CN114551644A - 一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升高效电池片转换效率的表面微米‑纳米复合结构的设计，涉及晶硅太阳能电池制造领域，包括如下步骤，步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水对硅片的表面进行第一次清洗去除表面药液残留；步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水对硅片进行第二次清洗去除表面药液残留。本发明通过图1所示，常规黑硅制绒与本专利制绒步骤的对比，本专利形成的绒面可在不减小光吸收率的基础上，降低硅片的比表面积以获得更高的光吸收率，同时减少载流子的表面复合，进一步提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池制造领域，具体为一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计。
背景技术
黑硅技术是目前多晶产品上使用的主流提效技术之一，表面反射率较普通产品低，光吸收率更高，产生的光生载流子更多，有利于电流密度的提高，通俗来讲，黑硅就是把硅片弄成黑色，硅片还是原来的硅片，可以大量减少反射，这种黑硅材料能够捕捉几乎全部日光，它就像一块吸收光的海绵，可见光和红外线都能吸收，这种材料能够提高光的使用效率，产生的电流是传统硅材料的几百倍，广泛用于光伏太阳能领域。
黑硅在生产时常用的湿法黑硅技术，首先将原硅片进行碱抛光处理，在获得的较为平整的表面上再进行银离子辅助制绒，获得具有纳米级“坑洞”的绒面，这样的“坑洞”通常需要200-300nm深，使得比表面积较大，增大了少数载流子的表面复合，不利于效率的进一步提高，在实际应用中就需要寻找一个光吸收率提高与表面复合增大的平衡点。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，以解决在获得较低的反射率的同时，使得硅片的比表面积较大，增大了少数载流子的表面复合，限制了效率进一步提升的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，包括如下步骤，
步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水对硅片的表面进行第一次清洗去除表面药液残留；
步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水对硅片进行第二次清洗去除表面药液残留；
步骤三，在硅片第二次清洗后先通过脱银混合溶液清洗去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水对硅片进行第三次清洗去除表面药液残留；
步骤四，在硅片第三次清洗后通过氢氟酸和硝酸混合制成的溶液对绒面进行修饰，之后再次使用去离子水对硅片进行第四次清洗去除表面药液残留；
步骤五，在硅片第四次清洗后对硅片酸洗中和碱残留，再通过去离子水对硅片进行第五次清洗以去除表面药液残留，之后对第五次清洗后的硅片进行烘干。
通过采用上述技术方案，本专利形成的绒面可在不减小光吸收率的基础上，降低硅片的比表面积以获得更高的光吸收率，同时减少载流子的表面复合，进一步提高效率。
进一步的，所述步骤二中金属离子混合溶液由氢氟酸、金属离子和双氧水混合制成，且所述金属离子为金离子、银离子、铂离子、钯离子、铜离子、镍离子和钴离子的任意两种或多种的组合。
通过采用上述技术方案，通过氢氟酸、双氧水和金属离子溶液混合辅助酸制绒在硅片的表面形成黑硅绒面，降低硅片的比表面积以获得更高的光吸收率，同时减少载流子的表面复合，进一步提高效率。
进一步的，所述步骤三中的脱银混合溶液为氨水和双氧水混合制成，且所述脱银混合溶液清洗硅片的时间为60s至180s。
通过采用上述技术方案，通过氨水和双氧水混合制成的脱银混合溶液将残留在黑硅表面的沉银清洗干净，以避免沉银增大黑硅表面的反射率影响黑硅的光吸收率。
进一步的，所述步骤二中金属离子混合溶液中氢氟酸的质量百分比浓度为5％～20％，且所述步骤二中金属离子混合溶液中双氧水的质量百分比浓度为20％～50％。
通过采用上述技术方案，通过氢氟酸、双氧水和金属离子溶液混合辅助酸制绒在硅片的表面形成黑硅绒面，降低硅片的比表面积以获得更高的光吸收率，同时减少载流子的表面复合，进一步提高效率。
进一步的，所述步骤三的脱银混合溶液中氨水的质量百分比为1％～10％，且所述步骤三的脱银混合溶液中双氧水的质量百分比浓度为1％～10％。
通过采用上述技术方案，由质量百分比为1％的氨水和质量百分比为1％的双氧水混合制成脱银混合溶液清洗60s去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水在室温为10℃对硅片进行清洗50s去除表面药液残留。
进一步的，所述步骤一至步骤五种去离子水清洗时间均为50s至200s，且所述步骤一至步骤五中去离子水的清洗温度均为10℃至35℃。
通过采用上述技术方案，方便将黑硅表面残留的各种化学药剂溶液清洗干净，保证黑硅的干净度，从而避免后续加工时黑硅受到化学药剂溶液的影响出现残次品或是废品。
进一步的，所述步骤五中采用盐酸对硅片进行酸洗，且所述步骤五种酸洗时间为60s至180s。
通过采用上述技术方案，通过盐酸对将硅片表面的碱性残留物中和，以避免后续需加工时黑硅受到碱性残留物的影响，从而避免碱性残留物造成黑硅在加工时变成废品现象的发生。
进一步的，所述步骤五中的烘干温度为50℃至80℃，且所述步骤五中的烘干时间为2m至10m。
通过采用上述技术方案，对黑硅表面进行脱水烘干处理，以避免后续需加工时黑硅表面的水渍影响加工，从而避免水渍造成黑硅在加工时变成废品现象的发生。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
1、本发明通过图1所示，常规黑硅制绒与本专利制绒步骤的对比，本专利中将常规黑硅工艺步骤中的第一步碱抛光取消，用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，随后采用银离子辅助制绒，在微米级绒面基础上制备出纳米级坑洞绒面，此纳米级坑洞尺寸相比常规黑硅制绒的尺寸要小，再如图2所示，常规黑硅纳米结构绒面与本专利中的微米-纳米复合结构绒面对比，复合结构绒面在相当的反射率条件下具有更低的比表面积，本专利形成的绒面可在不减小光吸收率的基础上，降低硅片的比表面积以获得更高的光吸收率，同时减少载流子的表面复合，进一步提高效率。
附图说明
图1为本发明的黑硅制绒流程图；
图2为本发明的微米-纳米复合结构图。
具体实施方式
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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例一：包括如下步骤，
步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水在室温为10℃的环境下对硅片的表面进行清洗50s去除表面药液残留；
步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于由质量百分比浓度为5％的氢氟酸、由金离子、银离子、铂离子、钯离子、铜离子、镍离子和钴离子的任意两种或多种组合的金属离子和质量百分比浓度为20％的双氧水混合制成的金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水在室温为10℃的环境下对硅片进行清洗50s去除表面药液残留；
步骤三，在硅片第二次清洗后先通过由质量百分比为1％的氨水和质量百分比为1％的双氧水混合制成脱银混合溶液清洗60s去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水在室温为10℃对硅片进行清洗50s去除表面药液残留；
步骤四，在硅片第三次清洗后通过氢氟酸和硝酸混合制成的溶液对绒面进行修饰，之后再次使用去离子水在室温为10℃对硅片进行清洗50s去除表面药液残留；
步骤五，在硅片第四次清洗后通过盐酸对硅片酸洗60s中和碱残留，再通过去离子水在室温为10℃对硅片进行清洗50s去除表面药液残留，之后对第五次清洗后的硅片置于50℃进行烘干2m。
实施例二：包括如下步骤，
步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水在室温为18℃的环境下对硅片的表面进行清洗100s去除表面药液残留；
步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于由质量百分比浓度为10％的氢氟酸、由金离子、银离子、铂离子、钯离子、铜离子、镍离子和钴离子的任意两种或多种组合的金属离子和质量百分比浓度为30％的双氧水混合制成的金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水在室温为18℃的环境下对硅片进行清洗100s去除表面药液残留；
步骤三，在硅片第二次清洗后先通过由质量百分比为4％的氨水和质量百分比为4％的双氧水混合制成脱银混合溶液清洗100s去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水在室温为18℃对硅片进行清洗100s去除表面药液残留；
步骤四，在硅片第三次清洗后通过氢氟酸和硝酸混合制成的溶液对绒面进行修饰，之后再次使用去离子水在室温为18℃对硅片进行清洗100s去除表面药液残留；
步骤五，在硅片第四次清洗后通过盐酸对硅片酸洗110s中和碱残留，再通过去离子水在室温为18℃对硅片进行清洗100s去除表面药液残留，之后对第五次清洗后的硅片置于60℃进行烘干4m。
实施例三：包括如下步骤，
步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水在室温为26℃的环境下对硅片的表面进行清洗150s去除表面药液残留；
步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于由质量百分比浓度为15％的氢氟酸、由金离子、银离子、铂离子、钯离子、铜离子、镍离子和钴离子的任意两种或多种组合的金属离子和质量百分比浓度为40％的双氧水混合制成的金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水在室温为26℃的环境下对硅片进行清洗150s去除表面药液残留；
步骤三，在硅片第二次清洗后先通过由质量百分比为7％的氨水和质量百分比为7％的双氧水混合制成脱银混合溶液清洗140s去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水在室温为26℃对硅片进行清洗150s去除表面药液残留；
步骤四，在硅片第三次清洗后通过氢氟酸和硝酸混合制成的溶液对绒面进行修饰，之后再次使用去离子水在室温为26℃对硅片进行清洗150s去除表面药液残留；
步骤五，在硅片第四次清洗后通过盐酸对硅片酸洗140s中和碱残留，再通过去离子水在室温为26℃对硅片进行清洗150s去除表面药液残留，之后对第五次清洗后的硅片置于70℃进行烘干7m。
实施例四：包括如下步骤，
步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水在室温为35℃的环境下对硅片的表面进行清洗200s去除表面药液残留；
步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于由质量百分比浓度为20％的氢氟酸、由金离子、银离子、铂离子、钯离子、铜离子、镍离子和钴离子的任意两种或多种组合的金属离子和质量百分比浓度为50％的双氧水混合制成的金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水在室温为35℃的环境下对硅片进行清洗200s去除表面药液残留；
步骤三，在硅片第二次清洗后先通过由质量百分比为10％的氨水和质量百分比为10％的双氧水混合制成脱银混合溶液清洗180s去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水在室温为35℃对硅片进行清洗200s去除表面药液残留；
步骤四，在硅片第三次清洗后通过氢氟酸和硝酸混合制成的溶液对绒面进行修饰，之后再次使用去离子水在室温为35℃对硅片进行清洗200s去除表面药液残留；
步骤五，在硅片第四次清洗后通过盐酸对硅片酸洗60s中和碱残留，再通过去离子水在室温为35℃对硅片进行清洗200s去除表面药液残留，之后对第五次清洗后的硅片置于80℃进行烘干10m。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一，利用酸制绒在硅片表面进行第一次制绒，形成微米级大尺寸浅坑绒面，之后利用去离子水对硅片的表面进行第一次清洗去除表面药液残留；
步骤二，将第一次清洗后的硅片单面或是整体置于金属离子混合溶液中使硅片的表面形成黑硅绒面，之后再次使用去离子水对硅片进行第二次清洗去除表面药液残留；
步骤三，在硅片第二次清洗后先通过脱银混合溶液清洗去除硅片表面的银，之后再次使用去离子水对硅片进行第三次清洗去除表面药液残留；
步骤四，在硅片第三次清洗后通过氢氟酸和硝酸混合制成的溶液对绒面进行修饰，之后再次使用去离子水对硅片进行第四次清洗去除表面药液残留；
步骤五，在硅片第四次清洗后对硅片酸洗中和碱残留，再通过去离子水对硅片进行第五次清洗以去除表面药液残留，之后对第五次清洗后的硅片进行烘干。
2.根据权利要求1所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤二中金属离子混合溶液由氢氟酸、金属离子和双氧水混合制成，且所述金属离子为金离子、银离子、铂离子、钯离子、铜离子、镍离子和钴离子的任意两种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤三中的脱银混合溶液为氨水和双氧水混合制成，且所述脱银混合溶液清洗硅片的时间为60s至180s。
4.根据权利要求2所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤二中金属离子混合溶液中氢氟酸的质量百分比浓度为5％～20％，且所述步骤二中金属离子混合溶液中双氧水的质量百分比浓度为20％～50％。
5.根据权利要求3所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤三的脱银混合溶液中氨水的质量百分比为1％～10％，且所述步骤三的脱银混合溶液中双氧水的质量百分比浓度为1％～10％。
6.根据权利要求1所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤一至步骤五种去离子水清洗时间均为50s至200s，且所述步骤一至步骤五中去离子水的清洗温度均为10℃至35℃。
7.根据权利要求1所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤五中采用盐酸对硅片进行酸洗，且所述步骤五种酸洗时间为60s至180s。
8.根据权利要求6所述的一种提升高效电池片转换效率的表面微米-纳米复合结构的设计，其特征在于：所述步骤五中的烘干温度为50℃至80℃，且所述步骤五中的烘干时间为2m至10m。
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