CN114695591B - 一种硅片、硅片绒面结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅片、硅片绒面结构及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理，烘干后得到第一硅片；(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，烘干后得到第二硅片；(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，烘干后完成硅片绒面结构的制备。本发明利用丝网印刷在电极设置区域设置纳米金属颗粒，然后通过酸蚀处理得到纳米级孔洞绒面，便于在电极设置区域实现高浓度掺杂并在非电极设置区域实现低浓度掺杂；而且，通过使丝网印刷所用网版与设置电极栅线所用网版相同，使电极与高浓度掺杂区域准确对应，保证了电池的填充因子。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及一种硅片的处理方法，尤其涉及一种硅片、硅片绒面结构及其制备方法。
背景技术
太阳能以其清洁环保、取之不竭在全球范围内受到追捧，被认为是21世纪最重要的新能源之首。在太阳能光伏领域，晶体硅太阳能电池的转换效率较高，原材料来源简单，当前仍是太阳能电池行业的主力。
传统的硅太阳能电池中，扩散的浓度需要适应印刷电极的要求，通常要求扩散由较高的掺杂浓度，在较高的掺杂浓度下，硅片表面载流子复合率较高，会减小短路电流密度，从而使效率下降。
从电池开路电压和短路电流角度考虑，则需要进行低浓度掺杂；而从填充因子及电极与电池片接触角度考虑，应当进行高浓度掺杂，SE工艺能够很好地解决两者之间的矛盾：即在电极接触区域采用高浓度掺杂，在光吸收区域采用低浓度掺杂。
在光吸收区域采用低浓度掺杂，可以在高载流子产生率的区域获得高的收集率，提高电池的短路电流。在电极接触区域，即电极栅线设置区域进行高浓度掺杂，在设置电极时容易形成欧姆接触，从而降低太阳能电池的串联电阻，提高电池的填充因子，还能够防止电极金属的扩散，减少了金属在禁带中引入杂质能级的几率。
同样的，光电转换效率是决定太阳能电池优劣的最主要参数之一，减少电池受光面上电池表面减反射成的制备是太阳能电池制作工程中的主要环节。在电池表面形成绒面结构，可以增加硅片表面的比表面积，使入射的太阳光可以在硅片表面进行多次反射，从而降低了太阳光在硅片表面的反射，有效增强了太阳光的利用率。将绒面结构与SE工艺进行结合，能够有效提高太阳能电池的性能。
CN 103337560A公开了一种用于太阳能电池的三维硅纳米结构的制备方法，包括以下步骤：将硅片清洗后，首先利用碱溶液对单晶硅表面各向异性腐蚀的特性，在硅片表面形成类似于“金字塔”的绒面结构；然后利用金属离子辅助化学刻蚀方法，在“金字塔”的绒面结构上进一步刻蚀硅纳米线，从而形成一种新型硅纳米线-金字塔的三维硅纳米结构。该制备方法通过各向异性腐蚀为硅片提供了更大的比表面积，增强了硅片表面对太阳光的陷光作用。
CN 102306681A公开了一种准单晶硅片的制绒方法，包括先对以(100)晶粒为主的准单晶硅片采用碱制绒工序，再采用酸制绒工序。碱制绒在原先的(100) 晶粒上形成较好的金字塔绒面，但非(100)晶粒则为抛光面，两者之间绒面外观差异较大；再采用酸制绒工艺来平衡该外观差异，对(100)晶粒上形成的金字塔进行少量的腐蚀，整体仍然保持碱制绒工艺的高光纤利用率、低反射率的特性，使硅片外观一致性好。该工艺无法实现分区的高浓度掺杂与低浓度掺杂。
CN 103924305A公开了一种准单晶硅片绒面的制备方法，包括先对硅片进行酸制绒，再依次进行第一次各向异性碱制绒与第二次各向异性碱制绒。其中酸制绒在单晶区域形成细小均匀的“金字塔”绒面结构，绒面深度适中；酸制绒、第一次各向异性碱制绒与第二次各向异性碱制绒相配合，有效减少了晶界间的台阶高度，使硅片外观无色差且颜色均一。但该工艺同样无法实现分区的高浓度掺杂与低浓度掺杂。
而且，在高浓度掺杂区域设置电极时，需要确保电极与掺杂区域的精准对位，否则会出现电极与高浓度掺杂区域对位不准，填充因子偏低的缺陷；而且，随着丝网印刷的进行，丝网印刷的图形网版也会发生形变，造成无法避免的对位不准缺陷。
因此，需要提供一种全新的硅片绒面制备方法，使电极与高浓度掺杂区域对位准确；还能够利用绒面结构的差异实现高浓度掺杂与低浓度掺杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅片、硅片绒面结构及其制备方法，所述制备方法能够在电极设置区域形成纳米级孔洞绒面，配合非电极设置区域的金字塔形绒面，便于在电极设置区域实现高浓度掺杂并在非电极设置区域实现低浓度掺杂；而且，通过使丝网印刷所用网版与设置电极栅线所用网版相同，使电极与高浓度掺杂区域准确对应，保证了电池的填充因子。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理，水洗烘干后得到第一硅片；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，烘干后得到第二硅片；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，水洗烘干后完成硅片绒面结构的制备。
本发明所述各向异性碱制绒处理能够在硅片表面形成微米级金字塔形绒面；然后通过酸蚀处理，在电极设置区域形成纳米级孔洞绒面，从而有效增加了电极设置区域的表面积，便于在非电极设置区域形成轻掺杂区，同时在电极设置区域形成重掺杂区。
而且，步骤(2)所述丝网印刷所用网版与后续印刷正面电极所用网版相同，克服了网版形变造成填充因子较低的缺陷，有利于印刷对位，使重掺杂区与电极栅线对位更加准确。
优选地，步骤(1)所述各向异性碱制绒处理的温度为60-85℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述各向异性碱制绒处理的时间为200-600s，例如可以是200s、250s、300s、350s、400s、450s、500s、550s或600s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以质量百分数计，步骤(1)所述碱液包括：1-10％的碱性盐，1-10％的有机溶剂，1-10％的四甲基氢氧化铵以及1-10％的硅酸盐，余量为水。
步骤(1)所述碱液中碱性盐的质量浓度为1-10％，例如可以是1％、2％、 3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(1)所述碱液中有机溶剂的质量浓度为1-10％，例如可以是1％、2％、 3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(1)所述碱液中四甲基氢氧化铵的质量浓度为1-10％，例如可以是1％、 2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(1)所述碱液中硅酸盐的质量浓度为1-10％，例如可以是1％、2％、 3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述碱性盐包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。
优选地，所述有机溶剂包括无水乙醇和/或异丙醇。
优选地，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。
优选地，步骤(2)所述纳米金属颗粒浆料由水溶性纳米金属颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成。
优选地，所述水溶性纳米金属颗粒、有机粘结剂与溶剂的质量比为 (50-90):(1-5):(10-30)；例如可以是50:5:30、60:4:25、70:3:20、80:2:15或90:1:10，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述水溶性纳米金属颗粒包括水溶性纳米金颗粒、水溶性纳米银颗粒或水溶性纳米铜颗粒中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括水溶性纳米金颗粒与水溶性纳米银颗粒的组合，水溶性纳米银颗粒与水溶性纳米铜颗粒的组合，水溶性纳米金颗粒与水溶性纳米铜颗粒的组合，或水溶性纳米金颗粒、水溶性纳米银颗粒以及水溶性纳米铜颗粒的组合。
优选地，所述水溶性纳米金属颗粒的平均粒径为1-50nm，例如可以是1nm、 10nm、20nm、30nm、40nm或50nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
而且，本发明所述水溶性纳米金属颗粒的最小粒径不低于1nm，最大粒径不高于50nm。
优选地，所述有机粘结剂包括树脂粘结剂。
本发明所述有机粘结剂包括本领域常规的树脂粘结剂，不同树脂粘结剂的选择对最终所得电池绒面结构的性能产生影响。示例性的，所述树脂粘结剂包括乙基纤维素粘合剂、聚乙烯醇缩醛粘合剂或聚苯乙烯衍生物粘合剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述溶剂包括丁基溶酐乙酸脂和/或二乙二醇丁醚醋酸酯。
优选地，步骤(2)所述烘干的温度为50-200℃，例如可以是50℃、60℃、 70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、 180℃、190℃或200℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)烘干后得到的浆料层厚度为20-100nm，例如可以是20nm、 30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸。
优选地，所述混合酸中氢氟酸的质量浓度为5-20wt％，例如可以是5wt％、 8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％或20wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述混合酸中氧化性酸的质量浓度为1-10wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述氧化性酸包括硝酸、双氧水或臭氧水中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述氧化性酸中臭氧水的浓度为10-30ppm，例如可以是10ppm、 15ppm、20ppm、25ppm或30ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述酸蚀处理的温度为20-40℃，例如可以是20℃、25℃、 30℃、35℃或40℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述酸蚀处理的时间为50-200s，例如可以是50s、60s、 70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s 或200s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述酸洗处理所用洗涤酸液包括硝酸和/或臭氧水。
优选地，所述洗涤酸液中硝酸的质量浓度为20-50wt％，例如可以是20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述洗涤酸液中臭氧水的浓度为10-30ppm，例如可以是10ppm、 15ppm、20ppm、25ppm或30ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述臭氧水的浓度为O3的质量浓度，例如，所述洗涤酸液中臭氧水的浓度为10-30ppm是指：当洗涤酸液包括臭氧水中时，洗涤酸液中O3的质量浓度为10-30ppm。
优选地，步骤(3)所述酸洗处理的温度为20-40℃，例如可以是20℃、25℃、30℃、35℃或40℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述酸洗处理的时间为100-300s，例如可以是100s、120s、 150s、180s、200s、210s、240s、250s、270s、280s或300s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述制备方法包括如下步骤：
(1)60-85℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理 200-600s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：1-10％的碱性盐，1-10％的有机溶剂，1-10％的四甲基氢氧化铵，1-10％的硅酸盐，余量为水；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，50-200℃的条件下烘干，得到具有20-100nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为(50-90):(1-5):(10-30)的水溶性纳米金属颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述水溶性纳米金属颗粒的平均粒径为1-50nm；所述溶剂包括丁基溶酐乙酸脂和/或二乙二醇丁醚醋酸酯；所述有机粘结剂为树脂粘结剂；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，水洗烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为20-40℃，时间为50-200s；所述酸洗处理的温度为20-40℃，时间为100-300s。
第二方面，本发明提供了一种由第一方面所述制备方法得到的硅片绒面结构。
第三方面，本发明提供了一种包括如第二方面所述的硅片绒面结构的硅片。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述各向异性碱制绒处理能够在硅片表面形成微米级金字塔形绒面；然后通过酸蚀处理，在电极设置区域形成纳米级孔洞绒面，从而有效增加了电极设置区域的表面积，在扩散工序即可实现在非电极设置区域形成轻掺杂区，同时在电极设置区域形成重掺杂区，无需额外的激光掺杂步骤；
(2)本发明所述丝网印刷所用网版与后续印刷正面电极所用网版相同，克服了网版形变造成填充因子较低的缺陷，有利于印刷对位，使重掺杂区与电极栅线对位更加准确。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
为了便于对方案进行说明，本发明具体实施方式所用硅片为157×157的P 型单晶电池硅片。
实施例1
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)70℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理400s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：5％的碱性盐，5％的有机溶剂，5％的四甲基氢氧化铵，5％的硅酸盐，余量为水；所述碱性盐为氢氧化钾，所述有机溶剂为异丙醇，所述硅酸盐为硅酸钠；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，120℃的条件下烘干，得到具有50nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为70:3:20的水溶性纳米金颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述有机粘结剂为树脂粘结剂，所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯；所述水溶性纳米金颗粒的平均粒径为50nm；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为30℃，时间为120s；所述酸洗处理的温度为30℃，时间为120s；
步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸，混合酸中氢氟酸的质量浓度为12wt％，混合酸中氧化性酸的质量浓度为5wt％，氧化性酸为硝酸；所述酸洗处理所用洗涤酸液为质量浓度为35wt％的硝酸。
实施例2
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)60℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理500s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：3％的碱性盐，3％的有机溶剂，8％的四甲基氢氧化铵，8％的硅酸盐，余量为水；所述碱性盐为氢氧化钠，所述有机溶剂为无水乙醇，所述硅酸盐为硅酸钾；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，80℃的条件下烘干，得到具有40nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为80:2:15的水溶性纳米银颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述有机粘结剂为树脂粘结剂，所述溶剂为丁基溶酐乙酸脂；所述水溶性纳米银颗粒的平均粒径为30nm；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为25℃，时间为160s；所述酸洗处理的温度为25℃，时间为160s；
步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸，混合酸中氢氟酸的质量浓度为8wt％，混合酸中氧化性酸的质量浓度为8wt％，氧化性酸为H2O2；所述酸洗处理所用洗涤酸液为质量浓度为30wt％的硝酸。
实施例3
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)80℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理300s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：8％的碱性盐，8％的有机溶剂，3％的四甲基氢氧化铵，3％的硅酸盐，余量为水；所述碱性盐为氢氧化钾，所述有机溶剂为无水乙醇，所述硅酸盐为硅酸钠；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，160℃的条件下烘干，得到具有80nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为60:4:25的水溶性纳米铜颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述有机粘结剂为树脂粘结剂，所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯；所述水溶性纳米铜颗粒的平均粒径为20nm；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为35℃，时间为80s；所述酸洗处理的温度为35℃，时间为80s；
步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸，混合酸中氢氟酸的质量浓度为16wt％，混合酸中氧化性酸的质量浓度为3wt％，氧化性酸为硝酸；所述酸洗处理所用洗涤酸液为质量浓度为40wt％的硝酸。
实施例4
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)60℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理600s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：1％的碱性盐，10％的有机溶剂，10％的四甲基氢氧化铵，1％的硅酸盐，余量为水；所述碱性盐为氢氧化钾，所述有机溶剂为无水乙醇，所述硅酸盐为硅酸钠；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，50℃的条件下烘干，得到具有20nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为50:1:30的水溶性纳米金颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述有机粘结剂为树脂粘结剂，所述溶剂为丁基溶酐乙酸脂；所述水溶性纳米金颗粒的平均粒径为40nm；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为20℃，时间为200s；所述酸洗处理的温度为20℃，时间为200s；
步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸，混合酸中氢氟酸的质量浓度为5wt％，混合酸中氧化性酸的质量浓度为1wt％，氧化性酸为硝酸；所述酸洗处理所用洗涤酸液包括硝酸与臭氧水，硝酸的质量浓度为 50wt％，臭氧的质量浓度为10ppm。
实施例5
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)85℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理200s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：10％的碱性盐，1％的有机溶剂，1％的四甲基氢氧化铵，10％的硅酸盐，余量为水；所述碱性盐为氢氧化钠，所述有机溶剂为异丙醇，所述硅酸盐为硅酸钠；
(2)在步骤(1)所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，200℃的条件下烘干，得到具有100nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为90:5:10的水溶性纳米金颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述有机粘结剂为树脂粘结剂，所述溶剂为丁基溶酐乙酸脂；所述水溶性纳米金颗粒的平均粒径为10nm；
(3)对步骤(2)所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为40℃，时间为50s；所述酸洗处理的温度为40℃，时间为50s；
步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸，混合酸中氢氟酸的质量浓度为20wt％，混合酸中氧化性酸的质量浓度为10wt％，氧化性酸为硝酸；所述酸洗处理所用洗涤酸液包括硝酸与臭氧水，硝酸的质量浓度为 20wt％，臭氧的质量浓度为30ppm。
实施例6
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，除步骤(2)所述烘干的温度为40℃外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，除步骤(2)所述烘干的温度为220℃外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，除步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为质量浓度为17wt％的氢氟酸外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，除步骤(3)所述酸蚀处理所用酸液为质量浓度为17wt％的硝酸外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种硅片绒面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
70℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理400s，烘干后完成硅片绒面结构的制备；以质量百分数计，所述碱液包括：5％的碱性盐，5％的有机溶剂，5％的四甲基氢氧化铵，5％的硅酸盐，余量为水；所述碱性盐为氢氧化钾，所述有机溶剂为异丙醇，所述硅酸盐为硅酸钠。
对实施例1-9以及对比例1制备得到的表面具有绒面结构的硅片的平均反射率以及平均转换效率进行测试；所述平均反射率使用Ideaoptics公司的 R9000-2DMA进行测试，所述平均转化效率使用Halm测试机进行测试。所得结果如表1所示。
表1
| 平均反射率(％) | 平均转换效率(％) | |
| 实施例1 | 11.09 | 22.78 |
| 实施例2 | 11.28 | 22.76 |
| 实施例3 | 11.16 | 22.79 |
| 实施例4 | 11.02 | 22.78 |
| 实施例5 | 11.18 | 22.76 |
| 实施例6 | 11.32 | 22.52 |
| 实施例7 | 11.46 | 22.66 |
| 实施例8 | 11.70 | 22.62 |
| 实施例9 | 11.74 | 22.64 |
| 对比例1 | 11.82 | 22.60 |
由表1可知，本发明实施例1-5提供的硅片绒面结构的平均反射率不超过11.28％，且平均转换效率不低于22.75％。
实施例6中，步骤(2)所述烘干的温度为40℃，低于实施例1中的120℃，从而造成有机溶剂残留，影响最终所得硅片绒面结构的平均反射率与平均转换效率，使平均反射率由11.09％升高至11.32％，平均转换效率由22.78％降低至 22.52％。
实施例7中，步骤(2)所述烘干的温度为220℃，高于实施例1中的120℃，浆料层中的物料颗粒不均匀，使所得硅片绒面结构的平均反射率由11.09％升高至11.46％，平均转换效率由22.78％降低至22.66％。
实施例8中，酸蚀处理所用酸液中仅包含氢氟酸，而酸蚀过程为氧化还原反应，仅包含氢氟酸的酸液无法形成二氧化硅，因此无法进行氢氟酸对二氧化硅的腐蚀。因此，无法形成有效的绒面结构，所得材料的平均反射率由11.09％升高至11.70％，平均转换效率由22.78％降低至22.62％。
实施例9中，酸蚀处理所用酸液中仅包含硝酸，硝酸将硅酸蚀为二氧化硅后，由于没有氢氟酸的存在，无法形成有效的绒面结构，所得材料的平均反射率由11.09％升高至11.74％，平均转换效率由22.78％降低至22.64％。
对比例1中仅对硅片进行各向异性碱制绒处理，因此所得材料的平均反射率由11.09％升高至11.82％，平均转换效率由22.78％降低至22.60％。
综上所述，本发明所述各向异性碱制绒处理能够在硅片表面形成微米级金字塔形绒面；然后通过酸蚀处理，在电极设置区域形成纳米级孔洞绒面，从而有效增加了电极设置区域的表面积，在扩散工序即可实现在非电极设置区域形成轻掺杂区，同时在电极设置区域形成重掺杂区，无需额外的激光掺杂步骤；本发明所述丝网印刷所用网版与后续印刷正面电极所用网版相同，克服了网版形变造成填充因子较低的缺陷，有利于印刷对位，使重掺杂区与电极栅线对位更加准确。
综上所述，本发明所述各向异性碱制绒处理能够在硅片表面形成微米级金字塔形绒面；然后通过酸蚀处理，在电极设置区域形成纳米级孔洞绒面，从而有效增加了电极设置区域的表面积，在扩散工序即可实现在非电极设置区域形成轻掺杂区，同时在电极设置区域形成重掺杂区，无需额外的激光掺杂步骤；本发明所述丝网印刷所用网版与后续印刷正面电极所用网版相同，克服了网版形变造成填充因子较低的缺陷，有利于印刷对位，使重掺杂区与电极栅线对位更加准确。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (29)
1.一种硅片绒面结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理，水洗烘干后得到第一硅片；
（2）在步骤（1）所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，烘干后得到第二硅片；
（3）对步骤（2）所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，水洗烘干后完成硅片绒面结构的制备；
步骤（3）所述酸蚀处理所用酸液为氢氟酸与氧化性酸的混合酸；
所述制备方法制得的硅片绒面结构为：在非电极设置区域为微米级金字塔形绒面，在电极设置区域为纳米级孔洞绒面。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述各向异性碱制绒处理的温度为60-85℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述各向异性碱制绒处理的时间为200-600s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分数计，步骤（1）所述碱液包括：
碱性盐1-10%
有机溶剂1-10%
四甲基氢氧化铵1-10%
硅酸盐1-10%
余量为水。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碱性盐包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括无水乙醇和/或异丙醇。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述纳米金属颗粒浆料由水溶性纳米金属颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性纳米金属颗粒、有机粘结剂与溶剂的质量比为(50-90):(1-5):(10-30)。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性纳米金属颗粒包括水溶性纳米金颗粒、水溶性纳米银颗粒或水溶性纳米铜颗粒中的任意一种或至少两种的组合。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性纳米金属颗粒的平均粒径为1-50nm。
12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂包括树脂粘结剂。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括丁基溶酐乙酸脂和/或二乙二醇丁醚醋酸酯。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述烘干的温度为50-200℃。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）烘干后得到的浆料层厚度为20-100nm。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合酸中氢氟酸的质量浓度为5-20wt%。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合酸中氧化性酸的质量浓度为1-10wt%。
18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化性酸包括硝酸、双氧水或臭氧水中的任意一种或至少两种的组合。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述氧化性酸中臭氧水的浓度为10-30ppm。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述酸蚀处理的温度为20-40℃。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述酸蚀处理的时间为50-200s。
22.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述酸洗处理所用洗涤酸液包括硝酸和/或臭氧水。
23.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤酸液中硝酸的质量浓度为20-50wt%。
24.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤酸液中臭氧水的浓度为10-30ppm。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述酸洗处理的温度为20-40℃。
26.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述酸洗处理的时间为100-300s。
27.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）60-85℃的条件下使用碱液中对硅片进行各向异性碱制绒处理200-600s，烘干后得到第一硅片；以质量百分数计，所述碱液包括：1-10%的碱性盐，1-10%的有机溶剂，1-10%的四甲基氢氧化铵，1-10%的硅酸盐，余量为水；
（2）在步骤（1）所得第一硅片的电极设置区域丝网印刷纳米金属颗粒浆料，50-200℃的条件下烘干，得到具有20-100nm浆料层厚度的第二硅片；所述纳米金属颗粒浆料由质量比为(50-90):(1-5):(10-30)的水溶性纳米金属颗粒、有机粘结剂以及溶剂组成；所述水溶性纳米金属颗粒的平均粒径为1-50nm；所述溶剂包括丁基溶酐乙酸脂和/或二乙二醇丁醚醋酸酯；所述有机粘结剂为树脂粘结剂；
（3）对步骤（2）所得第二硅片依次进行酸蚀处理与酸洗处理，水洗烘干后完成硅片绒面结构的制备；所述酸蚀处理的温度为20-40℃，时间为50-200s；所述酸洗处理的温度为20-40℃，时间为100-300s。
28.一种由权利要求1-27任一项所述制备方法得到的硅片绒面结构。
29.一种包括如权利要求28所述的硅片绒面结构的硅片。
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2020
- 2020-12-25 CN CN202011567032.1A patent/CN114695591B/zh active Active
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