CN116741881A - 一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法 - Google Patents

一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，涉及涉及电池结构加工技术领域。所述TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法主要包括硅片去损伤层、硅片表面微刻蚀、硅片碱制绒、绒面酸洗腐蚀等步骤。本发明克服了现有技术的不足，在N型硅片上制备出微纳米界面的金字塔结构，有效的增加吸收光程，降低反射率提升电池效率，同时微纳米级的结构能更好的匹配正面银铝浆，改善接触电阻，成为推动topcon电池提升转化效率潜在动力，该工艺方法简单无金属污染，适宜规模性生产。

Description

一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法
技术领域
本发明涉及电池结构加工技术领域，具体涉及一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法。
背景技术
光伏，是光伏发电系统的简称，是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统。光伏发电系统的能量来源于取之不尽、用之不竭的太阳能，是一种清洁、安全和可再生的能源。
目前，在光伏太阳电池的制备生产工艺中，在硅片表面进行织构化，制备出更好的陷光结构，是降低硅片表面的反射率，提升光吸收的重要环节。目前制备表面织构化的方法主要为以下几种方案：机械刻槽法、激光刻蚀法、反应离子刻蚀法(RIE)、化学腐蚀法(即湿法腐蚀)等。其中，工业化程度最高的方法是用碱液化学腐蚀硅片，在硅片表面形成1-2um宽，1um高左右的金子塔微米结构，其反射率在11％左右。
但随着N型硅片时代的来临，topcon电池技术逐渐成为市场的主流，一种更好硅片的绒面结构，进一步降低正面的反射率，同时能更好的匹配正面银铝浆接触的绒面结构，成为推动topcon电池技术进一步发展的迫切需求。
目前通过制备微纳米的陷光结构是降低硅片表面反射率，改善掺杂区金属接触电阻的重要方法。例如：专利CN106206774A公开了，一种在硅片上制备均匀微纳复合绒面的方法，所述制绒包括：将硅片置于制绒液中，在预定温度浸泡预定时间，得到具有微纳复合绒面的硅片；所述制绒液由铜离子源、氢氟酸、氧化剂、表面活性剂和去离子水组成；从中可以发现该发明需要通过金属离子辅助刻蚀才能达到刻蚀效果，然而铜或银离子的引入，极大了增加工序制造和重金属清洗处理的成本，同时还带来重金属环境的潜在危害风险。
专利CN113937172A发明一种利用激光刻蚀与旋涂仪相配合在晶硅表面制备基于多次反射、吸收的高质量减反射复合绒面结构的方法，该方法用到激光辅助刻蚀方法，较难实现大规模生产，同时增加激光和旋涂设备增加工艺流程和成本。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，在N型硅片上制备出微纳米界面的金字塔结构，有效的增加吸收光程，降低反射率提升电池效率，且工序简单，适宜规模性生产。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将硅片放置于第一碱性溶液中进行各向异性腐蚀，进行去损伤层处理，且第一碱性溶液包括质量百分比浓度为1％-10％的NaOH或KOH、体积百分比1％～10％的异丙醇或乙醇、或阴离子型表面活性剂；
(2)将去完损伤层的硅片进行表面微刻蚀和清洗；
(3)将清洗后的硅片置于第二碱性溶液中进行反应，得到1-3um尺寸的正金子塔结构，且第二碱性溶液包括质量百分比浓度为0.5％-5％的NaOH或KOH、体积百分比1％～10％添加剂；
(4)将得到金子塔的绒面置于酸洗腐蚀液中，酸洗腐蚀液由氢氟酸、盐酸、氧化剂组成，对硅片进行清洗和定向塔体保护修饰，得到金字塔体定向保护修饰的微米级绒面；
(5)将金字塔体定向保护修饰的微米级绒面放置于第三碱性溶液中进行二次各项异性反应，使其在塔体定向保护的区域形成纳米结构，且第三碱性溶液包括质量百分比浓度为0.5％-5％的NaOH或KOH、体积百分比1％-10％辅助添加剂；
(6)将上述处理结束后的硅片置于氢氟酸和盐酸的溶液中清洗，随后水洗烘干，得到TOPCon电池微纳米绒面结构。
优选的，所述步骤(1)去损伤处理过程中碱性溶液的温度为50-85℃，各向异性蚀刻处理的时间为200-600s。
优选的，所述步骤(2)中表面微刻蚀的方式为将硅片置于含有氢氟酸和臭氧的槽子中进行处理，所述槽子中氢氟酸的质量百分比浓度为0.1％-2％，臭氧浓度为20-60ppm，且微刻蚀的时间为50-600s。
优选的，所述步骤(3)中添加剂为阴离子型表面活性剂。
优选的，所述步骤(3)中硅片置于第二碱性溶液中进行反应的时间为200-600s，温度为60-85℃。
优选的，所述步骤(4)中酸洗腐蚀液中氢氟酸的质量百分比为0.1％-2％、盐酸的质量百分比为0.1％-5％、氧化剂的体积百分比为1％-10％，且氧化剂为有机氧化剂和无机氧化剂一种或多种的结合。
优选的，所述步骤(4)中酸洗腐蚀液处理的时间为50-600s，温度为25-50℃。
优选的，所述步骤(5)中辅助添加剂为氨基酸类表面活性剂的一种或多种组合。
优选的，所述步骤(5)中第三碱性溶液处理的温度为60-85℃，时间为100-300s。
本发明提供一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，与现有技术相比优点在于：
(1)本发明通过创新的湿法碱化学腐蚀工艺，在N型硅片上制备出微纳米界面的金字塔结构，该微纳米结构，可以有效的增加吸收光程，降低反射率提升电池效率。其次，微纳米的界面结构，增加了绒面的比表面积，有效的降低了硼掺区金属的接触电阻，进一步提升了电池片效率。
(2)本发明获得的微纳米金子塔结构无需金属离子催化腐蚀，无需增加激光刻蚀等工序，具备现有产能的迅速升级和新产能的快速应用布局等优势。
附图说明：
图1为本发明TOPCon电池微纳米绒面结构制备流程图；
图2为本发明实施例3绒面的正面结构电镜图；
图3为本发明实施例3绒面的截面结构电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
TOPCon电池微纳米绒面结构的制备：
(1)配置质量百分比浓度为1％的NaOH，且体积百分比10％的异丙醇的溶液为第一碱性溶液，将硅片置于该第一碱性溶液中，在50℃温度下进行各向异性蚀刻处理600s；
(2)将去完损伤层的硅片置于含质量百分比浓度为2％的氢氟酸和浓度为20ppm的臭氧的槽中进行微刻蚀处理50s，再去离子水清洗；
(3)配置质量百分比浓度为5％的NaOH溶液，并添加体积百分比1％的十二烷基硫酸钠铵得到第二碱性溶液，将清洗后的硅片置于第二碱性溶液中在60℃的温度下进行反应600s，得到1-3um尺寸的正金子塔结构；
(4)配置酸洗腐蚀液，其中酸洗腐蚀液中氢氟酸的质量百分比为2％、盐酸的质量百分比为0.1％、过氧化环己酮的体积百分比为1％，将得到金子塔的绒面置于酸洗腐蚀液中，在50℃的温度下酸洗腐蚀液处理50s，得到金字塔体定向保护修饰的微米级绒面；
(5)配置第三碱性溶液，第三碱性溶液中NaOH的量百分比浓度为0.5％-5％，体积百分比1％-10％的十二烷基硫酸钠铵，将金字塔体定向保护修饰的微米级绒面放置于第三碱性溶液中，在60-85℃的温度下，进行二次各项异性反应100-300s，使其在塔体定向保护的区域形成纳米结构；
(6)将上述处理结束后的硅片置于氢氟酸和盐酸的溶液中清洗，随后水洗烘干，得到TOPCon电池微纳米绒面结构。
实施例2：
TOPCon电池微纳米绒面结构的制备：
(1)配置质量百分比浓度为10％的NaOH，且体积百分比1％的异丙醇的溶液为第一碱性溶液，将硅片置于该第一碱性溶液中，在85℃温度下进行各向异性蚀刻处理200s；
(2)将去完损伤层的硅片置于含质量百分比浓度为0.1％的氢氟酸和浓度为60ppm的臭氧的槽中进行微刻蚀处理600s，再去离子水清洗；
(3)配置质量百分比浓度为0.5％的NaOH溶液，并添加体积百分比10％的十二烷基硫酸钠铵得到第二碱性溶液，将清洗后的硅片置于第二碱性溶液中在85℃的温度下进行反应200s，得到1-3um尺寸的正金子塔结构；
(4)配置酸洗腐蚀液，其中酸洗腐蚀液中氢氟酸的质量百分比为0.1％、盐酸的质量百分比为5％、过氧化环己酮的体积百分比为10％，将得到金子塔的绒面置于酸洗腐蚀液中，在25℃的温度下酸洗腐蚀液处理600s，得到金字塔体定向保护修饰的微米级绒面；
(5)配置第三碱性溶液，第三碱性溶液中NaOH的量百分比浓度为0.5％，体积百分比10％的十二烷基硫酸钠铵，将金字塔体定向保护修饰的微米级绒面放置于第三碱性溶液中，在85℃的温度下，进行二次各项异性反应100s，使其在塔体定向保护的区域形成纳米结构；
(6)将上述处理结束后的硅片置于氢氟酸和盐酸的溶液中清洗，随后水洗烘干，得到TOPCon电池微纳米绒面结构。
实施例3：
TOPCon电池微纳米绒面结构的制备：
(1)配置质量百分比浓度为5％的NaOH，且体积百分比5％的异丙醇的溶液为第一碱性溶液，将硅片置于该第一碱性溶液中，在65℃温度下进行各向异性蚀刻处理400s；
(2)将去完损伤层的硅片置于含质量百分比浓度为1％的氢氟酸和浓度为40ppm的臭氧的槽中进行微刻蚀处理300s，再去离子水清洗；
(3)配置质量百分比浓度为3％的NaOH溶液，并添加体积百分比5.5％的十二烷基硫酸钠铵得到第二碱性溶液，将清洗后的硅片置于第二碱性溶液中在70℃的温度下进行反应400s，得到1-3um尺寸的正金子塔结构；
(4)配置酸洗腐蚀液，其中酸洗腐蚀液中氢氟酸的质量百分比为1％、盐酸的质量百分比为3％、过氧化环己酮的体积百分比为5％，将得到金子塔的绒面置于酸洗腐蚀液中，在35℃的温度下酸洗腐蚀液处理300s，得到金字塔体定向保护修饰的微米级绒面；
(5)配置第三碱性溶液，第三碱性溶液中NaOH的量百分比浓度为3％，体积百分比5％的十二烷基硫酸钠铵，将金字塔体定向保护修饰的微米级绒面放置于第三碱性溶液中，在70℃的温度下，进行二次各项异性反应200s，使其在塔体定向保护的区域形成纳米结构；
(6)将上述处理结束后的硅片置于氢氟酸和盐酸的溶液中清洗，随后水洗烘干，得到TOPCon电池微纳米绒面结构。
上述实施例3所制得的OPCon电池微纳米绒面结构具体如图2和图3所示，整体呈微纳米的界面结构，增加了绒面的比表面，其中微纳米的界面结构，增加了绒面的比表面积，能够降低硼掺区金属的接触电阻，从而达到提升电池片效率的目的，且整个纳米的金字塔界面结构有效的增加吸收光程，降低反射率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将硅片放置于第一碱性溶液中进行各向异性腐蚀，进行去损伤层处理，且第一碱性溶液包括质量百分比浓度为1％-10％的NaOH或KOH、体积百分比1％～10％的异丙醇或乙醇、或阴离子型表面活性剂；
(2)将去完损伤层的硅片进行表面微刻蚀和清洗；
(3)将清洗后的硅片置于第二碱性溶液中进行反应，得到1-3um尺寸的正金子塔结构，且第二碱性溶液包括质量百分比浓度为0.5％-5％的NaOH或KOH、体积百分比1％～10％添加剂；
(4)将得到金子塔的绒面置于酸洗腐蚀液中，酸洗腐蚀液由氢氟酸、盐酸、氧化剂组成，对硅片进行清洗和定向塔体保护修饰，得到金字塔体定向保护修饰的微米级绒面；
(5)将金字塔体定向保护修饰的微米级绒面放置于第三碱性溶液中进行二次各项异性反应，使其在塔体定向保护的区域形成纳米结构，且第三碱性溶液包括质量百分比浓度为0.5％-5％的NaOH或KOH、体积百分比1％-10％辅助添加剂；
(6)将上述处理结束后的硅片置于氢氟酸和盐酸的溶液中清洗，随后水洗烘干，得到TOPCon电池微纳米绒面结构。
2.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)去损伤处理过程中碱性溶液的温度为50-85℃，各向异性蚀刻处理的时间为200-600s。
3.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中表面微刻蚀的方式为将硅片置于含有氢氟酸和臭氧的槽子中进行处理，所述槽子中氢氟酸的质量百分比浓度为0.1％-2％，臭氧浓度为20-60ppm，且微刻蚀的时间为50-600s。
4.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中添加剂为阴离子型表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中硅片置于第二碱性溶液中进行反应的时间为200-600s，温度为60-85℃。
6.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中酸洗腐蚀液中氢氟酸的质量百分比为0.1％-2％、盐酸的质量百分比为0.1％-5％、氧化剂的体积百分比为1％-10％。
7.根据权利要求6所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为有机氧化剂和无机氧化剂一种或多种的结合。
8.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中酸洗腐蚀液处理的时间为50-600s，温度为25-50℃。
9.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中辅助添加剂为氨基酸类表面活性剂的一种或多种组合。
10.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池微纳米绒面结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中第三碱性溶液处理的温度为60-85℃，时间为100-300s。
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