CN113061991A - 改善单晶硅片金字塔绒面均匀性制备方法及太阳能电池 - Google Patents

改善单晶硅片金字塔绒面均匀性制备方法及太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，将金刚线切割后的单晶硅片置于惰性气体气氛的加热炉内，在温度范围为300℃～1200℃的条件下退火，退火时间范围为1‑60分钟；所述退火的具体步骤如下：S1、高温：将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，再使加热炉加热到预设温度；S2、氧化：在预设的时间阈值范围内，向加热炉内依次通入预设流量的惰性气体和预设流量的氧气。本发明提供的制备方法中，首先将金刚线切割后单晶硅片表面的有机物有效挥发，去除部分金属杂质污染，消除晶格缺陷；最终经过退火的硅片制绒后金刚线切割线痕变得不明显，形成的金字塔结构更均匀，进而可提高太阳能电池的效率。

Description

改善单晶硅片金字塔绒面均匀性制备方法及太阳能电池
技术领域
本发明涉及光伏组件领域，尤其涉及一种改善单晶硅片金字塔绒面均匀性制备方法及太阳能电池。
背景技术
随着光伏高效电池的发展及度电成本的快速下降，业界已经淘汰了高成本的砂浆切割硅片，全部采用金刚线切割硅片，由此带来的硅片表面切割线痕难以有效去除，影响了制绒工序形成金字塔的均一性。制绒作为电池片生产的第一道工序，其表面金字塔均匀性及清洁度对后道工序影响很大，业内主要通过调整制绒槽碱浓度、添加剂、温度以及工艺时间来改善，其效果不明显。
通常单晶硅片进行金刚线切割后的处理工艺是粗抛和预清洗，粗抛用的粗抛槽随着生产硅片数量的增加，槽体会变得越来越脏，去除金属污染能力也随之下降，达不到工艺要求，生产一定数量的硅片后需要换液，随着国内环保政策不断加严，排废及处理废液成了企业的负担；另外，现有金刚线切割单晶硅片表面的切割线痕难以有效去除，使得制绒后金字塔不均一。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种改善单晶硅片金字塔绒面均匀性制备方法及太阳能电池，以有效去除金刚线切割单晶硅片表面的切割线痕，使得制绒后金字塔结构均一，所述技术方案如下：
本发明提供一种改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，将金刚线切割后的单晶硅片置于惰性气体气氛的加热炉内，在温度范围为300℃～1200℃的条件下退火，退火时间范围为1-60分钟；
所述退火的具体步骤如下：
S1、高温：将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，再使加热炉加热到预设温度，预设温度范围为300℃～1200℃；
S2、氧化：在预设的时间阈值范围内，向加热炉内依次通入预设流量的惰性气体和预设流量的氧气，其中，预设的时间阈值范围为1-30分钟，加热炉温度范围为300℃～1200℃。
进一步地，步骤S1中加热炉加热至预设温度后，加热炉温度维持10-60s之后再进行步骤S2，步骤S1中加热炉的温度与步骤S2中加热炉的温度相同。
进一步地，步骤S1中，在单晶硅片进入加热炉内之前，先向加热炉内通入预设流量的惰性气体，通入惰性气体的流量范围为5-15slm；步骤S2中，通入惰性气体的流量范围为5-15slm。
进一步地，步骤S2中，通入氧气的流量范围为0-2000sccm。
进一步地，步骤S1中，先将加热炉加热至第一预设温度，再将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，继续加热加热炉直至达到第二预设温度，第二预设温度范围为300℃～1200℃；或先将完成金刚线切割的单晶硅片移送至处于室温的加热炉内，再对加热炉直接加热至预设温度。
进一步地，步骤S1中，加热炉管内外压强差范围为1-15Pa；步骤S2中，加热炉管内外压强差范围为1-15Pa。
进一步地，步骤S1和S2中，惰性气体为氮气。
进一步地，对所述单晶硅片进行退火工艺后，还包括对所述单晶硅片进行如下操作：第一次漂洗、制绒、第二次漂洗、碱洗、第三次漂洗、酸洗、第四次漂洗、慢提拉、烘干。
本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池由所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法获得的单晶硅电池片。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
本发明提供的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法中，对单晶硅片进行金刚线切割后，再对单晶硅片进行退火工艺，可将硅片表面的有机物有效挥发，去除部分金属离子，消除晶格缺陷；经过退火的硅片制绒后金刚线切割线痕变得不明显，形成的金字塔结构更均匀，进而可提高太阳能电池的效率；进一步地，高温退火工艺不需要原始粗抛槽和预清洗工艺所需的化学品，可以减轻企业排废及处理废液的压力，同时达到更好的制绒效果。
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是本发明实施例提供的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法的流程图；
图2是由本发明实施例提供的制备方法制备得到的硅片在1500放大倍率下的SEM照片；
图3是由本发明实施例提供的制备方法制备得到的硅片在500放大倍率下的SEM照片；
图4是由传统工艺制备得到的硅片在1500放大倍率下的SEM照片；
图5是由传统工艺制备得到的硅片在500放大倍率下的SEM照片。
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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本发明的一个实施例中，提供了一种改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，具体参见图1，其包括对单晶硅片进行金刚线切割后，对所述单晶硅片进行退火工艺：将单晶硅片置于惰性气体气氛的加热炉内退火，退火时间范围为1-60分钟，优选为10分钟；退火温度范围为300℃～1200℃，优选为680℃。退火时间指单晶硅片进入加热炉至退出加热炉的时间。
所述退火工艺的具体步骤如下：
S1、高温：将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，再使加热炉加热到预设温度，预设温度范围为300℃～1200℃；高温步骤中，加热炉从室温升温至预设温度，所需时间为1-20分钟；
S2、氧化：在预设的时间阈值范围内，向步骤S1中达到预设温度的加热炉内依次通入预设流量的惰性气体和预设流量的氧气，其中，预设的时间阈值范围(即氧化时间)为1-30分钟，加热炉温度范围为300℃～1200℃，优选为600℃-800℃，更优选为680℃。
优选地，步骤S1中加热炉的温度与步骤S2中加热炉的温度相同，如S1高温步骤中加热炉的温度优选为680℃，S2步骤中，加热炉的温度继续保持680℃。
步骤S1中，在单晶硅片进入加热炉内之前，先向加热炉内通入预设流量的惰性气体，通入惰性气体的流量范围为5-15slm，优选为10slm，惰性气体优选为氮气，氮气作用是吹扫出加热炉管内的空气，净化加热炉管，避免硅片加热时受污染。
步骤S2中，通入氮气的流量范围为5-15slm，优选为10slm，slm为升每分钟，氮气作用是吹扫出加热炉管内的空气，净化加热炉管，避免硅片加热时受污染；通入氧气的流量范围为0-2000sccm，优选为1000sccm，sccm为标准毫升/分钟。
步骤S1中，加热炉管内外压强差范围为1-15Pa，优选为5Pa；步骤S2中，加热炉管内压强差范围为1-15Pa，优选为5Pa。
在本发明提供的一个实施例中，步骤S1分为两种情况，第一种情况是：步骤S1中，先将加热炉加热至第一预设温度(第一预设温度范围为200℃～500℃，优选为400℃)，再将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，继续加热加热炉直至达到第二预设温度，第二预设温度范围为300℃～1200℃，此操作相对简单；第二种情况是：先将完成金刚线切割的单晶硅片移送至处于室温的加热炉内，再对加热炉直接加热至预设温度(从室温提升至预设温度)，减少退火工艺所需时间，提高加工效率；第三种情况是：先将加热炉直接加热至预设温度(从室温提升至预设温度)，再将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，此种情况可能出现打开炉门后加热炉内温度略有下降，只需关闭炉门后将加热炉温度提升至预设温度即可(预设温度范围为300℃～1200℃)。三种加热方式均可改善单晶硅片金字塔绒面均匀性。
步骤S1和S2中，所述惰性气体优选为氮气。
本发明提供的加热炉为管式加热炉，将所述单晶硅片置于氮气和氧气气氛的管式炉中，在温度300℃-1200℃的条件下，退火1-60分钟。
本发明提供的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法中，步骤1的高温处理会把单晶硅片表面的有机物挥发掉，步骤2的氧化处理会把金属污染物氧化掉。此退火工艺可将单晶硅片表面的有机物有效挥发，并去除部分金属离子(Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属在高温下被氧化掉)，消除晶格缺陷(利用高温退火处理达成)。
对所述单晶硅片进行退火工艺后，还包括对所述单晶硅片进行如下操作：待S1中单晶硅片自然冷却至常温后，再进行第一次漂洗、制绒、第二次漂洗、碱洗、第三次漂洗、酸洗、第四次漂洗、慢提拉(热水)、烘干等工艺处理，上述步骤为常规工艺，属于本领域的常识，在此不对其进行详细阐述。
本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池由所述的改善单晶硅电池片金字塔绒面均匀性的制备方法获得的单晶硅电池片。
实施例1
将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，先向加热炉内通入10slm的氮气，再使加热炉加热到680°，待此温度保持40s后，向加热炉内通入1000sccm的氧气和10slm的氮气，其中，氧化时间(步骤S2所需时间)为10分钟。
实施例2
将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，先向加热炉内通入10slm的氮气，再使加热炉加热到680°，待此温度保持40s后，向加热炉内通入1000sccm的氧气和10slm的氮气，其中，氧化时间(步骤S2所需时间)为1分钟。
实施例3
将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，先向加热炉内通入10slm的氮气，再使加热炉加热到680°，待此温度保持40s后，向加热炉内通入500sccm的氧气和10slm的氮气，其中，氧化时间(步骤S2所需时间)为10分钟。
对比例
与本申请的不同点在于：单晶硅片进行金刚线切割后，采用粗抛和预清洗的传统工艺。
表1为实施例1-3的实验条件
Figure BDA0002988691820000061
表2为实施例1-3和对比例的性能测试结果
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
金字塔尺寸 0-1.97um 0-2.04um 0-1.92um 0-2.62um
由表2可知，相比传统工艺，单晶硅片进行金刚线切割后经过退火工艺处理后，硅片在制绒后金字塔尺寸变小，形成的金字塔结构更均匀，因此可改善能够改善金字塔绒面均匀性。另外，若退火温度过低，导致无法将单晶硅片表面的有机物有效挥发，无法去除部分金属离子；若退火温度过高，会烧坏硅片。
对传统工艺制备的单晶硅片金字塔绒面及本发明提供的制备方法制备的单晶硅片金字塔绒面进行拍照得到SEM照片，可知本发明提供的制备方法制备的单晶硅片金字塔结构更均匀，参见图2至图5。
表3为由实施例1的单晶硅片制作的太阳能电池能测试结果
Figure BDA0002988691820000062
表3中效率增益相对值是传统工艺制备的单晶硅片制作的太阳能电池性能与由实施例1的单晶硅片制作的太阳能电池的性能的差值，与由传统工艺制备的单晶硅片制备获得的太阳能电池性能相比，由实施例1的单晶硅片制作的太阳能电池的Eta、Uoc、Isc均有提高，由此可见，通过对制绒前的单晶单晶硅片进行退火处理，使得制绒后的金字塔绒面变得更均匀，进而可提高太阳能电池的效率。
本发明提供的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法中，对单晶硅片进行金刚线切割后，对单晶硅片进行退火工艺，可将硅片表面的有机物有效挥发，消除硅片表面的有机物等污染物粘附于硅片表面,使得硅片制绒时形成的金字塔结构更均一；其次，可以去除部分金属离子，金属杂质的存在会成为少数载流子的复合中心，影响硅片少子寿命，导致电池性能的下降；另外，高温可以消除晶格缺陷，最终经过退火的硅片制绒后金刚线切割线痕变得不明显，形成的金字塔结构更均匀，进而可提高太阳能电池的效率。进一步地，本发明提供的高温退火工艺不需要原始粗抛槽和预清洗工艺所需的化学品，可以减轻企业排废及处理废液的压力，同时达到更好的制绒效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，将金刚线切割后的单晶硅片置于惰性气体气氛的加热炉内，在温度范围为300℃～1200℃的条件下退火，退火时间范围为1-60分钟；
所述退火的具体步骤如下：
S1、高温：将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，再使加热炉加热到预设温度，预设温度范围为300℃～1200℃；
S2、氧化：在预设的时间阈值范围内，向加热炉内依次通入预设流量的惰性气体和预设流量的氧气，其中，预设的时间阈值范围为1-30分钟，加热炉温度范围为300℃～1200℃。
2.根据权利要求1所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，步骤S1中加热炉加热至预设温度后，加热炉温度维持20-60s之后再进行步骤S2，步骤S1中加热炉的温度与步骤S2中加热炉的温度相同。
3.根据权利要求1所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在单晶硅片进入加热炉内之前，先向加热炉内通入预设流量的惰性气体，通入惰性气体的流量范围为5-15slm；步骤S2中，通入惰性气体的流量范围为5-15slm。
4.据权利要求1所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，步骤S2中，通入氧气的流量范围为0-2000sccm。
5.根据权利要求1或3所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，步骤S1中，先将加热炉加热至第一预设温度，再将完成金刚线切割的单晶硅片移送至加热炉内，继续加热加热炉直至达到第二预设温度，第二预设温度范围为300℃～1200℃；或先将完成金刚线切割的单晶硅片移送至处于室温的加热炉内，再对加热炉直接加热至预设温度。
6.根据权利要求1所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加热炉管内外压强差范围为1-15Pa；步骤S2中，加热炉管内外压强差范围为1-15Pa。
7.根据权利要求1所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，步骤S1和S2中，惰性气体为氮气。
8.根据权利要求1所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法，其特征在于，对所述单晶硅片进行退火工艺后，还包括对所述单晶硅片进行如下操作：第一次漂洗、制绒、第二次漂洗、碱洗、第三次漂洗、酸洗、第四次漂洗、慢提拉、烘干。
9.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池由权利要求1-7中任意一项所述的改善单晶硅片金字塔绒面均匀性的制备方法获得的单晶硅电池片。
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