CN116445086A - 一种抛光添加剂、抛光液、抛光方法和电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抛光添加剂、抛光液、抛光方法和电池的制备方法，属于光伏领域。抛光添加剂包括按照质量百分比计的下述组分：0.2％‑5％的氧化剂，0.02％‑1％的成膜保护剂，0.1％‑2％的螯合剂，0.1％‑2％的助洗剂和余量的水。该抛光添加剂可以被用于与碱液混合制作用于制作SE‑PERC太阳能电池的抛光液，并且因此简化制作流程、降低制作成本。
Description
技术领域
本申请涉及光伏领域，具体而言，涉及一种抛光添加剂、抛光液、抛光方法和电池的制备方法。
背景技术
钝化发射极及背表面太阳能电池(Passivated Emitter and Rear Cell，简称PERC)，具有超高的性价比并因此而快速增长为目前光伏市场的主流高效晶硅电池。
PERC需要对电池背面进行抛光处理以获得良好的钝化效果以及增加太阳光长波段的二次反射。目前主流的基于选择性发射极(Selective Emitter，简称SE)技术和PERC的SE-PERC的制作工艺流程包括依次进行的下述操作：
制绒→扩散→激光SE→前氧化→单面去磷硅玻璃(Phosphosilicate Glass，简称PSG)→碱抛→后氧化→镀膜→背面激光开槽→丝网印刷→烧结测试。
然而，上述工艺存在工序复杂和制作成本高的问题。
发明内容
本申请提供了一种抛光添加剂、抛光液、抛光方法和电池的制备方法。其中的抛光添加剂可以对氧化硅起到保护作用，因此，基于其所制作的抛光液被用于制作电池进行碱抛操作时，可以减少氧化硅的腐蚀。
本申请是这样实现的：
在第一方面，本申请的示例提供了一种抛光添加剂。
该抛光添加剂包括按照质量百分比计的下述组分：
0.2％-5％的氧化剂，0.02％-1％的成膜保护剂，0.1％-2％的螯合剂，0.1％-2％的助洗剂和余量的水。
根据本申请的一些示例，抛光添加剂包括如下的一项或多项限定：
第一限定，氧化剂包括过硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钾中的任意一种或多种；
第二限定，成膜保护剂包括甘油和/或聚甘油；
第三限定，螯合剂包括柠檬酸钠；
第四限定，助洗剂包括氨基磺酸。
在第二方面，本申请的示例提供了一种抛光添加剂。
该抛光添加剂由以下质量分数比组分组成：0.5％-3％的过硫酸钠或过硫酸铵，0.05％-0.5％的甘油，0.5％-1％的柠檬酸钠，0.5％-1％的氨基磺酸和余量的去离子水。
在第三方面，本申请的示例提供了一种抛光液，其包括碱液和上述的抛光添加剂。
根据本申请的一些示例，碱液包括氢氧化钠或氢氧化钾溶液；或者，碱液包括浓度为1wt％至7wt％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
根据本申请的一些示例，抛光添加剂与碱液的体积百分比为0.5:100至2:100。
根据本申请的一些示例，抛光液的使用温度为60℃至75℃。
在第四方面，本申请的示例提供了一种用于对太阳能电池制备工艺中的晶体硅的表面进行抛光的抛光方法。该抛光方法包括：将具有表面氧化硅晶体硅在温度为60℃至75℃的上述的抛光液中浸泡120秒至240秒。
在第五方面，本申请的示例提供了一种电池的制备方法，其中的电池为SE-PERC太阳能电池，并且该制备方法包括将晶体硅依次进行下述操作：制绒、扩散、激光SE、单面去磷硅玻璃、碱抛、后氧化、镀膜、背面激光开槽、丝网印刷和烧结，其中，碱抛操作所使用的抛光液是前述的抛光液。
根据本申请的一些示例，制备方法还包括在烧结之后进行的测试。
在第六方面，本申请的示例提供了一种甘油或聚甘油被用于制作抛光液的用途，抛光液被用于碱抛操作，并且碱抛操作是在太阳能电池的制作工艺中被实施；在碱抛操作中，甘油或聚甘油以选择性地吸附于氧化硅的表面的方式成膜，从而对氧化硅形成保护。
在第七方面，本申请的示例提供了一种抛光液，其包括碱液和成膜保护剂，其中的成膜保护剂包括甘油或聚甘油。
在以上实现过程中，本申请实施例提供的抛光添加剂中具有成膜保护剂能够选择性地吸附到氧化硅的表面并形成致密的保护膜，从而可以阻止其他试剂对氧化硅的侵蚀/腐蚀伤害，从而不需要进行额外的保护操作。由于不需要额外的保护操作，因此，在制作太阳能电池时使用上述抛光添加剂有利于简化工艺和降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例1中制得的硅片表面抛光面的SEM图；
图2为本申请实施例1中制得的硅片正面SE区域的SEM图；
图3为本申请实施例2中制得的硅片表面抛光面的SEM图；
图4为本申请实施例2中制得的硅片正面SE区域的SEM图；
图5为本申请实施例3中制得的硅片表面抛光面的SEM图；
图6为本申请实施例3中制得的硅片正面SE区域的SEM图；
图7为本申请对比例1中制得的硅片表面抛光面的SEM图；
图8为本申请对比例1中制得的硅片正面SE区域的SEM图；
图9为本申请对比例2中制得的硅片表面抛光面的SEM图；
图10为本申请对比例2中制得的硅片正面SE区域的SEM图。
具体实施方式
如前文所述，SE-PERC的制作工艺流程为制绒→扩散→激光SE→前氧化→单面去磷硅玻璃→碱抛→后氧化→镀膜→背面激光开槽→丝网印刷→烧结测试。
上述工艺步骤复杂，导致实施难度大和成本高。经过研究，发明人发现上述工艺存在改进空间。具体而言，发明人确信通过对上述工艺过程中的试剂的改进，可以实现对工艺的简化，并且由此还可以达到降低成本的效果。
在示例中，发明人对上述工艺中的碱抛步骤进行了深入的研究，出人意料地发现，通过对碱抛过程中的碱抛液的改进，可以将上述工艺流程中的“前氧化”操作去除，还不会不利地影响所制备的电池的性能，甚至一些示例中还可以使电池表现出更好的性能。
发明人的前述改进基于这样的一些认识，上述工艺中，碱抛过程中所使用的碱对氧化硅的腐蚀速率慢，但是对硅的腐蚀速率快。那么，在单面去PSG后，正面因为氧化硅的保护而不会受碱液腐蚀，但是背面在经过去除氧化层后所裸露出来的硅会被碱液腐蚀而抛光。
此外，由于叠加了SE操作，激光SE之后的区域中的氧化层保护较弱，容易被碱液腐蚀，导致电池失效。因此，上述工艺中增加了前氧化工艺，以便加强SE区域的氧化硅的保护。换言之，就本申请发明人所致，目前而言，前氧化成为了SE-PERC电池的关键工艺步骤。
简言之，在现有技术中，PERC正面的SE操作会导致SE区域容易被碱液腐蚀，从而导致该区域的p-n结被破坏。因此，为了与SE工艺兼容，需要额外增加前氧化工艺加强SE区域的保护，从而增加了制备工序以及制备成本。
综上所述，现有的SE-PERC电池的制作工艺中，由于在碱抛过程中所使用的碱抛液的特性而不得不引入前氧化工艺。因此，在认识到上述事实之后，发明人通过对碱抛过程中所使用的碱抛液的改良提出了一种新的抛光液。该抛光液既可以满足抛光的需要，也能够避免SE区域的氧化硅的腐蚀，从而可以不需要引入前氧化操作而完成碱抛操作。
因此，在本申请的示例中提出了一种抛光添加剂、抛光液、抛光方法和电池的制备方法。
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
目前，在太阳能电池的制作工艺中普遍使用的碱抛液例如是氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。而本申请发明人对其进行了改进，通过提出的抛光添加剂，从而获得一种改进配方的抛光液。
通过使用该抛光添加剂，使抛光液中具有能够对氧化硅进行保护的化学物质。示例中该化学物质是一种能够通过选择性地吸附氧化硅，从而在氧化硅的表面形成保护膜的成分。示例性地，该化学试剂例如是甘油(即丙三醇)或聚甘油。由于在抛光剂中使用了上述化学物质，其吸附在氧化硅的表面形成致密的保护膜，从而阻挡了碱抛液的腐蚀，因此，即使在无前氧化工艺的情况下，SE区域也能够得到有效的保护。
因此，在研究中，发明人发现了甘油或聚甘油通过对氧化硅选择性吸附成膜而作为氧化硅的保护剂，从而被用于制作太阳能电池的碱抛操作中所使用的抛光液的用途。
并且，由上述分析可知，通过上述方案，由于不需要前氧化操作的介入，从而使整个工艺过程实现了简化。并且，相比于前氧化操作所引入的成本，使用抛光添加剂更经济—降低了制作成本。并且，由于前氧化操作耗时相对较长，而通过使用抛光添加剂可以使制作周期缩短，从而有助于提高产能。
示例中，用作为碱抛操作中的使用的碱抛液的抛光添加剂包括按照质量百分比计的下述组分：0.2％-5％的氧化剂，0.02％-1％的成膜保护剂，0.1-2％的螯合剂，0.1-2％的助洗剂和余量的水(可以是各种适当纯度的水，例如是去离子水)。成膜保护剂即前述的能够对氧化硅进行下选择性吸附从而在氧化硅的表面形成致密的保护膜的化学物质/成分。
其中，氧化剂的含量例如可以是0.5wt％，1.1wt％，1.3wt％，1.8wt％，2.4wt％，2.8wt％，3.6wt％或4.7w％。其中，成膜保护剂的含量例如可以是0.03wt％，0.05wt％，0.08wt％，0.1wt％，0.3wt％，0.4wt％，0.6wt％或0.8wt％。其中的螯合剂的含量例如可以是0.2wt％，0.3wt％，0.6wt％，1.3wt％，1.4wt％，1.6wt％，1.7wt％或1.9wt％。其中的助洗剂的含量例如可以是0.3wt％，0.4wt％，0.8wt％，1.2wt％，1.5wt％，1.6wt％，1.8wt％或1.9wt％。
上述示例的抛光添加剂中，不仅仅使用了可以成膜保护剂，还特别地添加了氧化剂、螯合剂和助洗剂。
其中，氧化剂可以对难以被清除的杂质或污染物进行氧化，从而脱离并进入到溶液体系中并因此便于被去除。同时，螯合剂能有效的螯合金属离子，减少硅片金属杂质污染，提高电池的少数载流子寿命。助洗剂对硅片有清洁作用，能有效去除表面的脏污，由于其润湿能力强，对去除的杂质形成包覆，避免杂质对硅片表面形成二次污染。
通过试验表明，该抛光添加剂能对电池正面的p-n结形成有效的保护—例如，氧化层比较薄的SE区域也能够在碱抛光过程中保持不被破坏。
上述的抛光添加剂中，氧化剂包括但不限于过硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钾中的任意一种或多种。例如，两种组分—过硫酸钠和过硫酸铵—的混合物；或者三种组分—过硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钾—的混合物。其中的成膜保护剂包括甘油(丙三醇)和聚甘油中的任意一种或两种的组合。螯合剂包括柠檬酸钠，助洗剂包括氨基磺酸。
因此，作为一种可替代的抛光添加剂，该抛光添加剂由以下质量分数比组分组成：0.5％-3％的过硫酸钠或过硫酸铵，0.05％-0.5％的甘油，0.5％-1％的柠檬酸钠，0.5％-1％的氨基磺酸和余量的去离子水。
基于上述方案，示例中还提出了一种包括碱液和成膜保护剂的抛光液，其中的成膜保护剂包括甘油或聚甘油。
进一步地，还可以在抛光液中引入其他辅助性示例，例如前述的螯合剂、助洗剂和氧化剂中的一种或多种。因此，部分示例中的抛光液包括碱液和前述的抛光添加剂。其中的碱液例如是强碱溶液。例如碱液是氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
从浓度上而言，氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液的浓度例如是为1wt％至7wt％。相应地，抛光添加剂与碱液的体积百分比为0.5:100至2:100。
在上述抛光液基础上对其进行碱抛验证使用，结果表面该抛光液的在60℃至75℃(包括但不限于61℃，62℃，64℃，68℃，70℃或72℃)使用将会是有益的。
基于该抛光液可以实现如下的一种抛光方法，其被用于对太阳能电池制备工艺中的晶体硅的表面进行抛光。抛光方法包括：将具有表面氧化硅的晶体硅在温度为60℃至75℃抛光液中浸泡120秒至240秒。其中在浸泡的过程中可以结合使用搅拌等操作。
或者，基于该抛光液还可以实施一种SE-PERC电池的制备。其中的SE-PERC是指基于选择性发射极的钝化发射极及背表面的太阳能电池。并且，该制备方法包括将晶体硅依次进行下述操作：
制绒、扩散、激光SE、单面去磷硅玻璃、碱抛、后氧化、镀膜、背面激光开槽和丝网印刷，其中，碱抛操作所使用前述的抛光液。进一步地，为了确保电池性能或者确认其是否合格，在丝网印刷之后还可以进行烧结测试。
至此，发明人对本申请方案进行了充分的公开说明。
单面抛光是目前主流SE-PERC电池中一个关键的工艺流程，对电池效率有0.2％的绝对值提升。采用本申请的晶硅抛光添加剂，在抛光步骤直接添加到碱抛光工艺槽中，无需前氧化工艺，即可实现对电池正面SE区域的保护。据此易知本申请示例的方案针对SE-PERC电池的碱抛环节，在无需前氧化工艺的情况下，实现了对SE区域的p-n结的有效的保护，并且还简化了工艺流程，降低成本以及提升产能。另一方面，由于抛光添加剂具有优异的清洁效果，可降低硅片表面的杂质污染，进而对电池效率有一定程度的提升。
以下结合实施例对本申请作进一步的详细描述。
实施例1
1.配置晶硅抛光添加剂。
按质量百分比计，将0.5％的过硫酸钠，0.05％的甘油，0.5％的柠檬酸钠，0.5％的氨基磺酸加入到98.45％的去离子水中，混合均匀配成抛光添加剂。
2.配置质量百分比为5％的氢氧化钠碱溶液。
3.取步骤1配置的晶硅抛光添加剂以体积比0.5％加入到步骤2的碱溶液中，得到碱抛光液并将碱抛光液升温到72℃。
4.将依次经过制绒，扩散，激光SE以及单面去PSG的硅片(无前氧化工艺)浸入到步骤3制得的抛光液中，反应240s。
本实施例制得的硅片表面抛光面的扫描电镜图(SEM图)如图1所示。本实施例制得的硅片正面SE区域的扫描电镜图(SEM图)如图2所示。
实施例2
1.配置晶硅抛光添加剂。
按质量百分比计，将3％的过硫酸钠，0.5％的甘油，1％的柠檬酸钠，1％的氨基磺酸加入到94.5％的去离子水中，混合均匀配成添加剂。
2.配置质量百分比为5％的氢氧化钠碱溶液。
3.取步骤1配置的晶硅抛光添加剂以体积比0.5％加入到步骤2的碱溶液中，得到碱抛光液并将碱抛光液升温到68℃。
4.将依次经过制绒，扩散，激光SE以及单面去PSG的硅片(无前氧化工艺)浸入到步骤3制得的抛光液中，反应200s。
本实施例制得的硅片表面抛光面的扫描电镜图(SEM图)如图3所示。本实施例制得的硅片正面SE区域的扫描电镜图(SEM图)如图4所示。
实施例3
1.配置晶硅抛光添加剂。
按质量百分比计，将2％的过硫酸铵，0.2％的甘油，0.8％的柠檬酸钠，0.8％的氨基磺酸加入到96.2％的去离子水中，混合均匀配成添加剂。
2.配置质量百分比为4.5％的氢氧化钠碱溶液。
3.取步骤1配置的晶硅抛光添加剂以体积比0.5％加入到步骤2的碱溶液中，得到碱抛光液并将碱抛光液升温到68℃。
4.将依次经过制绒，扩散，激光SE以及单面去PSG的硅片(无前氧化工艺)浸入到步骤3制得的抛光液中，反应220s。
本实施例制得的硅片表面抛光面的扫描电镜图(SEM图)如图5所示。本实施例制得的硅片正面SE区域的扫描电镜图(SEM图)如图6所示。
对比例1
1.配置质量百分比为5％的氢氧化钠碱溶液，并升温到68℃。
2.将依次经过制绒，扩散，激光SE，前去氧以及单面去PSG的硅片浸入到步骤1制得的抛光液中，反应220s。
本对比例制得的硅片表面抛光面的扫描电镜图(SEM图)如图7所示。本实施例制得的硅片正面SE区域的扫描电镜图(SEM图)如图8所示。
对比例2
1.配置质量百分比为5％的氢氧化钠碱溶液，并升温到68℃。
2.将依次经过制绒，扩散，激光SE以及(无前氧化工艺)单面去PSG的硅片浸入到步骤1制得的抛光液中，反应220s。
上述实施例和对比例中的制绒，扩散，激光SE和单面去PSG操作相同且采用本领域中的既有工艺，在此不予赘述。
本对比例制得的硅片表面抛光面的扫描电镜图(SEM图)如图9所示。本实施例制得的硅片正面SE区域的扫描电镜图(SEM图)如图10所示。
在上述附图中，图1，图3，图5，图7，图9展示的是抛光面的抛光效果，结构尺寸较正面SE区域的大。此外，图1，图3，图5的抛光效果，即抛光面的平整度，均匀性较对比例图7和图9更优；图2，图4，图6，图8，图10展示的是正面SE区域，通过对比体现了正面SE的保护效果。根据图2，图4，图6，图8和图10的对比可知，对比例2图10中的SE区域的金字塔的顶部被腐蚀，因而无法形成有效的保护。
试验例1
性能测试
将实施例1-3和对比例1-2中的经过碱抛的硅片依次进行后氧化，镀膜，背面激光开槽，丝网印刷，烧结制备成SE-PERC太阳能电池并进行对比测试太阳能电池性能，具体结果参见表1。
表1太阳能电池性能
| Uoc(V) | Jsc(mA/cm2) | FF(％) | Eff(％) | |
| 实施例1 | 0.6882 | 40.89 | 81.81 | 23.022 |
| 实施例2 | 0.6891 | 40.92 | 81.68 | 23.032 |
| 实施例3 | 0.6895 | 40.95 | 81.72 | 23.074 |
| 对比例1 | 0.6885 | 40.90 | 81.73 | 23.015 |
| 对比例2 | 0.6831 | 40.87 | 81.50 | 22.753 |
根据上述表1采用本申请的晶硅抛光添加剂及抛光方法所获得的PERC电池效率较常规工艺(对比例1)制备的电池的效率高，并且也明显优于无前氧化的对比例2工艺制备的电池的效率。
结合附图可知，采用本申请的添加剂在无前氧化工艺的情况下，碱抛后硅片的SE区域仍然得到了有效地保护。此外，采用本申请的添加剂所获得的抛光效果，即抛光面的平整度，均匀性较对比例优。
对比例2采用常规工艺，在无前氧化工艺的情况下，碱抛后SE区域被严重腐蚀，导致该区域的p-n结被破坏，因此，对比例2的电池效率远低于其他实施例。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抛光添加剂，其特征在于，所述抛光添加剂包括按照质量百分比计的下述组分：0.2％-5％的氧化剂，0.02％-1％的成膜保护剂，0.1％-2％的螯合剂，0.1％-2％的助洗剂和余量的水。
2.根据权利要求1所述的抛光添加剂，其特征在于，所述抛光添加剂包括如下的一项或多项限定：
第一限定，所述氧化剂包括过硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钾中的任意一种或多种；
第二限定，所述成膜保护剂包括甘油和/或聚甘油；
第三限定，所述螯合剂包括柠檬酸钠；
第四限定，所述助洗剂包括氨基磺酸。
3.一种抛光添加剂，其特征在于，所述抛光添加剂由以下质量分数比组分组成：0.5％-3％的过硫酸钠或过硫酸铵，0.05％-0.5％的甘油，0.5％-1％的柠檬酸钠，0.5％-1％的氨基磺酸和余量的去离子水。
4.一种抛光液，其特征在于，包括碱液和成膜保护剂，所述成膜保护剂包括甘油或聚甘油。
5.一种抛光液，其特征在于，包括碱液和根据权利要求1至3中任意一项所述的抛光添加剂。
6.根据权利要求5所述的抛光液，其特征在于，所述碱液包括氢氧化钠或氢氧化钾溶液；或者，所述碱液包括浓度为1wt％至7wt％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；
可选地，所述抛光添加剂与所述碱液的体积百分比为0.5:100至2:100。
7.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于，所述抛光液的使用温度为60℃至75℃。
8.一种甘油或聚甘油被用于制作抛光液的用途，其特征在于，所述抛光液被用于碱抛操作，并且所述碱抛操作是在太阳能电池的制作工艺中被实施；在所述碱抛操作中，所述甘油或聚甘油以选择性地吸附于氧化硅的表面的方式成膜，从而对所述氧化硅形成保护。
9.一种抛光方法，用于对太阳能电池制备工艺中的晶体硅的表面进行抛光，其特征在于，所述抛光方法包括：将具有表面氧化硅的晶体硅在温度为60℃至75℃的根据权利要求5至7中任意一项所述的抛光液中浸泡120秒至240秒。
10.一种电池的制备方法，所述电池为SE-PERC太阳能电池，其特征在于，所述制备方法包括将晶体硅依次进行下述操作：
制绒、扩散、激光SE、单面去磷硅玻璃、碱抛、后氧化、镀膜、背面激光开槽、丝网印刷和烧结，其中，所述碱抛操作所使用的抛光液是根据权利要求5至7中任意一项所述的抛光液；
可选地，所述制备方法还包括在所述烧结之后进行的测试。
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