CN114284388A - 一种快速、高效、精准的单晶perc绒面制备方法 - Google Patents

一种快速、高效、精准的单晶perc绒面制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,包括以下步骤:S1:清洗单晶硅片表面,去除单晶硅片表面的损伤层和有机杂质;S2:制绒液的配置:将制绒添加剂加到碱溶液中,混合均匀;S3:将单晶硅片置入步骤S2制得的制绒液中进行制绒;S4:清洗制绒后的单晶硅片,去除单晶硅片表面残留的有机物;S5:对制绒后的单晶硅片进行酸洗,去除单晶硅片表面的金属杂质;S6:慢提拉和烘干硅片,去除制绒清洗后硅片表面的水渍。

Description

一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法
技术领域
本发明涉及一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法。
背景技术
随着世界能源紧缺和环境污染等问题的加剧,清洁能源的需求不断增加,太阳能发电越来越受到人们的关注。硅基太阳能电池成本低、转换效率高,占据了光伏行业约90%的市场份额。近年来,随着选择性发射极(SE)激光掺杂和背面钝化(PERC)技术的发展,尤其是SE双面PERC电池的出现,单晶硅电池的光电转换效率提升至22%~24%,市场地位被进一步巩固。通过化学湿法腐蚀在单晶硅片表面制备金字塔状的陷光结构,可有效降低反射率,从而提高光电转换效率。但是腐蚀后的金字塔形态会影响磷扩散深度和浓度、钝化膜钝化效果以及丝网印刷银电极的接触,从而影响太阳电池的电性能。因此,如何提高单晶硅电池片表面织构的质量,优化制绒工艺参数,对单晶硅电池的光电转换效率的提高具有重要意义。
目前传统制绒工艺在提高电池效率方面趋于瓶颈,因此优化制绒工艺,确定与后续扩散、镀膜和丝网印刷工艺最为匹配的单晶制绒工艺,从而提高电池片的转换效率则显得更为紧迫。硅片制绒批量生产过程中,随着制绒批次的增长,化学反应消耗会使溶液中的OH-浓度逐渐降低,
Figure BDA0003414953700000011
含量逐渐升高,造成金字塔尺寸增大,反射率升高,使得制绒液失效,从而造成是生产工艺波动,影响制绒效果。为了解决上述问题,维持制绒制程稳定,延长药液寿命周期,每生产一定批次后进行药液定排和药液补加,药液补加量的确定直接影响织构效果。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,提供一种制绒效果优异,制绒后绒面金字塔的尺寸较小,分布均匀,陷光效果好,因而能提高太阳能电池片的光电转换效率的制绒方法。
一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,包括以下步骤:
S1:清洗单晶硅片表面,去除单晶硅片表面的损伤层和有机杂质;
S2:制绒液的配置:将制绒添加剂加到碱溶液中,混合均匀;
S3:将单晶硅片置入步骤S2制得的制绒液中进行制绒;
S4:清洗制绒后的单晶硅片,去除单晶硅片表面残留的有机物;
S5:对制绒后的单晶硅片进行酸洗,去除单晶硅片表面的金属杂质;
S6:慢提拉和烘干硅片,去除制绒清洗后硅片表面的水渍。
作为进一步改进,步骤S1中清洗单晶硅片的清洗剂为0.66%KOH和3.84%的水溶液。
作为进一步改进,步骤S2中所述的制绒添加剂的体积分数为0.4~0.6%,所述的碱溶液为体积分数为2%的氢氧化钾水溶液。
作为进一步改进,步骤S3中的制绒温度为80~88℃,制绒时间为360~520s。
作为进一步改进,在生产批次小于20批时,每批次的单晶硅片数量为400片,在每一批单晶硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml;在生产批次大于20批,小于40批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml;在生产批次大于40批,小于80批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml;在生产批次大于80批,小于140批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml。
作为进一步改进,步骤S4中清洗制绒后硅片的清洗剂为0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液。
作为进一步改进,步骤S5中所述的酸洗单晶硅片的溶液为8.7%的HF和10%的HCl水溶液。
有益效果:
本发明通过调整单晶制绒过程中添加剂的体积分数、制绒时间以及制绒温度,优化了制绒效果,提高了太阳电池片的转换效率。另外本发明通过调整补液参数,制定梯度补液方式,并通过调整梯度补液参数,提升了制绒周期绒面金字塔尺寸的稳定性,延长了药液周期寿命。
附图说明
图1是对比例中单晶硅片的扫描电镜图;
图2是实施例1中单晶硅片的扫描电镜图;
图3是实施例2中单晶硅片的扫描电镜图;
图4是实施例3中单晶硅片的扫描电镜图;
图5是实施例4和实施例5制得硅片的绒面金字塔尺寸随制绒批次变化图;
图6是实施例4和实施例5制得硅片的绒面金字塔高度随制绒批次变化图;
图7是实施例4和实施例5制得硅片表面反射率随制绒批次变化图;
图8是实施例4和实施例5制得电池片的转换效率随生产批次的变化曲线。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
对比例
目前常规碱性制绒方法:
(1)用0.66%的KOH和3.84%的H2O2溶液清洗单晶硅片,清洗时间3分钟;
(2)将体积分数为0.5%的制绒添加剂和体积分数为2%的碱溶液加入体积分数为97.5%的水中,混合均匀;
(3)将单晶硅片置入制绒液中进行制绒,制绒温度为82℃,制绒时间为400s;在每一批硅片制绒结束后,进行自动药液补加,热水补加量为8000ml,KOH补加量为550ml,添加剂的补加量为120ml。
(4)用体积分数0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液清洗制绒后的单晶硅片,清洗时间为2分钟;
(5)用体积分数为8.7%的HF和10%的HCl水溶液对制绒后的单晶硅片进行酸洗,酸洗时间为2分钟;
(6)慢提拉和烘干硅片,完成制绒。
实施例1
(1)用0.66%的KOH和3.84%的H2O2溶液清洗单晶硅片,清洗时间3分钟;
(2)将体积分数为0.7%的制绒添加剂和体积分数为2%的碱溶液加入体积分数为97.3%的水中,混合均匀;
(3)将单晶硅片置入制绒液中进行制绒,制绒温度为82℃,制绒时间为400s;在每一批硅片制绒结束后,进行自动药液补加,热水补加量为8000ml,KOH补加量为550ml,添加剂的补加量为120ml。
(4)用体积分数0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液清洗制绒后的单晶硅片,清洗时间为2分钟;
(5)用体积分数为8.7%的HF和10%的HCl水溶液对制绒后的单晶硅片进行酸洗,酸洗时间为2分钟;
(6)慢提拉和烘干硅片,完成制绒。
实施例2
(1)用0.66%的KOH和3.84%的H2O2溶液清洗单晶硅片,清洗时间3分钟;
(2)将体积分数为0.7%的制绒添加剂和体积分数为2%的碱溶液加入体积分数为97.3%的水中,混合均匀;
(3)将单晶硅片置入制绒液中进行制绒,制绒温度为82℃,制绒时间为440s;在每一批硅片制绒结束后,进行自动药液补加,热水补加量为8000ml,KOH补加量为550ml,添加剂的补加量为120ml。
(4)用体积分数0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液清洗制绒后的单晶硅片,清洗时间为2分钟;
(5)用体积分数为8.7%的HF和10%的HCl水溶液对制绒后的单晶硅片进行酸洗,酸洗时间为2分钟;
(6)慢提拉和烘干硅片,完成制绒。
实施例3
(1)用0.66%的KOH和3.84%的H2O2溶液清洗单晶硅片,清洗时间3分钟;
(2)将体积分数为0.7%的制绒添加剂和体积分数为2%的碱溶液加入体积分数为97.3%的水中,混合均匀;
(3)将单晶硅片置入制绒液中进行制绒,制绒温度为84℃,制绒时间为440s;在每一批硅片制绒结束后,进行自动药液补加,热水补加量为8000ml,KOH补加量为550ml,添加剂的补加量为120ml。
(4)用体积分数0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液清洗制绒后的单晶硅片,清洗时间为2分钟;
(5)用体积分数为8.7%的HF和10%的HCl水溶液对制绒后的单晶硅片进行酸洗,酸洗时间为2分钟;
(6)提拉和烘干硅片,完成制绒。
实施例4
(1)用0.66%的KOH和3.84%的H2O2溶液清洗单晶硅片,清洗时间3分钟;
(2)将体积分数为0.7%的制绒添加剂和体积分数为2%的碱溶液加入体积分数为97.3%的水中,混合均匀;
(3)将单晶硅片置入制绒液中进行制绒,制绒温度为84℃,制绒时间为440s;在每一批硅片制绒结束后,进行自动药液补加,热水补加量为8000ml,KOH补加量为550ml,添加剂的补加量为120ml。
(4)用体积分数0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液清洗制绒后的单晶硅片,清洗时间为2分钟;
(5)用体积分数为8.7%的HF和10%的HCl水溶液对制绒后的单晶硅片进行酸洗,酸洗时间为2分钟;
(6)提拉和烘干硅片,完成制绒。
实施例5
(1)用0.66%的KOH和3.84%的H2O2溶液清洗单晶硅片,清洗时间3分钟;
(2)将体积分数为0.7%的制绒添加剂和体积分数为2%的碱溶液加入体积分数为97.3%的水中,混合均匀;
(3)将单晶硅片置入制绒液中进行制绒,制绒温度为84℃,制绒时间为440s;在生产批次小于20批(1批=400片)时,在每一批硅片制绒结束后,进行自动药液补加,热水补加8000ml,KOH补加量550ml,添加剂补加120ml;在生产批次大于20,小于40批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000ml,KOH补加530ml,添加剂补加120ml;在生产批次大于40,小于80批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加9000ml,KOH补加530ml,添加剂补加120ml。定排时间为28s;在生产批次大于80,小于140批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加9000ml,KOH补加550ml,添加剂补加100ml。
(4)用体积分数0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液清洗制绒后的单晶硅片,清洗时间为2分钟;
(5)用体积分数为8.7%的HF和10%的HCl水溶液对制绒后的单晶硅片进行酸洗,酸洗时间为2分钟;
(6)提拉和烘干硅片,完成制绒。
Figure BDA0003414953700000071
表1对比例、实施例1、实施例2和实施例3制得硅片表面反射率
Figure BDA0003414953700000072
表2对比例和实施例1、实施例2和实施例3的制得电池片的电性能参数
图1~4为对比例和实施例1、实施例2和实施例3的制得的硅片表面微观形貌图,对应的反射率如表1所示。可以看出,与对比例相比,添加剂体积分数的增加,实施例1的金字塔数量增加,尺寸逐渐减小,均匀性显著改善,反射率降低至10.21%。但表面存在较为明显的金刚线切割痕,这不仅会降低陷光效果,而且会影响后续镀膜的均匀性,从而影响电池片的转换效率。对比实施例1与实施例2可以看出,随着制绒时间的延长,金字塔尺寸略微增大,但绒面金字塔均匀性得到明显提升,表面硅片表面金刚线切割痕基本消失,反射率进一步降低,为9.926%。对比实施例2和实施例3可以看出,绒面金字塔尺寸略微增加,均匀性有所提升,硅片表面金刚线切割痕完全消失,对应的反射率也相应降低,为9.914%。
表2分别为对比例和实施例1、实施例2和实施例3的制得电池片的电性能参数。可以看出,随着硅片表面反射率的降低,电池片的短路电流逐渐增加,这是因为放射率越低,电池片对光子捕获能力越强,光损失越小,最终使电池片的转化效率升高。
图5~6为实施例4和实施例5所制得硅片的绒面金字塔尺寸和高度随制绒批次变化图,对应的放射率如图7所示。可以看出,常规补液方式实施例4制得的绒面金字塔尺寸和高度波动较大,在药液末期,170批次后绒面金字塔尺寸和高度下降,反射率逐渐上升并超出产线控制标准,药液失效。实施例5阶梯形补液方式所制得的硅片表面绒面金字塔尺寸和高度较小,且波动较小,190批次后,反射率逐渐上升,直到230批次后反射率依旧维持在产线控制标准内。
图8是实施例4和实施例5所制得电池片的转换效率随生产批次的变化曲线。可以看出实施例4的电池片的转换效率在170批次后明显降低。实施例5的电池片在230批次内转换效率基本保持稳定。
这是因为单晶制绒反应的实质是Si与OH-反应生成
Figure BDA0003414953700000081
和H2的过程,随着生产批次的增加,溶液中的
Figure BDA0003414953700000082
含量增多,药液粘度变大,这不仅会影响Si与OH-的反应速度,且溶液粘度增大,不利于H2的释放,增加了气泡粘附在硅片表面的几率,阻隔反应进行,降低绒面质量,影响了绒面的陷光效果,从而使电池片的转换效率降低。根据绒面数据,及时调整药液的补加量,控制反应速度,可以有效的延长药液的使用周期。
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:清洗单晶硅片表面,去除单晶硅片表面的损伤层和有机杂质;
S2:制绒液的配置:将制绒添加剂加到碱溶液中,混合均匀;
S3:将单晶硅片置入步骤S2制得的制绒液中进行制绒;
S4:清洗制绒后的单晶硅片,去除单晶硅片表面残留的有机物;
S5:对制绒后的单晶硅片进行酸洗,去除单晶硅片表面的金属杂质;
S6:慢提拉和烘干硅片,去除制绒清洗后硅片表面的水渍。
2.根据权利要求1所述的一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,步骤S1中清洗单晶硅片的清洗剂为0.66%KOH和3.84%的水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,步骤S2中所述的制绒添加剂的体积分数为0.4~0.6%,所述的碱溶液为体积分数为2%的氢氧化钾水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,步骤S3中的制绒温度为80~88℃,制绒时间为360~520s。
5.根据权利要求1所述的一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,在生产批次小于20批时,每批次的单晶硅片数量为400片,在每一批单晶硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml;在生产批次大于20批,小于40批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml;在生产批次大于40批,小于80批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml;在生产批次大于80批,小于140批时,在每一批硅片制绒结束后,热水补加8000~9000ml,KOH补加530~550ml,制绒添加剂补加100~120ml。
6.根据权利要求1所述的一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,步骤S4中清洗制绒后硅片的清洗剂为0.03%的HCl和20ppma的O3的水溶液。
7.根据权利要求1所述的一种快速、高效、精准的单晶PERC绒面制备方法,其特征在于,步骤S5中所述的酸洗单晶硅片的溶液为8.7%的HF和10%的HCl水溶液。
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