CN115910772A - 硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法及太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法及太阳能电池，属于太阳能电池技术领域，包括：硼扩散后的硅片刻蚀时，使热风从硅片的正上方垂直吹向硅片的正面，加热硅片，扫除溅射到硅片正面的刻蚀液，去除硅片背面和侧面的硼硅玻璃。本发明热风直接吹到硅片的正面，在硅片的背面和侧面形成了快速的化学反应过程，进而提升刻蚀速度，提升了硅片背面和侧面硼硅玻璃的去除速度，提升了太阳能电池的生产效率，降低了氢氟酸刻蚀液的消耗，降低了资源消费，降低了企业的生产成本；同时能够扫除溅射到硅片正面的刻蚀液，避免硅片正面被腐蚀和刻蚀，在去除背面和侧面硼硅玻璃的同时，对硅片正面起到保护的作用。

Description

硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法及太阳能电池

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法及太阳能电池。

背景技术

N型单晶硅太阳能电池因电池转化效率高，发电量稳定等优势，已经逐渐成为当前光伏行业的主流产品。N型太阳能电池的制备过程大致包括：制绒-硼扩散-刻蚀-LPCVD/PVD-ALD-PECVD-印刷烧结等工艺。，其中的硼扩散是制备PN结的关键步骤，受当前工艺的限制，硼扩散会在硅片的正表面和背表面及侧面形成一层硼硅玻璃，我们只需要保留正面的PN结即可，需要对背面和侧部的硼硅玻璃进行去除，第三道工序刻蚀的主要目的是去除硼硅玻璃。

一般采用槽式刻蚀生产线去除硅片背面和侧部的硼硅玻璃，现有槽式刻蚀去硼硅玻璃的工艺步骤如下：硅片装载→水膜保护(水膜喷淋槽)→HF刻蚀(若干个刻蚀槽)→水洗→烘干。其中：

(1)硅片装载，将硼扩散后硅片通过自动化卸载装置，依次摆放到链式刻蚀机的工作通道。

(2)水膜保护，是通过上部喷淋管在硅片正面喷淋一层水膜，以阻挡氢氟酸溅射腐蚀正面，是对正面PN结的一道保护层。

刻蚀所用到的主要化学试剂为氢氟酸，其采用的工艺原理如下：

SiO₂+4HF＝SiF₄+H₂O

然而，此刻蚀方式存在如下几个问题：

第一，硼在二氧化硅中的固溶度大于硅，因此在高温制备PN结的过程中，二氧化硅具有吸硼效应，使得其内存在大量的硼杂质，硼杂质以替位的方式与氧形成共价键，会加强二氧化硅的结构强度，使得氢氟酸与其反应的速度下降。

第二，氢氟酸本身的沸点比较低，仅为19.51℃，化学反应过程需要在常温下进行，如果通过加热氢氟酸去提升反应温度，那么氢氟酸会大量挥发，造成反应浓度下降和氢氟酸的浪费。

由于HF溶液与硼硅玻璃反应速率较慢，所以为了提高生产效率，通常使用浓度较高的HF溶液进行反应，化学品消耗高。然而，即使使用HF原液(49％浓度)仍不能满足产能需求，成为产能瓶颈。

基于现有链式刻蚀设备，一些设备厂家推出带加热功能的槽体，即给HF槽加热，通过加热药液，来提高反应速率，然而HF沸点只有19.51℃，加热极易造成药液挥发，同样造成耗量增加。

基于上述两点，对硼硅玻璃的刻蚀工序已经成为整个N型太阳能电池制备的瓶颈工序，制约着产能的发挥。

发明内容

本发明实施例提供一种硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法及太阳能电池，旨在解决提高氢氟酸浓度和加热氢氟酸都存在资源浪费的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，包括：

硼扩散后的硅片刻蚀时，使热风从硅片的正上方垂直吹向硅片的正面，加热硅片，扫除溅射到硅片正面的刻蚀液，去除硅片背面和侧面的硼硅玻璃。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述热风的温度小于等于200℃。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述热风的压力为2-20个大气压。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，沿硅片刻蚀工序上方通长设置一热风管，在所述热风管上对应传输线上的每个硅片均设有送风口。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述热风的送风口至所述硅片正面的距离大于10mm。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述送风口处设有多孔隔板，以使热风均匀的吹向下方的硅片。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述热风管的内径为50-200mm。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，硅片刻蚀之前，在硅片的下方对硅片进行预热。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，硅片的预热温度为50-200℃。

本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，与现有技术相比，有益效果在于：(1)刻蚀过程中，热风直接吹到硅片的正面，直接加热硅片，直接提升硅片的温度，受热后的硅片的背面和侧面与氢氟酸接触，在硅片的背面和侧面形成了快速的化学反应过程，进而提升刻蚀速度，提升了硅片背面和侧面硼硅玻璃的去除速度，提升了太阳能电池的生产效率。

(2)热风直接吹向硅片，直接加热硅片，而不是直接加热氢氟酸刻蚀液，也无需提升氢氟酸刻蚀液的浓度，即可提升刻蚀的速度，大大降低了氢氟酸刻蚀液的消耗，降低了资源消费，降低了企业的生产成本。

(3)热风直接吹向硅片，能够扫除溅射到硅片正面的刻蚀液，避免硅片正面被腐蚀和刻蚀，在去除背面和侧面硼硅玻璃的同时，对硅片正面起到保护的作用。

第二方面，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，基于所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法制备。

本发明提供的太阳能电池，采用了直接向硼扩散的硅片吹热风的方式，能够很好的保护硅片正面免受腐蚀，提升了太阳能电池的质量。

附图说明

图1为本发明实施例采用的热风装置的结构示意图；

图2为本发明实施例采用的热风装置及预热装置的结构示意图；

附图标记说明：

1、滚轮；2、热风管；3、喷淋管；4、喷淋头；5、硅片；6、加热槽；7、加热丝；8、上料槽；9、刻蚀槽；10、水膜；11、水管；12、喷水嘴；13、水膜喷淋槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法进行说明。所述硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，包括：硼扩散后的硅片刻蚀时，使热风从硅片的正上方垂直吹向硅片的正面，加热硅片，扫除溅射到硅片正面的刻蚀液，去除硅片背面和侧面的硼硅玻璃。

本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，与现有技术相比，有益效果在于：(1)刻蚀过程中，热风直接吹到硅片的正面，直接加热硅片，直接提升硅片的温度，受热后的硅片的背面和侧面与氢氟酸接触，在硅片的背面和侧面形成了快速的化学反应过程，进而提升刻蚀速度，提升了硅片背面和侧面硼硅玻璃的去除速度，提升了太阳能电池的生产效率。

(2)热风直接吹向硅片，直接加热硅片，而不是直接加热氢氟酸刻蚀液，也无需提升氢氟酸刻蚀液的浓度，即可提升刻蚀的速度，大大降低了氢氟酸刻蚀液的消耗，降低了资源消费，降低了企业的生产成本。

(3)热风直接吹向硅片，能够扫除溅射到硅片正面的刻蚀液，避免硅片正面被腐蚀和刻蚀，在去除背面和侧面硼硅玻璃的同时，对硅片正面起到保护的作用。

本实施例提供的热风，采用了如下的热风装置：

热风装置包括热风喷淋单元，热风喷淋单元包括热风管2及多个与热风管2并联连通的喷淋头4，其中，热风管2设置于水膜喷淋槽13和刻蚀槽9的上方，且长度方向与水膜喷淋槽13和刻蚀槽9的长度方向一致，喷淋头4一一对应于水膜喷淋槽和各刻蚀槽的上方。

热风装置基于链式设备，链式设备包括上料槽8、水膜喷淋槽13、刻蚀槽9、水洗槽和烘干槽，电池片经过水膜喷淋槽，水膜喷淋槽13通过喷水嘴12向电池片喷水，并在电池片上形成水膜10保护，再经加热都那样预热，预热后的电池片继续进入刻蚀槽、水洗槽和烘干槽，完成整个工序操作。水膜喷淋槽可根据情况选用，喷水嘴12上连接水管11。

还需要解释的是，当链式设备上方采用热风喷淋单元时，热风喷淋单元代替现有设备的水膜喷淋，并可以保留水膜喷淋需要的水膜喷淋槽13(此时水膜喷淋槽为空槽)，同时，热风管可以延伸至水膜喷淋槽上，这样的改动可减少改动的工作量，保持链式设备之前的基本样貌，减少对原有设备的改动；当在链式设备上增设加热单元时，加热槽设置在水膜喷淋槽和刻蚀槽之间，水膜喷淋后对电池片进行加热。

链式设备采用滚轮1传送硅片，硅片经不同功能的槽体，实现最终的目的。

可选地，参阅图1所示，热风喷淋单元包括多个并联于热风管2的喷淋管3，喷淋头4设置在喷淋管3的下端。其中，喷淋头4下表面的喷淋面的形状与下方的硅片形状一致。例如，长方形的硅片对应上面的喷淋头4的下表面(或横断面)形状也为长方形；当硅片为圆形时，则喷淋头4的下表面形状也为圆形。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，热风的温度小于等于200℃。例如热风温度为20℃、50℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃、190℃等。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，热风的压力为2-20个大气压。例如压力为3个大气压、4个大气压、5个大气压、8个大气压、10个大气压、15个大气压等。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，沿硅片刻蚀工序上方通长设置一热风管，在所述热风管上对应传输线上的每个硅片均设有送风口。其中，上述热风装置的喷淋头也即送风口。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，所述热风的送风口至所述硅片正面的距离大于10mm。当喷淋头4至硅片的距离短时，送风的压力小些；当喷淋头4至硅片的距离长时，送风的压力大些，根据喷淋头4至硅片的距离长短，调整送风的压力，保持对硅片的风压恒定，避免吹至硅片上的风压过大或过小对硅片造成损坏的问题。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，送风口处设有多孔隔板，以使热风均匀的吹向下方的硅片。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，所述热风管的内径为50-200mm。例如热风管的内径为80mm、100妈妈、150mm等。

下面一并对热风装置中，热风喷淋单元的各技术特征进行详细的解释如下：

(1)热风喷淋单元的热风送风系统：该系统的目的是可以产生热风，并通过产生压力差的设备，将热风送入热风管2，其设备包括但不限于如下可能的方案：

方案一，利用加热电阻丝与空气换热的方式，产生热风。

方案二，利用换能器、换热器等方式与空气换热，产生热风。

方案三，利用兰克-赫尔胥效应的涡流管产生热风。

方案四，其他物理、化学过程的产生热风装置。

方案五，利用压差原理输送气体的设备，如气泵等设备。

(2)热风管2：热风管2为具有一定直径和长度的管状。

①其材质可用采用金属、PVC等制成。

②其材质应具备耐受50-200摄氏度左右的高温，耐受3-20个大气压，耐受酸雾腐蚀等属性。

③热风管2的直径根据设备安装空间可适当选择50-200mm左右。

④热风管2长度根据链式设备的总长度或氢氟酸刻蚀的槽的长度进行选择。

(3)喷淋管3：具有一定直径和长度的管状结构，上端与热风管2相连。

①其材质可用采用金属、PVC等制成。

②其材质应具备耐受50-200摄氏度左右的高温，耐受3-20个大气压，耐受酸雾腐蚀等属性。

③喷淋管3的直径根据热风管2的直径进行选择，与热风管2等径或略小于热风管2。

④其长度根据热风管2距离硅片的高度进行选择，保证喷淋头4在硅片的上方。

(4)喷淋头4：为正方形的管状结构，其上端与喷淋管3相连。

①其材质可用采用金属、PVC等制成。

②其材质应具备耐受50-200摄氏度左右的高温，耐受3-20个大气压，耐受酸雾腐蚀等属性。

③喷淋头4的喷淋面的长宽与其与下方所使用的硅片边长等长，即开口面积与硅片面积等大。

④其喷淋面的中垂线与硅片对中设置，其与喷淋管3连接后，其下端应距离硅片有10mm以上的安全距离。

⑤喷淋头4内部填塞一个具有毛细多孔隔板，其目的是将送来的不均匀的风穿过毛细多孔隔板后，能够均匀的吹拂在硅片正表面上。

⑥该毛细多孔隔板的材质应具备耐受50-200摄氏度左右的高温，耐受3-20个大气压，耐受酸雾腐蚀等属性。

(5)热风喷淋单元参数配置

①送风的压力、送风的温度应根据热风管2直径、喷淋高度等参数进行匹配设置。

②热风管2直径越大，送风需要的压力越高。例如热风管2的直径在100mm左右时，所需的送风压力约4-5个大气压。

③喷淋高度越高，送风需要的压力和送风需要的温度越高。例如喷淋高度在50mm左右时，送风温度120℃下，其硅片表面的温度可以达到100℃左右。

作为热风装置的一种可选地的实施方式，设置一个可移动的喷淋管3及一个与喷淋管3连接的喷淋头4，喷淋管3通过滑轨滑动连接于热风管2的下方，并可通过软管与热风管2连通，喷淋管3的移动速度与传送带传输硅片的速度保持一致，即喷淋的热风始终正对硅片正表面，直至刻蚀结束。其中设置的闭合的环形滑轨(为椭圆形滑轨)，喷淋管3可沿环形滑轨返回到初始的位置，在从右至左返回时不喷淋，以节约热风。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，硅片刻蚀之前，在硅片的下方对硅片进行预热。

本实施例采用了如下的装置进行预热，预热装置包括加热单元，加热单元设置于所述水膜喷淋槽13和刻蚀槽9之间，且位于传输的硅片的下方。参阅图2，加热单元包括加热槽6及设置于加热槽6内的加热丝7。

其中，加热槽6的外形与上方的硅片外形一致，且至少包覆一块硅片5。具体是，加热槽6在长度方向可以覆盖多个硅片5，也即同时对传送带传送至其上方的多个硅片进行同时加热。

加热槽6主要采用电热丝加热的方式对硅片进行烘烤，预热硅片；加热丝7可采用间断式的脉冲加热模式。预热后的硅片继续进入刻蚀槽、水洗槽和烘干槽，完成整个工序操作。

本实施例中，可以单独的使用热风喷淋单元(如图1所示)，还可以在硅片上设置热风喷淋单元，硅片下方设置加热单元，两个单元结合使用(如图2所示)。

作为本发明提供的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法的一种实施方式，硅片的预热温度为50-200℃。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，基于所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法制备。

本发明提供的太阳能电池，采用了直接向硼扩散的硅片吹热风的方式，能够很好的保护硅片正面免受腐蚀，提升了太阳能电池的质量。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，包括：

硼扩散后的硅片(5)刻蚀时，使热风从硅片(5)的正上方垂直吹向硅片(5)的正面，加热硅片(5)，并扫除溅射到硅片(5)正面的刻蚀液，同时去除硅片(5)背面和侧面的硼硅玻璃。

2.如权利要求1所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，所述热风的温度小于等于200℃。

3.如权利要求1所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，所述热风的压力为2-20个大气压。

4.如权利要求1所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，沿硅片(5)刻蚀工序上方通长设置一热风管(2)，在所述热风管(2)上对应传输线上的每个硅片(5)均设有送风口。

5.如权利要求4所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，所述热风的送风口至所述硅片(5)正面的距离大于10mm。

6.如权利要求4所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，所述送风口处设有多孔隔板，以使热风均匀的吹向下方的硅片(5)。

7.如权利要求4所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，所述热风管(2)的内径为50-200mm。

8.如权利要求1所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，硅片(5)刻蚀之前，在硅片(5)的下方对硅片(5)进行预热。

9.如权利要求8所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法，其特征在于，硅片(5)的预热温度为50-200℃。

10.一种太阳能电池，其特征在于，基于如权利要求1-9任一项所述的硅片背面及侧面硼硅玻璃的去除方法制备。

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