CN113013029B - 硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅用添加剂、去绕镀方法及改善n型电池良率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅用添加剂、去绕镀方法及改善N型电池良率的方法。所述添加剂的主要成分包括：消泡剂3wt％‑8wt％，表面活性剂5wt％‑13wt％，分散剂2wt％‑7wt％，缓释剂1wt％‑5wt％，功能性助剂5wt％‑14wt％，山梨酸钾1wt％‑4wt％。所述去绕镀方法包括：采用包含碱和所述添加剂的去绕镀试剂，利用湿化学方法，对绕镀多晶硅或非晶硅的硅太阳能电池片进行去绕镀反应。本发明提供的添加剂适用于硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅过程，该添加剂可以在碱液去绕镀多晶硅或非晶硅的过程中起到保护氧化硅的目的，保护硅太阳能电池片的正面和/或背面不被破坏。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，涉及一种硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅用添加剂、去绕镀方法及改善N型电池良率的方法。
背景技术
随着太阳能光伏发电的发展及应用，围绕着光伏电池材料转化效率和稳定性的研究日趋成熟，硅太阳能电池的研究重点是提高电池效率以及降低电池制作成本。例如，N型钝化接触电池在背面采用掺杂的多晶硅或者非晶硅来实现背面钝化，降低背面复合，提高电池效率。目前，大多采用管式设备(如LPCVD设备)来完成背面多晶硅或者非晶硅的沉积。然而，使用管式设备在背面沉积多晶硅或者非晶硅时不可避免的会在正面产生绕镀，正面绕镀的多晶硅或者非晶硅对电池非常不利，需要在后续工序中进行去处。
常规工艺中采用湿法工艺来去除正面绕镀的多晶硅或者非晶硅，一般利用碱液(氢氧化钾或者氢氧化钠)或者TMAH来腐蚀掉正面绕镀的多晶硅或者非晶硅。然而，利用碱液(氢氧化钾或者氢氧化钠)或者TMAH来腐蚀掉正面绕镀的多晶硅或者非晶硅的同时会腐蚀正面及背面绒面，造成正面或者背面色差，严重时会破坏PN结，且TMAH有毒，安全性较差。
CN 109585597 A公开了一种改善管式晶硅太阳能PERC电池正面绕镀的方法，包括S1：在硅片镀背面钝化膜的工序中，于硅片背面依次镀Al2O3膜、SiO2膜和SiNx膜，形成背面钝化膜，同时，在硅片正面边沿形成绕镀膜；S2：在由步骤S1所得产品的背面钝化膜表面上制作水膜；S3：使由步骤S2所得的产品通过HF/HCl槽，去除绕镀膜；S4：使由步骤S3所得的产品通过水槽，去除残余药液；S5：干燥由步骤S4所得的产品，即成。该方法改善了管式晶硅太阳能PERC电池正面绕镀现象，改善了电池的外观，提高了光电转换效率，但是，此种去绕镀的方式只能局限于链式设备。并且，链式设备的清洗效果不好，不足以达到N型高效电池对清洗的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅用添加剂、去绕镀方法及改善N型电池良率的方法。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅用添加剂，所述添加剂的主要成分包括：消泡剂3wt％-8wt％，表面活性剂5wt％-13wt％，分散剂2wt％-7wt％，缓释剂1wt％-5wt％，功能性助剂5wt％-14wt％，山梨酸钾1wt％-4wt％。
本发明的添加剂中，各组分的百分含量之和为100wt％。
本发明的添加剂中，所述消泡剂的含量为3wt％-8wt％，例如3wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％或8wt％等；所述表面活性剂的含量为5wt％-13wt％，例如5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％或13wt％等；所述分散剂的含量为2wt％-7wt％，例如2wt％、2.5wt％、3wt％、4wt％、4.3wt％、5wt％、6wt％或7wt％等；所述缓释剂的含量为1wt％-5wt％，例如1wt％、2wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％或5wt％等；所述功能性助剂的含量为5wt％-14wt％，例如5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％或14wt％等；所述山梨酸钾的含量为1wt％-4wt％，例如1wt％、1.5wt％、2wt％、3wt％、3.5wt％或4wt％等。
优选地，所述添加剂中包含水51wt％-83wt％，例如51wt％、55wt％、60wt％、63wt％、66wt％、68wt％、70wt％、75wt％、77wt％、80wt％或83wt％等。
优选地，所述消泡剂包括聚醚改性硅油或聚硅氧烷中的任意一种或两种的混合物，优选聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚或全氟烷基季胺碘化物中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物，烷基酚聚氧乙烯醚和丙二醇嵌段聚醚的混合物，脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和全氟烷基季胺碘化物的混合物。
优选地，所述分散剂包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸钠中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：聚苯乙烯和聚乙烯的混合物，聚苯乙烯和聚丙烯的混合物，聚乙烯和聚丙烯的混合物，聚苯乙烯、聚丙烯和聚丙烯酸钠的混合物。
优选地，所述缓释剂包括乙酸钠或十二烷基苯硫酸钠中的任意一种或两种的混合物。
优选地，所述功能性助剂包括丙酮、异丙醇铝、过氧化叔丁醇、亚磷酸酯或环氧化物中的至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：丙酮和异丙醇铝的混合物，丙酮和过氧化叔丁醇的混合物，异丙醇铝和亚磷酸酯的混合物，丙酮、过氧化叔丁醇和环氧化物的混合物，丙酮、异丙醇铝、过氧化叔丁醇和亚磷酸酯的混合物等。
本发明提供的添加剂适用于硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅过程，该添加剂通过特定的含量和组成的配合，可以在碱液去绕镀多晶硅或非晶硅的过程中起到保护氧化硅的目的，保护硅太阳能电池片的正面和/或背面不被破坏。
第二方面，本发明提供一种硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅的方法，所述方法采用去绕镀试剂，利用湿化学方法，对绕镀多晶硅或非晶硅的硅太阳能电池片进行去绕镀反应，所述去绕镀试剂中包含碱和第一方面所述的添加剂。
此优选方案，以碱去除绕镀的多晶硅或非晶硅，同时引入了可保护氧化硅的添加剂，在去处绕镀多晶硅或非晶硅时保护正面和/或背面不被破坏。
优选地，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钠或TMAH中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地，所述去绕镀试剂包含：碱1.5wt％-8wt％(例如1.5wt％、2wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％或8wt％等)，添加剂1wt％-3wt％(例如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.3wt％、2.6wt％、2.8wt％或3wt％等)，其余为水。
此优选技术方案中，所述去绕镀试剂中各组分的百分含量之和为100wt％。
优选地，所述去绕镀试剂中，碱和添加剂的质量比为(6-3):1，例如6:1、5:1、4:1、3.5:1或3:1等。
优选地，所述湿化学方法包括：将硅太阳能电池片绕镀多晶硅或非晶硅的表面与去绕镀试剂反应。在实际操作中，本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如，将硅太阳能电池片浸入到盛有去绕镀试剂的槽中，可以是完全浸入，也可以仅有绕镀多晶硅或非晶硅的表面浸入。
优选地，所述反应的温度为50℃-90℃，例如50℃、55℃、60℃、63℃、66℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等。
优选地，所述反应的时间为40s-300s，例如40s、50s、60s、70s、80s、100s、110s、125s、135s、150s、170s、200s、230s、260s、280s或300s等。
优选地，所述湿化学方法还包括在硅太阳能电池片与去绕镀试剂反应之前，先使用添加剂的水溶液对硅太阳能电池片进行预清洗，所述添加剂的水溶液的组成为：0.5wt％-2wt％添加剂(例如0.5wt％、0.6wt％、0.8wt％、1wt％、1.3wt％、1.5wt％或2wt％等)，余量为水。通过与去绕镀试剂反应之前进行添加剂的水溶液的预处理，可以使添加剂预先吸附到正面和/或背面氧化硅上，通过这种方式可避免因前道工序造成的正面和/或背面氧化硅上的缺陷位置因添加剂保护不彻底而被破坏。
优选地，所述预清洗的温度为20℃-60℃，例如20℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或60℃等。
优选地，所述预清洗的时间为90s-300s，例如90s、100s、120s、130s、150s、170s、190s、200s、220s、240s、265s、280s或300s等。
作为本发明所述湿化学方法的优选技术方案，所述方法包括：
(1)对硅太阳能电池片绕镀多晶硅或非晶硅的表面进行预清洗，然后与去绕镀试剂反应；
(2)再依次进行水洗、HF清洗以及RAC清洗。
优选地，步骤(2)所述HF清洗使用的试剂为质量分数10％-25％(例如10％、12％、15％、18％、20％、22％、23％或25％等)的HF。
优选地，步骤(2)所述RAC清洗使用的试剂为：氨水和双氧水的混合液。
第三方面，本发明提供一种改善N型电池良率的方法，所述方法包括：
(A)采用N型硅片，双面制绒；
(B)正面单面硼掺杂扩散形成PN结，同时形成硼硅玻璃层BSG；
(C)去除掉背面的BSG；
(D)对背面进行腐蚀，去除背面绕扩的PN结；
(E)清洗；
(F)在背面制备量子隧穿层，沉积多晶硅或非晶硅，并在多晶硅或非晶硅上进行磷掺杂扩散；
(G)去除正面绕镀的PSG，该绕镀的PSG是背面进行磷掺杂扩散时形成的；
(H)采用权利要求3-8任一项所述的去绕镀多晶硅或非晶硅的方法，去除正面绕镀的多晶硅层或非晶硅层；
(I)正面制备钝化层；
(J)正面和背面分别制备减反射膜；
(K)正面和背面分别制备正面电极和背面电极。
步骤(B)所述硼硅玻璃层BSG的厚度为80nm-200nm，例如80nm、90nm、110nm、115nm、130nm、150nm、160nm、180nm或200nm等。
优选地，步骤(C)利用单面腐蚀技术去除掉背面的BSG。
优选地，步骤(D)利用湿法技术对背面进行腐蚀。
优选地，步骤(F)所述量子隧穿层为二氧化硅层。
优选地，步骤(F)所述量子隧穿层的厚度为1nm-3nm，例如1nm、2nm或3nm等。
优选地，步骤(G)利用单面腐蚀技术去除正面绕镀的PSG。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的添加剂适用于硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅过程，该添加剂的含量和组成可以在碱液去绕镀多晶硅或非晶硅的过程中起到保护氧化硅的目的，保护硅太阳能电池片的正面和/或背面不被破坏。
(2)本发明优选在硅片进入碱液槽前水洗时也加入添加剂，使添加剂预先吸附到正面和背面氧化硅上，通过这种方式可避免因前道工序造成的正面及背面氧化硅上的缺陷位置因添加剂保护不彻底而被破坏。
(3)本发明在不额外增加工序及设备的基础上大大改善电池良率及工艺稳定性，工艺稳定性好，电池良率可由50％提高到90％以上，且添加剂无毒无腐蚀性，安全性较高。
附图说明
图1电池结构图，1—正面金属电极；2—正面减反膜；3—氧化铝钝化层；4—发射极；5—N型硅基底；6—超薄隧穿氧化层；7—N+掺杂多晶硅层；8—背面减反膜；9—背面金属电极。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种添加剂，及采用该添加剂改善N型电池良率的方法。所述添加剂的组成为：
其余为水，
其中，功能性助剂为丙酮和异丙醇铝按质量比1:1的混合物。
所述方法包括：
1将正面绕镀有多晶硅的硅片经过含有添加剂的水溶液中预清洗，添加剂含量为2wt％，预清洗温度为25℃；
2.将上述预清洗后的硅片经过加有KOH和添加剂的水溶液中去除正面绕镀的多晶硅，反应温度为70℃，KOH含量为4.5wt％，添加剂含量为2wt％。
观察所得电池片的外观，外观有色差为不合格品，外观无色差为合格品，良率＝合格品电池片/总的电池片。本实施例去绕镀后的电池良率为91％。
电池的结构参见图1。
实施例2
本实施例提供一种添加剂，及采用该添加剂改善N型电池良率的方法。所述添加剂的组成为：
其余为水，
其中，功能性助剂为异丙醇铝、过氧化叔丁醇和亚磷酸三苯基酯按质量比1:2:1的混合物。
所述方法包括：
1.将正面绕镀有非晶硅的硅片经过含有添加剂的水溶液中预洗，添加剂含量为2wt％，预清洗温度为25℃；
2.将上述预清洗后的硅片经过加有KOH和添加剂的水溶液中去除正面绕镀的非晶硅，反应温度为60℃，KOH含量为4wt％，添加剂含量为3wt％。
本实施例去绕镀后的电池良率为93％。
实施例3
本实施例提供一种添加剂，及采用该添加剂改善N型电池良率的方法。所述添加剂的组成为：
其余为水，
其中，功能性助剂为异丙醇铝、过氧化叔丁醇和三元环醚按质量比1:3:4的混合物。
所述方法包括：
1.将正面绕镀有多晶硅的硅片经过含有添加剂的水溶液中预清洗，添加剂含量为1wt％，预清洗温度为40℃；
2.将上述预清洗后的硅片经过加有NaOH和添加剂的水溶液中去除正面绕镀的多晶硅，反应温度为50℃，NaOH含量为7.5wt％，添加剂含量为2.2wt％。
本实施例去绕镀后的电池良率为92％。
实施例4
本实施例提供一种添加剂，及采用该添加剂改善N型电池良率的方法。所述添加剂的组成为：
其余为水，
其中，功能性助剂为丙酮和异丙醇铝按质量比5:1的混合物。
所述方法包括：
1.将正面绕镀有多晶硅的硅片经过含有添加剂的水溶液中预清洗，添加剂含量为1.5wt％，预清洗温度为50℃；
2.将上述预清洗后的硅片经过加有NaOH和添加剂的水溶液中去除正面绕镀的多晶硅，反应温度为80℃，NaOH含量为3wt％，添加剂含量为1wt％。
本实施例去绕镀后的电池良率为90.5％。
实施例5
本实施例提供一种添加剂，及采用该添加剂改善N型电池良率的方法。所述添加剂的组成为：
其余为水，
其中，功能性助剂为丙酮、异丙醇铝和过氧化叔丁醇按质量比3:1:2的混合物。
所述方法包括：
1.将正面绕镀有非晶硅的硅片经过含有添加剂的水溶液中预清洗，添加剂含量为0.5wt％，预清洗温度为55℃；
2.将上述预清洗后的硅片经过加有TMAH和添加剂的水溶液中去除正面绕镀的非晶硅，反应温度为85℃，TMAH含量为8wt％，添加剂含量为1.5wt％。
本实施例去绕镀后的电池良率为93.5％。
对比例1
除了不使用添加剂外，其他方法和条件与实施例1相同。
本对比例去绕镀后外观良率30％以下。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (32)
1.一种硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅用添加剂，其特征在于，所述添加剂的主要成分包括：消泡剂3wt％-8wt％，表面活性剂5wt％-13wt％，分散剂2wt％-7wt％，缓释剂1wt％-5wt％，功能性助剂5wt％-14wt％，山梨酸钾1wt％-4wt％。
2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述添加剂中包含水51wt％-83wt％。
3.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述消泡剂包括聚醚改性硅油或聚硅氧烷中的任意一种或两种的混合物。
4.根据权利要求3所述的添加剂，其特征在于，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚或全氟烷基季胺碘化物中的任意一种或至少两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述分散剂包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸钠中的任意一种或至少两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述缓释剂包括乙酸钠或十二烷基苯硫酸钠中的任意一种或两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述功能性助剂包括丙酮、异丙醇铝、过氧化叔丁醇、亚磷酸酯或环氧化物中的至少两种的混合物。
9.一种硅太阳能电池去绕镀多晶硅或非晶硅的方法，其特征在于，所述方法采用去绕镀试剂，利用湿化学方法，对绕镀多晶硅或非晶硅的硅太阳能电池片进行去绕镀反应，所述去绕镀试剂中包含碱和权利要求1-8任一项所述的添加剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钠或TMAH中的任意一种或至少两种的混合物。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去绕镀试剂包含：碱1.5wt％-8wt％，添加剂1wt％-3wt％，其余为水。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去绕镀试剂中，碱和添加剂的质量比为(6-3):1。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述湿化学方法包括：将硅太阳能电池片绕镀多晶硅或非晶硅的表面与去绕镀试剂反应。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为50℃-90℃。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述反应的时间为40s-300s。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述湿化学方法还包括在硅太阳能电池片与去绕镀试剂反应之前，先使用添加剂的水溶液对硅太阳能电池片进行预清洗，所述添加剂的水溶液的组成为：0.5wt％-2wt％添加剂，余量为水。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预清洗的温度为20℃-60℃。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预清洗的时间为90s-300s。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述湿化学方法包括：
(1)对硅太阳能电池片绕镀多晶硅或非晶硅的表面进行预清洗，然后与去绕镀试剂反应；
(2)再依次进行水洗、HF清洗以及RAC清洗。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述HF清洗使用的试剂为质量分数10％-25％的HF。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述RAC清洗使用的试剂为：氨水和双氧水的混合液。
22.一种改善N型电池良率的方法，其特征在于，所述方法包括：
(A)采用N型硅片，双面制绒；
(B)正面单面硼掺杂扩散形成PN结，同时形成硼硅玻璃层BSG；
(C)去除掉背面的BSG；
(D)对背面进行腐蚀，去除背面绕扩的PN结；
(E)清洗；
(F)在背面制备量子隧穿层，沉积多晶硅或非晶硅，并在多晶硅或非晶硅上进行磷掺杂扩散；
(G)去除正面绕镀的PSG；
(H)采用权利要求3-8任一项所述的去绕镀多晶硅或非晶硅的方法，去除正面绕镀的多晶硅层或非晶硅层；
(I)正面制备钝化层；
(J)正面和背面分别制备正面减反射膜和背面减反射膜；
(K)正面和背面分别制备正面电极和背面电极。
23.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(B)所述硼硅玻璃层BSG的厚度为80nm-200nm。
24.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(C)利用单面腐蚀技术去除掉背面的BSG。
25.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(D)利用湿法技术对背面进行腐蚀。
26.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(F)使用LPCVD制备量子隧穿层。
27.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(F)所述量子隧穿层为二氧化硅层。
28.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(F)所述量子隧穿层的厚度为1-3nm。
29.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(G)利用单面腐蚀技术去除正面绕镀的PSG。
30.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(I)所述钝化层为氧化铝。
31.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(J)所述正面减反射膜和背面减反射膜均为氮化硅。
32.根据权利要求22所述的改善N型电池良率的方法，其特征在于，步骤(K)所述正面电极和背面电极独立地选自银电极或银铝电极中的任意一种。
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