CN112133786B - Perc电池的背抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及PERC电池的背抛光方法。该方法包括：S1、硅片抛光前的预处理；S2、硅片背面抛光处理；其包括：将硅片置于HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中进行背面抛光，以形成类正方或长方形结构的制绒面；其中，HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：0.3‑1.5：2.6‑3.0：1‑1.8，抛光温度为1‑12℃，抛光时间为20‑70s；S3、硅片的后处理。本公开提供的一种PERC电池的背抛光方法，通过采用新的酸抛光配比——富硫酸，低硝酸的配比，以在硅片的背面形成微观类正方或长方形结构，以提高硅片背面微观结构的平整度，从而解决了长波光子的损失和复合的损失，同时提高了硅片背面的光反射率、电池片的钝化能力和电池片的电性能。
Description
技术领域
本公开涉及太阳能电池领域，具体涉及PERC电池的背抛光方法。
背景技术
目前PERC工艺流程为：制绒-扩散-选择性发射极-刻蚀-退火-背面氧化铝钝化-镀膜-丝网印刷，其中PERC电池的背面需要采用刻蚀背抛光工艺(刻蚀抛光液采用氢氟酸、硝酸和水)形成虫洞形结构，通过该工艺形成的电池结构的背面反射率为28％-33％，而低的背面反射率会减少长波段光子的反射，进而减少光的有效利用。另外，虫洞形结构也会导致背面场钝化不均匀，从而增大背表面的少子复合概率，降低太阳能电池的转化效率。
如何提升背面的光反射，提高反射率，以及背面的平整度，是提高PERC电池效率的重点。为提高电池背面的反射率，行业内有用碱抛光——氢氧化钾或氢氧化钠加水，在高温条件下代替酸抛光实现，碱抛光可实现50％的高反射率，但碱抛光需要更换现有的酸抛光机台，且碱抛光需要增加额外的氧化工序，以及背面反射率的增加，会导致双面电池的背面效率降低。
为了提升刻蚀背面的反射率的同时，又能兼顾双面电池的背面发电效率，有采用增大减重量的措施，增大腐蚀深度，但因为酸抛光是各向同性腐蚀，仅靠增加减重，背表面部分区域会形成缺陷，造成严重的复合中心。因此，该方法虽然可以实现背面高反射率，但同时也会增加电池背面电子的复合，两者不能同时兼顾。
发明内容
本公开的目的在于克服现有技术的不足，提供一种PERC电池的背抛光方法。
本公开提供的一种PERC电池的背抛光方法，包括如下步骤：
S1、硅片抛光前的预处理；
S2、硅片背面抛光处理；其包括：
将硅片置于HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中进行背面抛光，以形成类正方或长方形结构的制绒面；其中，
HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：0.3-1.5：2.6-3.0：1-1.8，抛光温度为1-12℃，抛光时间为20-70s；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％，H2SO4的质量分数为95％-98％；
S3、硅片的后处理。
在一个实施例中，在步骤S2中，
每抛光30-200个硅片后，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，
补加的HF与HNO3的体积比为1：0.8-1.7；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％。
在一个实施例中，在步骤S2中，
每抛光30-1000个硅片后，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF、H2SO4和HNO3；其中，
补加的HF、H2SO4与HNO3的体积比为1：0.12-1：0.8-1.7；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％，H2SO4的质量分数为95％-98％。
在一个实施例中，补加后混合溶液的浓度为初始浓度。
在一个实施例中，所述类正方或长方形结构的尺寸为1.2-7um。
在一个实施例中，所述类正方或长方形结构的尺寸为1.5-2.5um。
在一个实施例中，在步骤S2中，
抛光温度为7-12℃，抛光时间为25-50s。
在一个实施例中，在步骤S1中，所述硅片抛光前的预处理包括：
S11、去除硅片表面的有机物和硅片切割过程的损伤层；
S12、对硅片的表面进行磷扩散，以在硅片表面形成PN结；在扩散的过程中，硅片的表面会覆盖磷硅玻璃层；
S13、采用激光按照金属化图形局部照射硅片表面的磷硅玻璃层，以在硅片表面形成局部重扩散区域。
在一个实施例中，
在步骤S12中，
磷扩散的扩散源为三氯氧磷液态源。
在一个实施例中，
在步骤S3中，所述硅片的后处理包括：
S31、先用碱液清洗酸抛光处理后的硅片，以去除硅片表面的多孔硅；然后用HF清洗碱液清洗后的硅片，以去除硅片正表面的磷硅玻璃层，并烘干；
S32、对硅片进行高温退火处理，以在硅片正面形成二氧化硅钝化膜；
S33、在硅片背面沉积背面钝化层；
S34、在硅片的正面和背面均采用PECVD法形成含氢的氮化硅层；
S35、在硅片的正面和背面制备金属电极，分别与硅片正面和背面形成欧姆接触。
其中，在步骤S35中，
所述金属电极采用丝网印刷的方式制备。
本公开提供的一种PERC电池的背抛光方法，通过采用新的酸抛光配比——富硫酸，低硝酸的配比，以在硅片的背面形成微观类正方或长方形结构，以提高硅片背面微观结构的平整度，解决了长波光子的损失和复合的损失，同时提高了硅片背面的光反射率、电池片的钝化能力和电池片的电性能。
附图说明
图1为采用本公开的背抛光方法抛光后的绒面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
本公开提供的一种PERC电池的背抛光方法，包括如下步骤：
S1、硅片抛光前的预处理；
在一个实施例中，在步骤S1中，所述硅片抛光前的预处理包括：
S11、去除硅片表面的有机物和硅片切割过程的损伤层；
S12、对硅片的表面进行磷扩散，以在硅片表面形成PN结；在扩散的过程中，硅片的表面会覆盖磷硅玻璃层；
S13、采用激光按照金属化图形局部照射硅片表面的磷硅玻璃层，以在硅片表面形成局部重扩散区域。
在一个实施例中，磷扩散的扩散源可以采用三氯氧磷液态源。
S2、硅片背面抛光处理；其包括：
将硅片置于HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中进行背面抛光，以形成如图1所示的类正方或长方形结构的制绒面；其中，
HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：0.3-1.5：2.6-3.0：1-1.8，抛光温度为1-12℃，抛光时间为20-70s；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％，H2SO4的质量分数为95％-98％。
需要说明的是，本公开实施例中类正方或长方形结构是指在电池片的制绒面形成多个类似于正方形或长方形的结构。
本步骤中，氢氟酸及硝酸的混合液在硅片的表面发生各向同性腐蚀，形成绒面结构；本实施例中的酸浓度配比，能够使反应溶液充分地接触硅片背表面，从而使得气泡不容易脱落，进而促进反应的进行；通过提高硫酸用量，形成富硫酸的体系，以增大硅片的表面张力，提高溶液与硅片的浸润性，进一步加快反应的进行；并且，本实施例中提供的背抛光方法还可以使硝酸的用量降低的同时，仍然可以保证使硅片背面反射率大于37％。
在一个实施例中，每抛光30-200个硅片后，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，
补加的HF与HNO3的体积比为1：0.8-1.7；
本实施中，每抛光30-200个硅片后，需向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3的补充液，以保证硅片的刻蚀效果。
在一个实施例中，每抛光30-1000个硅片后，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF、H2SO4和HNO3；其中，
补加的HF、H2SO4与HNO3的体积比为1：0.12-1：0.8-1.7；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％，H2SO4的质量分数为95％-98％。
本实施中，每抛光30-1000个硅片后，需向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF、H2SO4和HNO3的补充液，以保证硅片的刻蚀效果。
在一个实施例中，补加后混合溶液的浓度为初始浓度。
本实施例中，通过控制补加量，使得补加后的混合溶液的浓度与抛光前混合溶液的浓度相同，以保证硅片的刻蚀效果与初始抛光时的刻蚀效果相同。
优选地，所述类正方或长方形结构的尺寸为1.2-7um。更优选地，所述类正方或长方形结构的尺寸为1.5-2.5um。本实施例中的尺寸为1.5-2.5um的类正方或长方形结构能够使得电池背面的结构更加平整、均匀，从而能够进一步提高电池片的钝化能力，提升电池的性能和效率。
优选地，抛光温度为7-12℃，抛光时间为25-50s。
S3、硅片的后处理。
在一个实施例中，在步骤S3中，所述硅片的后处理包括：
S31、先用碱液清洗酸抛光处理后的硅片，以去除硅片表面的多孔硅；然后用HF清洗碱液清洗后的硅片，以去除硅片正表面的磷硅玻璃层，并烘干；
S32、对硅片进行高温退火处理，以在硅片正面形成二氧化硅钝化膜；
S33、在硅片背面沉积背面钝化层；
S34、在硅片的正面和背面均采用PECVD法形成含氢的氮化硅层；
S35、在硅片的正面和背面制备金属电极，分别与硅片正面和背面形成欧姆接触。
在一个实施例中，所述金属电极采用丝网印刷的方式制备。
本公开采用新的酸抛工艺，使得硅片的背面形成类似正方形或长方形的微观结构，从而使得电池片的背面反射率至少增加3％，少子寿命至少提升10-60us，从而可以增大短路电流；并且，背面平坦的绒面结构，也有利于背表面的钝化，从而使开路电压也有一定提升。此外，本公开的工艺配方使反应更加稳定，且生产上易于实现、控制，不需要增加额外技改。
通过如下表1所示的实验数据进行精确对比可知：在测试效率上，采用本公开的抛光方法，可以使开路电压提升0.8-1mV，短路电流提升10-15mA，效率提升0.03％-0.05％同时保持了背面的发电效率，使晶体硅电池的转换效率显著提升。
表1为本公开相较于常规酸抛工艺中各项性能参数的变量。
下面将以具体的实施例对本公开的PERC电池的背抛光方法进行详细地说明。
实施例1
本实施例的PERC电池的背抛光方法包括如下步骤：
S11、去除硅片表面的有机物和硅片切割过程的损伤层；
S12、对硅片的表面采用三氯氧磷液态源进行磷扩散，以在硅片表面形成PN结；在扩散的过程中，硅片的表面会覆盖磷硅玻璃层；
S13、采用激光按照金属化图形局部照射硅片表面的磷硅玻璃层，以在硅片表面形成局部重扩散区域。
S2、将硅片置于HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：0.3：2.6：1混合溶液中进行背面抛光，以形成类正方或长方形结构的制绒面；其中，抛光温度为7℃，抛光时间为25s，类正方或长方形结构的尺寸为1.5um。
在抛光第31个硅片时，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，补加的HF与HNO3的体积比为1：0.8。
在抛光第201个硅片时，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，补加的HF与HNO3的体积比为1：0.8。依次类推，直到完成所有的硅片的抛光。
S31、先用碱液清洗酸抛光处理后的硅片，以去除硅片表面的多孔硅；然后用HF清洗碱液清洗后的硅片，以去除硅片正表面的磷硅玻璃层，并烘干；
S32、对硅片进行高温退火处理，以在硅片正面形成二氧化硅钝化膜；
S33、在硅片背面沉积背面钝化层；
S34、在硅片的正面和背面均采用PECVD法形成含氢的氮化硅层；
S35、在硅片的正面和背面采用丝网印刷的方式金属电极，分别与硅片的正面和背面形成欧姆接触。
实施例2
本实施例的PERC电池的背抛光方法包括如下步骤：
S11、去除硅片表面的有机物和硅片切割过程的损伤层；
S12、对硅片的表面采用三氯氧磷液态源进行磷扩散，以在硅片表面形成PN结；在扩散的过程中，硅片的表面会覆盖磷硅玻璃层；
S13、采用激光按照金属化图形局部照射硅片表面的磷硅玻璃层，以在硅片表面形成局部重扩散区域。
S2、将硅片置于HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：1.5：3.0：1.8混合溶液中进行背面抛光，以形成类正方或长方形结构的制绒面；其中，抛光温度为12℃，抛光时间为50s，类正方或长方形结构的尺寸为2.5um。
在抛光第31个硅片时，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中HF、H2SO4和HNO3；其中，补加的HF、H2SO4与HNO3的体积比为1：0.12：0.8。
在抛光第1000个硅片时，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF、H2SO4和HNO3；其中，补加的HF、H2SO4与HNO3的体积比为1：0.12：0.8。依次类推，直到完成所有的硅片的抛光。
S31、先用碱液清洗酸抛光处理后的硅片，以去除硅片表面的多孔硅；然后用HF清洗碱液清洗后的硅片，以去除硅片正表面的磷硅玻璃层，并烘干；
S32、对硅片进行高温退火处理，以在硅片正面形成二氧化硅钝化膜；
S33、在硅片背面沉积背面钝化层；
S34、在硅片的正面和背面均采用PECVD法形成含氢的氮化硅层；
S35、在硅片的正面和背面采用丝网印刷的方式制备金属电极，分别与硅片的正面和背面形成欧姆接触。
实施例3
本实施例的PERC电池的背抛光方法包括如下步骤：
S11、去除硅片表面的有机物和硅片切割过程的损伤层；
S12、对硅片的表面采用三氯氧磷液态源进行磷扩散，以在硅片表面形成PN结；在扩散的过程中，硅片的表面会覆盖磷硅玻璃层；
S13、采用激光按照金属化图形局部照射硅片表面的磷硅玻璃层，以在硅片表面形成局部重扩散区域。
S2、将硅片置于HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：1：2.8：1.5混合溶液中进行背面抛光，以形成类正方或长方形结构的制绒面；其中，抛光温度为10℃，抛光时间为40s，类正方或长方形结构的尺寸为2um。
在抛光第31个硅片时，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，补加的HF与HNO3的体积比为1：1.7。
在抛光第201个硅片时，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，补加的HF与HNO3的体积比为1：1.7。依次类推，直到完成所有的硅片的抛光。
S31、先用碱液清洗酸抛光处理后的硅片，以去除硅片表面的多孔硅；然后用HF清洗碱液清洗后的硅片，以去除硅片正表面的磷硅玻璃层，并烘干；
S32、对硅片进行高温退火处理，以在硅片正面形成二氧化硅钝化膜；
S33、在硅片背面沉积背面钝化层；
S34、在硅片的正面和背面均采用PECVD法形成含氢的氮化硅层；
S35、在硅片的正面和背面采用丝网印刷的方式制备金属电极，分别与硅片的正面和背面形成欧姆接触。
需要说明的是，本公开中的PERC为发射极和背面钝化电池。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对本公开保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本公开作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本公开技术方案的实质和范围。
Claims (11)
1.一种PERC电池的背抛光方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、硅片抛光前的预处理；
S2、硅片背面抛光处理；其包括：
将硅片置于HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中进行背面抛光，以形成类正方或长方形结构的制绒面；其中，
HF、H2SO4、HNO3与H2O的体积比为1：0.3-1.5：2.6-3.0：1-1.8，抛光温度为1-12℃，抛光时间为20-70s；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％，H2SO4的质量分数为95％-98％；
S3、硅片的后处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，
每抛光30-200个硅片后，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF和HNO3；其中，
补加的HF与HNO3的体积比为1：0.8-1.7；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，
每抛光30-1000个硅片后，向HF/H2SO4/HNO3/H2O的混合溶液中补加HF、H2SO4和HNO3；其中，
补加的HF、H2SO4与HNO3的体积比为1：0.12-1：0.8-1.7；
HF的质量分数为45％-49％，HNO3的质量分数为65％-69％，H2SO4的质量分数为95％-98％。
4.根据权利要求2或3所述的方法，补加后混合溶液的浓度为初始浓度。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述类正方或长方形结构的尺寸为1.2-7um。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述类正方或长方形结构的尺寸为1.5-2.5um。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，
抛光温度为7-12℃，抛光时间为25-50s。
8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述硅片抛光前的预处理包括：
S11、去除硅片表面的有机物和硅片切割过程的损伤层；
S12、对硅片的表面进行磷扩散，以在硅片表面形成PN结；在扩散的过程中，硅片的表面会覆盖磷硅玻璃层；
S13、采用激光按照金属化图形局部照射硅片表面的磷硅玻璃层，以在硅片表面形成局部重扩散区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤S12中，
磷扩散的扩散源为三氯氧磷液态源。
10.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述硅片的后处理包括：
S31、先用碱液清洗酸抛光处理后的硅片，以去除硅片表面的多孔硅；然后用HF清洗碱液清洗后的硅片，以去除硅片正表面的磷硅玻璃层，并烘干；
S32、对硅片进行高温退火处理，以在硅片正面形成二氧化硅钝化膜；
S33、在硅片背面沉积背面钝化层；
S34、在硅片的正面和背面均采用PECVD法形成含氢的氮化硅层；
S35、在硅片的正面和背面制备金属电极，分别于与硅片正面和背面形成欧姆接触。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤S35中，
所述金属电极采用丝网印刷的方式制备。
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