CN113540286A - 一种对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法及其在制备黑硅电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多晶硅太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，包括如下步骤：步骤一，将金刚线制绒产生的不合格品在扩散石英管中以8～12℃/min速率升温至780～820℃，维持2～4分钟，然后以8～12℃/min速率降温至730～760℃，得到高温预处理硅片；步骤二，将所述高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层和制绒槽制绒后得到黑硅制绒片。本发明在不增加新设备的情况下，经过高温除杂后的金刚线制绒产生的不合格品不仅可以直接进行黑硅制绒，最后制备得到的黑硅电池的电池效率相比于将金刚线制绒产生的不合格品重新进行金刚线返修后得到的太阳能电池效率提升了至少0.3％。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法及其在制备黑硅电池中的应用。
背景技术
硅太阳能电池片生产过程中，制绒作为一道重要的生产工序对产品性能具有十分重要的影响，其主要目的是通过对硅片表面进行腐蚀，从而降低硅片表面的反射率。金刚线制绒和黑硅制绒是目前常见的多晶硅制绒方法，两者相比，正常黑硅制绒较正常金刚线制绒的电池效率高百分之零点二以上，因此黑硅制绒具有更好的效率优势。
在金刚线制绒过程中产生的制绒效果差、电性能参数及转换效率不能达到太阳能电池要求的问题硅片称为不合格品。将金刚线制绒产生的不合格品回收后，重新进行金刚线制绒，最后制备得到的电池成品较正常金刚线电池效率差异不低于0.1％。而将黑硅制绒产生的不合格品进行返修制成电池后，其电池效率与正常片源黑硅电池效率基本持平。如果能够将金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒，最后制备得到的黑硅电池的电池效率可能会高于正常金刚线电池的电池效率。但是，由于金刚线制绒过程中使用的添加剂与黑硅制绒使用的添加剂之间不相容，若将金刚线制绒产生的不合格品直接投入黑硅制绒生产工艺，很难形成正常的黑硅绒面。
发明内容
基于现有技术中存在的以上问题，本发明提供一种对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法及其在制备黑硅电池中的应用，该方法操作简单，能够实现将金刚线制绒产生的不合格品直接进行黑硅制绒，从而大大提高所得电池的电池效率，克服了现有技术的缺陷。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，包括如下步骤：
步骤一，将金刚线制绒产生的不合格品以8～12℃/min速率升温至780～820℃，维持2～4分钟，然后以8～12℃/min速率降温至730～760℃，得到高温预处理硅片；
步骤二，将所述高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层和制绒槽制绒后得到黑硅制绒片。
本发明通过在扩散石英管中对金刚线制绒产生的不合格品进行以上参数条件下的升温和降温，能够对不合格品除杂，使金刚线制绒产生的不合格品上残留的有机添加剂在该过程中分解并随排气过程排出，或在硅片上直接被氧化后在制绒过程中被除去。得到的高温预处理硅片可以直接进行黑硅制绒。本发明通过采用以上参数条件的升温和降温处理，使金刚线制绒产生的不合格品在黑硅制绒后可以作为黑硅被再利用，并且最后制备得到的黑硅电池的电池效率与正常黑硅电池的电池效率相当。
步骤一的升温和降温过程可在扩散石英管中完成，制成高温预处理硅片后即可立即进行步骤二的工序，不需增加新的设备。
优选地，步骤一中，升温过程中通入O2并维持20～40秒。
升温过程通入氧气并维持20～40秒既可以加速金刚线制绒产生的不合格品上残留的有机添加剂的氧化，又不会损伤硅片，还不会影响后续黑硅制绒工艺的进行。
优选地，步骤二中，碱预制槽中的溶液为氢氧化钾、去离子水和第一添加剂组成的混合液，碱预制槽中的氢氧化钾的浓度为66.5～81.5g/L。
通过控制黑硅制绒时碱预制槽中溶液的浓度，可以降低制绒速度，防止制绒速度过快或过度制绒造成的绒面均匀度差，提高电池效率。
优选地，第一添加剂中包括纳米二氧化硅、生物酶和纯水，碱预制槽中第一添加剂的浓度为3.7～5g/L。
第一添加剂的浓度是指第一添加剂中所有成分(包括纯水)在碱预制槽中溶液里的浓度。
优选地，步骤二中，制绒槽中的溶液为氢氟酸、双氧水、第二添加剂和第三添加剂组成的混合液。
优选地，制绒槽中的氢氟酸的浓度为45.6～55.1g/L，双氧水的浓度为108～120g/L。
通过控制黑硅制绒时制绒槽中各种溶液的浓度，可以降低制绒速度，防止制绒速度过快或过度制绒造成的绒面均匀度差，提高电池效率。
通过控制金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒时碱预制槽和制绒槽中溶液的浓度以及部分添加剂的用量可以降低制绒速度，防止制绒速度过快或过度制绒造成的绒面均匀度差，提高电池效率。
优选地，第二添加剂中包括柠檬酸、醇酸化合物和纯水，制绒槽中第二添加剂的浓度为6.7～7.5g/L。
第二添加剂的浓度是指第二添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度。
优选地，第三添加剂中包括海藻酸钠、脂肪酸酰胺、生物酶和纯水，制绒槽中第三添加剂的浓度为2.2～2.5g/L。
第三添加剂的浓度是指第三添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度。
通过控制黑硅制绒时制绒槽中第二添加剂和第三添加剂的种类和用量可以降低制绒速度，防止制绒速度过快或过度制绒造成的绒面均匀度差，提高电池效率。
另一方面，本发明实施例还提供上述对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法在制备黑硅电池中的应用。
用本发明的方法对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒后，按黑硅电池片的正常生产工艺进入磷扩散工序、湿法刻蚀、钝化镀膜、丝网印刷、烧结等工序，即可生产得到黑硅电池片。本发明所提供的方法不仅能够实现将金刚线制绒产生的不合格品直接进行黑硅制绒，进一步制备得到的黑硅电池的电池效率相比于将金刚线制绒产生的不合格品重新进行金刚线返修后得到的太阳能电池效率可提升0.3％以上，对于金刚线制绒产生的不合格品的处理具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明的利用金刚线制绒产生的不合格品制备黑硅电池的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种利用金刚线制绒产生的不合格品制备黑硅电池的方法，包括如下步骤：
(1)将金刚线制绒产生的不合格品在扩散石英管中以8℃/min速率升温至780℃，维持4分钟，升温的过程中通入O2并维持40秒，然后以12℃/min速率降温至730℃，得到高温预处理硅片。
(2)将高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层，沉银，制绒槽制绒、脱银槽脱银、酸洗除杂后得到黑硅制绒片。碱预制槽中的溶液为氢氧化钾、去离子水和第一添加剂组成的混合液，碱预制槽中氢氧化钾的浓度为66.5g/L，第一添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶碱反应控制剂NNM-A，其成分包括纳米二氧化硅、生物酶和纯水，第一添加剂中所有成分(包括纯水)在碱预制槽中溶液里的浓度为5g/L。制绒槽中的溶液为氢氟酸、双氧水、第二添加剂和第三添加剂组成的混合液，制绒槽中氢氟酸的浓度为45.6g/L，双氧水的浓度为120g/L，第二添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-C，其成分包括柠檬酸、醇酸化合物和纯水，第二添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为6.7g/L，第三添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-D，其成分包括海藻酸钠、脂肪酸酰胺、生物酶和纯水，第三添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为2.5g/L。
(3)将步骤(2)得到的黑硅制绒片从磷扩散工序开始进入到正常的黑硅电池片生产工艺流程中。
实施例2
本实施例提供一种利用金刚线制绒产生的不合格品制备黑硅电池的方法，包括如下步骤：
(1)将金刚线制绒产生的不合格品在扩散石英管中以12℃/min速率升温至820℃，维持2分钟，升温的过程中通入O2并维持20秒，然后以8℃/min速率降温至760℃，得到高温预处理硅片。
(2)将高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层，沉银，制绒槽制绒、脱银槽脱银、酸洗除杂后得到黑硅制绒片。碱预制槽中的溶液为氢氧化钾、去离子水和第一添加剂组成的混合液，碱预制槽中氢氧化钾的浓度为81.5g/L，第一添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶碱反应控制剂NNM-A，其成分包括纳米二氧化硅、生物酶和纯水，第一添加剂中所有成分(包括纯水)在碱预制槽中溶液里的浓度为3.7g/L。制绒槽中的溶液为氢氟酸、双氧水、第二添加剂和第三添加剂组成的混合液，制绒槽中氢氟酸的浓度为55.1g/L，双氧水的浓度为108g/L，第二添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-C，其成分包括柠檬酸、醇酸化合物和纯水，第二添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为7.5g/L，第三添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-D，其成分包括海藻酸钠、脂肪酸酰胺、生物酶和纯水，第三添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为2.2g/L。
(3)将步骤(2)得到的黑硅制绒片从磷扩散工序开始进入到正常的黑硅电池片生产工艺流程中。
实施例3
本实施例提供一种利用金刚线制绒产生的不合格品制备黑硅电池的方法，包括如下步骤：
(1)将金刚线制绒产生的不合格品在扩散石英管中以10℃/min速率升温至800℃，维持3分钟，升温的过程中通入O2并维持30秒，然后以10℃/min速率降温至750℃，得到高温预处理硅片。
(2)将高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层，沉银，制绒槽制绒、脱银槽脱银、酸洗除杂后得到黑硅制绒片。碱预制槽中的溶液为氢氧化钾、去离子水和第一添加剂组成的混合液，碱预制槽中氢氧化钾的浓度为70g/L，第一添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶碱反应控制剂NNM-A，其成分包括纳米二氧化硅、生物酶和纯水，第一添加剂中所有成分(包括纯水)在碱预制槽中溶液里的浓度为4.5g/L。制绒槽中的溶液为氢氟酸、双氧水、第二添加剂和第三添加剂组成的混合液，制绒槽中氢氟酸的浓度为50g/L，双氧水的浓度为115g/L，第二添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-C，其成分包括柠檬酸、醇酸化合物和纯水，第二添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为7g/L，第三添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-D，其成分包括海藻酸钠、脂肪酸酰胺、生物酶和纯水，第三添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为2.3g/L。
(3)将步骤(2)得到的黑硅制绒片从磷扩散工序开始进入到正常的黑硅电池片生产工艺流程中。
实施例4
本实施例提供一种利用金刚线制绒产生的不合格品制备黑硅电池的方法，包括如下步骤：
(1)将金刚线制绒产生的不合格品在扩散石英管中以9℃/min速率升温至810℃，维持3分钟，升温的过程中通入O2并维持25秒，然后以9℃/min速率降温至740℃，得到高温预处理硅片。
(2)将高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层，沉银，制绒槽制绒、脱银槽脱银、酸洗除杂后得到黑硅制绒片。碱预制槽中的溶液为氢氧化钾、去离子水和第一添加剂组成的混合液，碱预制槽中氢氧化钾的浓度为80g/L，第一添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶碱反应控制剂NNM-A，其成分包括纳米二氧化硅、生物酶和纯水，第一添加剂中所有成分(包括纯水)在碱预制槽中溶液里的浓度为4g/L。制绒槽中的溶液为氢氟酸、双氧水、第二添加剂和第三添加剂组成的混合液，制绒槽中氢氟酸的浓度为53g/L，双氧水的浓度为110g/L，第二添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-C，其成分包括柠檬酸、醇酸化合物和纯水，第二添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为7.3g/L，第三添加剂是南京纳鑫新材料有限公司的多晶硅制绒造孔调节剂NNM-D，其成分包括海藻酸钠、脂肪酸酰胺、生物酶和纯水，第三添加剂中所有成分(包括纯水)在制绒槽中溶液里的浓度为2.4g/L。
(3)将步骤(2)得到的黑硅制绒片从磷扩散工序开始进入到正常的黑硅电池片生产工艺流程中。
对比例1
本对比例提供了研究过程中试验过的一种利用金刚线制绒产生的不合格品制备金刚线电池的方法，包括如下步骤：
(1)金刚线制绒产生的不合格品与其他工序产生的不合格品一起回收后，用常规的金刚线制绒工艺重新进行金刚线制绒。
(2)将重新金刚线制绒得到的金刚线制绒片从磷扩散工序开始进入到正常的金刚线电池片生产工艺流程中。
对实施例1-4和对比例1制备得到的电池进行电池效率检测，具体检测结果如表1所示。
表1
| 开路电压 | 短路电流 | 串联电阻 | 并联电阻 | 填充因子 | 电池效率(％) | |
| 实施例1 | 0.641 | 9.028 | 0.0015 | 543.9 | 80.35 | 19.02 |
| 实施例2 | 0.641 | 9.044 | 0.0013 | 580.6 | 80.40 | 19.07 |
| 实施例3 | 0.642 | 9.068 | 0.0013 | 609.6 | 80.68 | 19.09 |
| 实施例4 | 0.641 | 9.045 | 0.0014 | 595.2 | 80.55 | 19.06 |
| 对比例1 | 0.640 | 9.020 | 0.0014 | 565.1 | 80.30 | 18.72 |
根据表1的结果可知，经过高温除杂后的金刚线制绒产生的不合格品不仅可以直接进行黑硅制绒，最后制备得到的黑硅电池的电池效率相比于将金刚线制绒产生的不合格品重新进行金刚线返修后得到的太阳能电池效率提升了至少0.3％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于，
包括如下步骤：
步骤一，将金刚线制绒产生的不合格品以8～12℃/min速率升温至780～820℃，维持2～4分钟，然后以8～12℃/min速率降温至730～760℃，得到高温预处理硅片；
步骤二，将所述高温预处理硅片依次经过碱预制槽初抛去损伤层和制绒槽制绒后得到黑硅制绒片。
2.如权利要求1所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：步骤一中，所述升温的过程中通入O2并维持20～40秒。
3.如权利要求1所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：步骤二中，所述碱预制槽中的溶液为氢氧化钾、去离子水和第一添加剂组成的混合液，所述碱预制槽中的所述氢氧化钾的浓度为66.5～81.5g/L。
4.如权利要求3所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：所述第一添加剂中包括纳米二氧化硅、生物酶和纯水，所述碱预制槽中所述第一添加剂的浓度为3.7～5g/L。
5.如权利要求1所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：步骤二中，所述制绒槽中的溶液为氢氟酸、双氧水、第二添加剂和第三添加剂组成的混合液。
6.如权利要求5所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：所述氢氟酸的浓度为45.6～55.1g/L，所述双氧水的浓度为108～120g/L。
7.如权利要求5所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：所述第二添加剂中包括柠檬酸、醇酸化合物和纯水，所述制绒槽中所述第二添加剂的浓度为6.7～7.5g/L。
8.如权利要求5所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法，其特征在于：所述第三添加剂中包括海藻酸钠、脂肪酸酰胺、生物酶和纯水，所述制绒槽中所述第三添加剂的浓度为2.2～2.5g/L。
9.权利要求1～8任一项所述的对金刚线制绒产生的不合格品进行黑硅制绒的方法在制备黑硅电池中的应用。
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