CN116779723A - 一种硅片表面修饰结构及其修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型的硅片表面修饰结构及其修饰方法。本发明方法通过对制绒后形成的绒面金字塔结构进行削顶处理，在不同腐蚀条件下形成金字台或倒金字塔结构，在正面降低反射率，在背面增加光在硅片中的光程，提升光的吸收，同时改善接触电阻。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体为一种硅片表面的修饰结构及其修饰方法。
背景技术
在晶体硅太阳能电池制备工艺中，硅表面的形貌对电池的性能起至关重要的作用：其一，表面形貌影响太阳光的吸收，反射率越低，吸收越多，电池的电流越高；其二，表面形貌影响表面钝化，通常抛光的表面钝化好，绒面钝化差，钝化越好，电池的电压越高；其三，表面形貌影响电极的接触电阻，接触越好，电池的填充因子越高。目前晶硅电池大规模产业化生产中，例如PERC电池和TOPCon电池，电池正面采用金字塔绒面，背面采用抛光平面，表面结构比较单一，无法兼顾多种特性使电池性能达到最优。在现有的方案中，电池正面采用碱+添加剂，各向异性腐蚀形成金字塔绒面。电池背面采用碱+添加剂各向同性腐蚀，形成抛光平面。通过现有技术方案制备的光伏电池，正面金字塔绒面反射率10~12%，这种结构反射率偏高，背面抛光，虽然钝化效果好，但是接触电阻差，光程短，光的吸收少。本发明提出一种表面修饰的方法，可以优化正面和背面形貌，提升电池性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的硅片表面修饰结构及其修饰方法，以便优化正面和背面形貌，提升电池性能。本发明方法通过对制绒后形成的绒面金字塔结构进行削顶处理，在不同腐蚀条件下形成金字台或倒金字塔结构，在正面降低反射率，在背面增加光在硅片中的光程，提升光的吸收，同时改善接触电阻。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
在第一方面，本发明提供一种硅片表面修饰结构，所述结构是在对硅片表面进行制绒处理后形成的金字塔绒面结构的基础上，对金字塔形结构削顶而形成。
在一个实施方案中，所述的硅片表面修饰结构是金字台形结构。
在另一个实施方案中，所述的硅片表面修饰结构是对金字塔形结构削顶后进一步中心下蚀后形成的包含倒金字塔形空间的结构。
在第二方面，本发明还公开了一种硅片表面修饰方法，包括如下步骤：
S1、对硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面；
S2、在制绒后的硅片表面涂覆一层耐碱性腐蚀的保护膜，其中所述保护膜仅形成于金字塔结构的底部，露出金字塔结构的顶部；
S3、在碱和添加剂存在下腐蚀金字塔结构的顶部；
S4、酸清洗保护膜，形成修饰后的表面。
优选地，在步骤S2中，保护膜的涂覆方式为控制膜用量下的流体涂覆，通过控制好用量和条件，使得保护膜仅覆盖金字塔结构的底部，而露出金字塔结构的顶部。
优选地，在步骤S2中，所述保护膜为二氧化硅。
优选地，在步骤S3中，在碱和第一添加剂存在下在第一条件下进行腐蚀，所述腐蚀为各向同性腐蚀，形成的结构为金字台。更优选，所述碱为NaOH，第一添加剂为碱抛添加剂，第一条件为溶液温度60~70℃，反应时间3~5min。
优选地，在步骤S3中，在碱和第二添加剂存在下在第二条件下进行腐蚀，所述腐蚀为各向异性腐蚀，形成的结构为倒金字塔结构。更优选，所述碱为NaOH，第二添加剂为制绒添加剂，第二条件为溶液温度70~80℃，反应时间5~10min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过本发明方法，在正面削去金字塔顶部并进一步向下腐蚀形成倒金字塔绒面，降低反射率；在背面去掉金字塔顶部形成金字台形貌，增加光在硅片中的光程，提升光的吸收，同时改善接触电阻。
附图说明
图1是本发明硅片修饰方法的流程示意图。
在图中：1、金字塔；2、保护膜；3、金字台；4、倒金字塔。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种硅片表面的修饰方法，从而优化硅片表面形貌，提升电池性能。
在本发明的方法的例示性实施例中，具体方案如下所示：
1、制绒：单晶硅片在制绒用碱+添加剂溶液中进行各向异性腐蚀，表面形成金字塔绒面；
2、形成保护膜：采用流体涂覆的方式，例如溶液旋涂、滚涂、喷涂，控制涂覆的重量，利用流体的重力和铺展性，仅在金字塔底生成一层保护膜，此膜在以下所要进行的腐蚀程序中的所用条件下耐化学腐蚀；
3、形貌修饰：选择碱+添加剂对第一步中形成的金字塔绒面结构进行进一步修饰，其中选择修饰程序中所用试剂的种类及条件，形成不同进一步修饰结构，具体为在第一试剂和第一条件存在下，碱的体积比为2~3%，碱抛添加剂体积比为0.2~0.5%，溶液温度60~70℃，反应时间3~5min，对硅片进行各向同性腐蚀，金字塔顶被腐蚀成平面形成金字台，或者选择在第二试剂和第二条件存在下，碱的体积比为1~2%，制绒添加剂体积比为0.5~1%，溶液温度70~80℃，反应时间5~10min，对硅片进行各向异性腐蚀，金字塔顶被腐蚀成倒金字塔结构；
4、清洗：酸清洗去掉保护膜，形成修饰后的表面。
在本发明的方法中，保护膜仅在金字塔底生成而非均匀覆盖。理论上，可以采用各种可能的成膜方式，在本发明的优选实施例中，本发明利用流体的重力和铺展性，采用流体涂覆的方式，例如溶液旋涂、滚涂、喷涂，控制涂覆的重量，可以做到仅在金字塔底生成保护膜，而塔尖没有。通过在控制膜用量下的流体涂覆，在均匀金字塔的表面，流体沉积在金字塔表面形貌的底部，露出顶部，烘干后形成仅覆盖底部而露出顶部的保护膜。在本发明中，通过在制绒后的硅片表面应用这种涂覆方式，使得保护膜仅在金字塔底部形成，而露出金字塔尖。
所用保护膜材料对于后续修饰程序所用条件具有耐化学性。在通常的硅片修饰程序中一般采用碱+添加剂的方式对硅片实施腐蚀修饰，并采用酸洗进行硅片表面的清洗，因此在优选的实施例中，所用保护膜可以耐碱腐蚀，同时可以被酸去除，例如氧化硅保护膜。
通过本发明的方法，可以在硅片表面形成两种进一步修饰所得的表面形貌，第一种为金字台，第二种为金字塔顶带有倒金字塔。金字台结构形貌可以用于硅片背面，用于增加光程，提高吸收率，并同时改善接触电阻。倒金字塔结构可以用于硅片正面，进一步完善光阱结构，降低反射率，提高光的吸收率。
硅片表面形貌的修饰采用碱+添加剂的方式，通过采用不同的添加剂和相应的反应条件来实现硅片表面的各向同性或各向异性腐蚀。在光伏用硅片的表面处理中会用到各向同性和各向异性腐蚀，即在制绒中通过碱+制绒添加剂实现各向异性腐蚀，在碱抛中通过碱+碱抛添加剂实现各向同性腐蚀。本发明方法在生成局部保护膜后采用碱抛添加剂作为第一添加剂实现各向同性腐蚀，获得金字台结构，或者在生成局部保护膜后采用制绒添加剂作为第二添加剂实现各向异性腐蚀，获得倒金字塔结构。制绒添加剂和碱抛添加剂以及其相应的使用和反应条件已为业内所熟知，本发明中将不再详述。
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，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在以下实施例中，所用制绒添加剂係购自常州时创能源股份有限公司，货号TS55V55，碱抛添加剂亦购自该公司，货号PS33V11。应了解，由以上原理可知，在本发明中，各种种类和来源的制绒用碱和制绒添加剂以及碱抛用碱和碱抛添加剂均可以用于本发明的方法，因此在以下实施例中虽然限定了具体使用的碱和添加剂产品，但是所用的具体的制绒用碱和制绒添加剂以及碱抛用碱和碱抛添加剂产品不应对本发明的保护范围构成限制。例如在以下实施例中，虽然具体使用了NaOH，这是因为在现有的成熟工艺中NaOH使用最广泛，但是应了解，在碱性腐蚀工艺中也可以采用其他碱性材料，例如KOH、NaOH、Na2SiO3、Na3PO4等，业内使用的各种碱性腐蚀用碱均应在本发明的保护范围内。
实施例1: TOPCon电池中正面的应用
选取电阻率0.3~2ohmcm的N型硅片，在NaOH+添加剂溶液中进行各向异性腐蚀，形成金字塔绒面；
正面采用溶液旋涂的方式涂覆掩膜，滴3~5ml质量百分比为3~5%的二氧化硅悬浊液在硅片的表面，然后控制旋涂的转速1000转/min，旋转5~10秒，控制掩膜重量3~5mg，经过烘干退火后仅在金字塔底生成保护膜。
如图1所示，在NaOH+添加剂溶液中进行各向异性腐蚀，溶液配制采用质量百分比为49%的NaOH溶液及购得的瓶装制绒添加剂溶液，按以下百分比添加到水中制成NaOH+添加剂溶液：碱的体积比为1%，制绒添加剂体积比为0.5%，溶液温度75℃，反应时间5min，金字塔顶被腐蚀形成倒金字塔结构。
最后在HF中清洗去除保护膜。
通过以上步骤，在硅片表面形成了具有倒金字塔结构的形貌。倒金字塔结构用于电池片正面，可以改善光阱结构，增加光的捕捉，提高光吸收率。
采用以上经过进一步修饰的硅片制作光伏电池：在扩散炉中进行硼扩散，形成方阻为120~180ohm/sq的PN结。用HF去除硅片背面的BSG，然后在NaOH+添加剂溶液中进行各向同性腐蚀抛光。背面朝外双片插入石英舟，采用LPCVD设备在背面生长隧穿氧化层和沉积多晶硅层。磷扩散进行多晶硅的掺杂和退火，形成接触钝化结构。链式HF设备去除正面的PSG，NaOH去除正面的Polysi，最后用HF去除正面的介质膜和BSG层。清洗完的硅片，正面ALD方式生长3~6nm的氧化铝，正面和背面PECVD方式生长氮化硅。背面印刷银浆，正面印刷银铝浆，烧结完成高效接触钝化电池的制备。
实施例2: TOPCon电池中背面的应用
选取电阻率0.3~2ohmcm的N型硅片，在NaOH+添加剂溶液中进行各向异性腐蚀，形成金字塔绒面。
在扩散炉中进行硼扩散，形成方阻为120~180ohm/sq的PN结。
用HF去除硅片背面的BSG。
背面采用溶液旋涂的方式涂覆掩膜，控制掩膜重量3~5mg，经过烘干退火后仅在金字塔底生成保护膜。
如图1所示，在NaOH+添加剂溶液中进行各向同性腐蚀，溶液配制采用质量百分比为49%的NaOH溶液及购得的瓶装碱抛添加剂溶液，按以下百分比添加到水中制成NaOH+添加剂溶液：碱的体积比为2%，碱抛添加剂体积比为0.2%，溶液温度65℃，反应时间3min，金字塔顶被腐蚀成平台形成金字台结构。
在HF中清洗去除保护膜，形成背面具有金字台表面修饰结构的硅片。
通过以上步骤，在硅片背面形成了具有金字台结构的形貌。金字台结构用于电池片背面，可以增加光在硅片中的光程，提升光的吸收，同时改善接触电阻。
采用以上背面经过进一步修饰的硅片制作光伏电池：背面朝外双片插入石英舟，采用LPCVD设备在背面生长隧穿氧化层和沉积多晶硅层。磷扩散进行多晶硅的掺杂和退火，形成接触钝化结构。链式HF设备去除正面的PSG，NaOH去除正面的Polysi，最后用HF去除正面的介质膜和BSG层。清洗完的硅片，正面ALD方式生长3~6nm的氧化铝，正面和背面PECVD方式生长氮化硅。背面印刷银浆，正面印刷银铝浆，烧结完成高效接触钝化电池的制备。
实施例3: TOPCon电池中正面和背面的应用
选取电阻率0.3~2ohmcm的N型硅片，在NaOH+添加剂溶液中进行各向异性腐蚀，形成金字塔绒面。
正面采用溶液旋涂的方式涂覆掩膜，控制掩膜的重量3~5mg，经过烘干退火后仅在金字塔底生成保护膜；如图1所示，在NaOH+添加剂溶液中进行各向异性腐蚀，如以上所述配制溶液，碱的体积比为1%，制绒添加剂体积比为0.5%，溶液温度75℃，反应时间5min，金字塔顶被腐蚀形成倒金字塔结构；在HF中清洗去除保护膜。
在扩散炉中进行硼扩散，形成方阻为120~180ohm/sq的PN结。用HF去除硅片背面的BSG。
背面采用溶液旋涂的方式涂覆掩膜，控制掩膜的重量3~5mg，经过烘干退火后仅在金字塔底生成保护膜；如图1所示，在NaOH+添加剂溶液中进行各向同性腐蚀，如以上所述配制溶液，碱的体积比为2%，碱抛添加剂体积比为0.2%，溶液温度65℃，反应时间3min，金字塔顶被腐蚀成平台；在HF中清洗去除保护膜。
背面朝外双片插入石英舟，采用LPCVD设备在背面生长隧穿氧化层和沉积多晶硅层。磷扩散进行多晶硅的掺杂和退火，形成接触钝化结构。链式HF设备去除正面的PSG，NaOH去除正面的Polysi，最后用HF去除正面的介质膜和BSG层。清洗完的硅片，正面ALD方式生长3~6nm的氧化铝，正面和背面PECVD方式生长氮化硅。背面印刷银浆，正面印刷银铝浆，烧结完成高效接触钝化电池的制备。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种硅片表面修饰结构，其特征在于，所述结构是在对硅片表面进行制绒处理后形成的金字塔绒面结构的基础上，对金字塔形结构削顶而形成。
2.如权利要求1所述的硅片表面修饰结构，其特征在于，所述的硅片表面修饰结构是金字台形结构。
3.如权利要求1所述的硅片表面修饰结构，其特征在于，所述的硅片表面修饰结构是对金字塔形结构削顶后进一步中心下蚀后形成的包含倒金字塔形空间的结构。
4.一种硅片表面修饰方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、对硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面；
S2、在制绒后的硅片表面涂覆一层耐碱性腐蚀的保护膜，其中所述保护膜仅形成于金字塔结构的底部，露出金字塔结构的顶部；
S3、在碱和添加剂存在下腐蚀金字塔结构的顶部；
S4、酸清洗保护膜，形成修饰后的表面。
5.如权利要求4所述的硅片表面修饰方法，其特征在于，在步骤S2中，保护膜的涂覆方式为控制膜用量下的流体涂覆。
6.如权利要求4所述的硅片表面修饰方法，其特征在于，在步骤S2中，所述保护膜为二氧化硅。
7.如权利要求4所述的硅片表面修饰方法，其特征在于，在步骤S3中，在碱和第一添加剂存在下在第一条件下进行腐蚀，所述腐蚀为各向同性腐蚀，形成的结构为金字台。
8.如权利要求7所述的硅片表面修饰方法，其特征在于，所述碱为NaOH，第一添加剂为碱抛添加剂，第一条件为溶液温度60~70℃，反应时间3~5min。
9.如权利要求4所述的硅片表面修饰方法，其特征在于，在步骤S3中，在碱和第二添加剂存在下在第二条件下进行腐蚀，所述腐蚀为各向异性腐蚀，形成的结构为倒金字塔结构。
10.如权利要求9所述的硅片表面修饰方法，其特征在于，所述碱为NaOH，第二添加剂为制绒添加剂，第二条件为溶液温度70~80℃，反应时间5~10min。
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