单面制绒的单晶硅片。
本发明首先制备掩膜胶液，然后将掩膜胶液滴加在单晶硅片的一个表面，旋涂得到掩膜。
在本发明中，所述掩膜胶液由以下原料配制得到：
氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份。
在本发明中，所述二氧化硅的作用一方面起到掩膜作用，另一方面在后续的酸洗去除掩膜步骤中也同时起到助溶效果；所述氧化硅(SiO2)优选为纳米级二氧化硅粉料，所述氧化硅的重量份数优选为0.1～1份，更优选为0.3～0.8份，最优选为0.5～0.6份，具体的，在本发明的一个实施例中，可以是0.5份。
在本发明中，所述助剂优选包括助溶剂和氟碳表面活性剂，所述助溶剂优选为有机酸盐助溶剂，更优选为苯甲酸钠和/或水杨酸钠；所述助溶剂与所述氟碳表面活性剂的质量比优选为1：(2～10)，更优选为1：(3～9)，最优选为1：(4～8)，最最优选的，还可以是1：(5～6)；所述助剂的重量份数优选为0.5～2份，更优选为1～1.5份，具体的，在本发明的一个实施例中，可以是1份。本发明那种的助溶剂能够增加不同化学品在溶液中的溶解度，形成均匀胶体，表面活性剂可进一步抑制背表面反应速率，并对后续刻蚀平整度有较好改善作用
在本发明中，所述木质素能够防止掩膜胶体旋涂成膜后开裂，使膜层表面致密无开裂；；所述木质素纤维的重量份数优选为0.1～1份，更优选为0.3～0.8份，最优选为0.5～0.6份，具体的，在本发明的一个实施例中，可以是0.5份。
在本发明中，所述阿拉伯胶作用主要为粘粘剂和隔离作用，可较好的使膜层粘附在硅片表面，可有效阻隔化学品与硅片表面进行反应；所述阿拉伯胶的重量份数优选为10～100份，更优选为10～50份，最优选为20～40份，具体的，在本发明的一个实施例中，可以是20份。
本发明按照上述比例将所有原料混合，升温至50～70℃，优选为55～65℃，更优选为60℃，在该温度下搅拌5～10min，即可得到掩膜胶液。
得到掩膜胶液后，本发明将所述掩膜胶液滴加在单晶硅片的一面，旋涂制备得到掩膜涂层。
在本发明中，所述旋涂的方法为本领域所熟知的旋涂方法，本申请不再赘述。在本发明中，所述旋涂在室温下进行即可，即20～30℃。旋涂得到的掩膜涂层的厚度优选为1～10μm，更优选为3～8μm，最优选为5～6μm。
制得单面具有掩膜涂层的单晶硅片之后，本发明将其在碱性试剂中制绒后再进行酸洗，得到单面制绒的单晶硅片。
在本发明中，所述制绒工艺为本领域常用的制绒工艺，本发明在此不再赘述，所述碱性试剂可以是氢氧化钾，制绒过程中因本发明中的背表面掩膜涂层不含有与氢氧化钾反应材料，所以基本不参与制绒反应，从而实现保护单晶硅片的背面不产生金字塔状的绒面。
在本发明中，优选使用HF水溶液进行酸洗，所述HF水溶液的质量浓度优选为10～20％，更优选为15～18％；所述酸洗的目的是去除掩膜涂层。
本发明还提供了一种太阳能电池片的制备方法，包括以下步骤：
1)在上文所述的正面制绒的单晶硅片的正面依次制备磷扩散层和二氧化硅遂穿层，
2)在所述步骤1)得到的单晶硅片的背面沉积氧化铝层；
3)在所述步骤2)得到的单晶硅片的正面沉积厚度为60～90nm氮化硅层；
4)在所述步骤3)得到的单晶硅片的背面沉积厚度为100～150nm的氮化硅层
5)在所述步骤4)得到的单晶硅片的背面进行激光开孔，然后丝网烧结，得到太阳能电池片。
本发明在所述单面制绒的单晶硅片的制绒面(即正面)上进行磷扩散，得到方阻为80Ω/□—150Ω/□的磷扩散层，形成N+发射极。
然后利用刻蚀设备进行磷硅玻璃的去除以及背表面抛光；由于背表面没有参与制绒反应，没有形成金字塔状绒面，相对常规制绒背表面比较平整，可以明显的提高其在背表面抛光后的平整度；
然后使用高温热氧化法在所述单晶硅片的正面生长一层SiO2薄膜作为隧穿层，厚度在2～4nm；
然后利用原子层沉积设备在单晶硅片的背表面沉积一层氧化铝作为钝化层，厚度为4～15nm；
然后在正面沉积氮化硅薄膜，利用等离子体化学气相沉积设备，沉积一层厚度为60～90nm的SiN薄膜，折射率在2.0～2.3。
然后在背面沉积厚度为100～150nm的氮化硅薄膜；
最后背面进行激光开孔然后丝网烧结，即可制得太阳能电池片，所用激光器为皮秒激光，开孔宽度在20～100μm，用于形成Al局部接触。
在本发明中，制备所述太阳能电池片的磷扩散、刻蚀、抛光、以及SiO2遂穿层、氧化铝钝化层、氮化硅薄膜的制备均可使用本领域技术人员所熟知的相关制备方法，本发明对此不作特殊限制。
本发明提供了一种单晶硅片的单面制绒工艺，包括以下步骤：A)将掩膜胶液涂覆至单晶硅片的背面，得到背面有掩膜涂层的单晶硅片；所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份；B)将所述背面有掩膜涂层的单晶硅片在碱性试剂中制绒后进行酸洗，去除掩膜涂层，得到单面制绒的单晶硅片。本发明在制绒工序通过采用在硅片背表面涂布一层掩膜涂层来进行制绒，可以明显抑制硅片背表面出绒速率，形成单面制绒效果。一方面可以起到节约制绒化学品作用，另外一方面也可明显改善二次清洗后背表面的平整度问题，进而明显提升电池效率和品质。另外，本发明以氧化硅和树脂为主要成分，在很低的温度下即可制备得到掩膜涂层，能耗小，起阻挡和掩膜作用的为树脂及氧化硅，阻挡效果更好，氧化硅除起到掩膜左右，对后续掩膜去除也起到助溶效果。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种单晶硅片的单面制绒工艺及太阳能电池片的制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
分别按一定比例加入树脂，纤维素，助剂以及纳米氧化硅粉末，60℃加热搅拌5min，配制成溶液状胶体(氧化硅粉末：助剂：纤维素：树脂质量比＝1:1:0.5:15。
将P型单晶硅片放置于旋涂仪器托盘，滴加掩膜胶于硅片背表面，旋涂制备成厚度为2μm的掩膜胶；
制绒，使用氢氧化钾溶液进行制绒，制绒后使用10％的HF水溶液洗去掩膜胶；
磷扩散，得到方阻为130Ω/□的磷扩散层，形成N+发射极；
利用刻蚀设备进行磷硅玻璃的去除以及背表面抛光；由于背表面没有参与制绒反应，没有形成金字塔状绒面，相对常规制绒背表面比较平整，可以明显的提高其在背表面抛光后的平整度
利用高温热氧化法在P型晶体硅正面生长一层SiO2薄膜作为隧穿层，厚度在5nm；
利用原子层沉积设备在背表面沉积一层氧化铝作为钝化层，厚度为10nm；
正面沉积氮化硅薄膜，利用等离子体化学气相沉积设备，沉积一层厚度为90nm的SiN薄膜，折射率为2.11
背面沉积厚度为80nm的氮化硅薄膜；
背面进行激光开孔，所用激光器为皮秒激光，开孔宽度在30μm，用于形成Al局部接触；
丝网烧结。
实施例2
分别按一定比例加入树脂，纤维素，助剂以及纳米氧化硅粉末，60℃加热搅拌5min，配制成溶液状胶体(氧化硅粉末：助剂：纤维素：树脂质量比＝0.5:1:0.5:20。
将P型单晶硅片放置于旋涂仪器托盘，滴加掩膜胶于硅片背表面，旋涂制备成厚度为1μm的掩膜胶；
制绒，使用氢氧化钾溶液进行制绒，制绒后使用10％的HF水溶液洗去掩膜胶；
磷扩散，得到方阻为110Ω/□的磷扩散层，形成N+发射极；
利用刻蚀设备进行磷硅玻璃的去除以及背表面抛光；由于背表面没有参与制绒反应，没有形成金字塔状绒面，相对常规制绒背表面比较平整，可以明显的提高其在背表面抛光后的平整度
利用高温热氧化法在P型晶体硅正面生长一层SiO2薄膜作为隧穿层，厚度在3nm；
利用原子层沉积设备在背表面沉积一层氧化铝作为钝化层，厚度为8nm；
正面沉积氮化硅薄膜，利用等离子体化学气相沉积设备，沉积一层厚度为80nm的SiN薄膜，折射率为2.11
背面沉积厚度为85nm的氮化硅薄膜；
背面进行激光开孔，所用激光器为皮秒激光，开孔宽度在30μm，用于形成Al局部接触；
丝网烧结。
实施例3
分别按一定比例加入树脂，纤维素，助剂以及纳米氧化硅粉末，60℃加热搅拌5min，配制成溶液状胶体(氧化硅粉末：助剂：纤维素：树脂质量比＝0.5:1:0.5:20。
将P型单晶硅片放置于旋涂仪器托盘，滴加掩膜胶于硅片背表面，旋涂制备成厚度为4μm的掩膜胶；
制绒，使用氢氧化钾溶液进行制绒，制绒后使用10％的HF水溶液洗去掩膜胶；
磷扩散，得到方阻为160Ω/□的磷扩散层，形成N+发射极；
利用刻蚀设备进行磷硅玻璃的去除以及背表面抛光；由于背表面没有参与制绒反应，没有形成金字塔状绒面，相对常规制绒背表面比较平整，可以明显的提高其在背表面抛光后的平整度
利用高温热氧化法在P型晶体硅正面生长一层SiO2薄膜作为隧穿层，厚度在3.5nm；
利用原子层沉积设备在背表面沉积一层氧化铝作为钝化层，厚度为6nm；
正面沉积氮化硅薄膜，利用等离子体化学气相沉积设备，沉积一层厚度为75nm的SiN薄膜，折射率为2.09
背面沉积厚度为85nm的氮化硅薄膜；
背面进行激光开孔，所用激光器为皮秒激光，开孔宽度在35μm，用于形成Al局部接触；
丝网烧结。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种单晶硅片的单面制绒工艺，包括以下步骤：
A)将掩膜胶液涂覆至单晶硅片的一面，得到单面有掩膜涂层的单晶硅片；
所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：
氧化硅：0.1～1份，助剂：0.5～2份，木质素纤维：0.1～1份，阿拉伯胶：10～100份；
所述助剂包括助溶剂和氟碳表面活性剂；所述助溶剂为有机酸盐助溶剂，所述助溶剂和氟碳表面活性剂的质量比为1：(2～10)；
B)将所述单面有掩膜涂层的单晶硅片在碱性试剂中制绒后进行酸洗，去除掩膜涂层，得到单面制绒的单晶硅片。
2.根据权利要求1所述的单面制绒工艺，其特征在于，所述步骤A)中的涂覆工艺为旋涂，所述旋涂的温度为20～30℃。
3.根据权利要求1所述的单面制绒工艺，其特征在于，所述掩膜涂层的厚度为1～10μm。
4.根据权利要求1所述的单面制绒工艺，其特征在于，将氧化硅、助剂、木质素纤维和阿拉伯胶按照比例混合，加热至50～70℃，搅拌5～10min，得到掩膜胶液。
5.根据权利要求1所述的单面制绒工艺，其特征在于，所述步骤B)使用HF水溶液进行酸洗，所述HF水溶液的质量浓度为10～20％。
6.根据权利要求1所述的单面制绒工艺，其特征在于，所述掩膜胶液包括以下重量份数的组分：
氧化硅：0.5～1份，助剂：1～1.5份，木质素纤维：0.5～1份，阿拉伯胶：10～50份。
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