CN116799106A

CN116799106A - 晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法

Info

Publication number: CN116799106A
Application number: CN202311007489.0A
Authority: CN
Inventors: 张建安; 邓倚雄; 王浩
Original assignee: Jetion Solar Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Jetion Solar Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2023-08-11
Filing date: 2023-08-11
Publication date: 2023-09-22

Abstract

本申请涉及硅片处理的技术领域，具体公开了一种晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法。此方法包括了混合酸液前清洗、制绒、混合酸液以及氢氟酸后清洗等步骤，所得硅片进行磷扩散吸杂处理。混合酸液可以微腐蚀硅片表面去除硅片表面的金属杂质，再在微腐蚀制绒过程中使得硅片表面呈现金字塔形貌，增大硅片比表面积，从而扩大吸杂面积，同时由于制绒采用微腐蚀的制绒方式保留硅片表面的机械损伤区，通过制绒以及机械损伤区的配合，使得硅片在后续的吸杂过程中形成双吸杂中心，即使硅片背面未进行磷扩散吸杂，背面也可因为机械损伤区的存在达到较好的吸杂效果，从而使得硅片的扩散面以及背面未扩散面均可吸杂，提高硅片的吸杂效率。

Description

晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法

技术领域

本申请涉及硅片处理的技术领域，更具体地说，它涉及晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法。

背景技术

太阳能电池是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。太阳能电池的核心材料为硅片，因此在晶体硅高效太阳能电池制造过程中，硅片的质量至关重要。

硅片在其生产制造过程中，不可避免的会引入各种金属杂质，如铁、铜、钴、镍等，这些杂质的掺杂在硅片中均会形成深能级，成为少子的复合中心，降低硅片的少子寿命。少子寿命越短，光照产生的过剩载流子越可能到达电池PN结，越难以受PN结电场分离作用对外产生光电流，直接导致硅片的短路电流减小，从而导致了电池片的光电转换率下降，太阳能电池整体性能下降。

为了提升硅片的质量，需要对硅片进行吸杂处理。硅片吸杂的方法是多样的，其中扩磷散吸杂以及机械损伤吸杂是两种重要的吸杂方法。目前，吸杂处理通常采用如下方法：将硅片先进行抛光，去除硅片表面的损伤层，再进行磷扩散吸杂工艺。此方法存在如下弊端：吸杂处理时将两片硅片背靠背重叠后进行磷扩散吸杂，即硅片是单面磷扩散吸杂。扩散过程中，磷仅在硅片的单面上扩散，形成重磷掺杂层以及磷硅玻璃层，后续除去重磷掺杂层以及磷硅玻璃层即可除去所含的杂质。但此工艺中一次磷扩散吸杂仅能够除去硅片单面的杂质，限制了吸杂效率。

发明内容

为了使得硅片的吸杂效率得以提升，本申请提供一种晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法。

本申请提供晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，采用如下的技术方案：

一种晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，包括如下步骤：

前清洗：将切割得到的原硅片先在混合酸液中清洗，再在去离子水中洗涤，其中，混合酸液中含有氧化剂、盐酸和氢氟酸；

制绒：将前清洗得到的硅片放入至碱液中进行制绒清洗，再在去离子水中洗涤，其中，碱液中含有浓度为0.5wt％～1wt％的强碱、浓度为0.2wt％～0.5wt％的制绒添加剂，强碱为KOH和/或NaOH，制绒温度为60～80℃，制绒时间为80～120s；

后清洗：将经过制绒处理得到的硅片放入至混合酸液中进行清洗，再在去离子水中洗涤，再放入氢氟酸溶液中洗涤，最后在去离子水中洗涤，洗涤结束后烘干；

吸杂：将经过后清洗得到的硅片进行磷扩散吸杂。

进一步的，所述混合酸液中的氧化剂为臭氧水和/或双氧水。

更进一步的，所述混合酸液中的氧化剂为浓度为40～60ppm的臭氧水。

进一步的，所述混合酸液中的盐酸的浓度为0.01wt％～0.05wt％。

进一步的，所述混合酸液中的氢氟酸的浓度为0.2wt％～0.5wt％。

更进一步的，所述前清洗步骤中混合酸液的浸泡时间为100～120s。

进一步的，所述制绒步骤中，强碱的浓度为0.8wt％，制绒添加剂的浓度为0.3wt％，制绒温度为80℃，制绒时间为100s。

更进一步的，所述制绒添加剂为光伏行业使用成熟的化学品，其主要成分为成核剂3～4wt％，脱泡剂6～8wt％，非离子表面活性剂6～8wt％以及其他助剂2～3wt％，余量用水补足。

进一步的，所述后清洗步骤中混合酸液的浸泡时间为100～120s。

进一步的，所述后清洗步骤中，氢氟酸的浓度为3wt％～10wt％。

进一步的，所述后清洗步骤中，氢氟酸的浸泡时间为100～120s。

进一步的，所述去离子水的电阻率18.2MΩ·cm。

综上所述，本申请至少具备如下优势：

第一，本申请中省略了硅片的抛光步骤，对切割后的原硅片进行清洗后，在保留硅片机械损伤的基础上，进行制绒；硅片上形成双吸杂中心，硅片的扩散面和背面均存在吸杂中心，尤其是由于硅片的背面存在机械损伤区和金字塔形貌，机械损伤区存在大量晶格缺陷，使得硅片背面在不扩散的情况下，也能够形成吸杂中心，具有一定的吸杂能力；

其次，硅片表面呈现的金字塔形貌，使得硅片的比表面积增大；同时，由于硅片表面本身存在的机械损伤，其制绒后的比表面积相比经过抛光处理的硅片的比表面积更大。在此基础上，能使硅片暴露面以及背面的吸杂面积最大化，有利于后续硅片表面充分吸杂，高效去除硅片表面的金属杂质。

第二，本申请控制制绒步骤中的强碱浓度，使得强碱的浓度适中，能够使得硅片表面的金字塔形貌较为完整，硅片表面的比表面积最大化，从而能够有效地形成高效吸杂中心。

附图说明

图1是本申请实施例1中前清洗步骤中使用的原硅片的结构示意图。

图2是本申请实施例1中制绒步骤得到的硅片结构示意图。

图3是本申请实施例1中吸杂步骤得到的硅片结构示意图。

具体实施方式

本申请人改变了硅片吸杂步骤前的前清洗工艺，在保留硅片表面机械损伤区的基础上，直接进行制绒，使得硅片表面的比表面积增大，硅片的扩散面以及背面均呈金字塔形貌，且均有机械损伤区。硅片未扩散面保留的机械损伤区域，使得硅片背面在不经过磷扩散的情况下也能形成吸杂中心。在一次吸杂步骤中，背靠背重叠硅片背面也可吸杂，而非单面吸杂，显著提升了硅片的吸杂效率。经过实际检测，本申请制得的硅片平均少子寿命较传统的清洗吸杂方式有明显提升，且其制成的电池片光电转换效率提升可达0.1％以上。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例、对比例对本申请的技术方案进行进一步说明。

实施例

实施例1

一种晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，按照如下步骤进行：

前清洗：将切割得到的原硅片放入25℃、浓度为50ppm的臭氧水、0.02wt％浓度HCl、0.3wt％浓度HF的混合酸液中浸泡100s；

将处理后的硅片放入常温下电阻率为18.2MΩ·cm去离子水中浸泡100s；

制绒：将前清洗得到的硅片放入温度为80℃、KOH浓度为0.5％、制绒添加剂浓度为0.3％的溶液中进行微制绒处理100s，本实施例中制绒添加剂的型号为TS53；

将处理后的硅片放入25℃下电阻率为18.2MΩ·cm去离子水中浸泡100s；

后清洗：将经过制绒处理得到的硅片放入25℃、浓度为50ppm的臭氧水、0.02wt％浓度HCl、0.3wt％浓度HF的混合酸液中浸泡100s；

将处理后的硅片放入25℃、HF浓度为5％的溶液中浸泡清洗110s；

将处理后的硅片进行脱水烘干；

吸杂：采用管式高温磷源扩散的方式，将清洗后的硅片两片一组，以背靠背的形式放入石英舟同一卡槽，石英舟上有若干卡槽；

将插好硅片的石英舟送入管式扩散炉，并关闭炉门；

在炉内主扩散步骤温度在860℃，通入氮气、氧气、三氯氧磷(使用氮气携带)。

实施例2-3

一种晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，与实施例1的区别点在于制绒步骤中强碱的浓度不同，具体如下：

实施例2中，制绒步骤中使用的强碱浓度为0.8wt％；

实施例3中，制绒步骤中使用的强碱浓度为1wt％。

实施例4

前清洗：将切割得到的原硅片放入25℃、浓度为40ppm的臭氧水、0.05wt％浓度HCl、0.2wt％浓度HF的混合酸液中浸泡100s；

制绒：将前清洗得到的硅片放入温度为60℃、KOH浓度为0.8％、制绒添加剂浓度为0.2％的溶液中进行微制绒处理100s，本实施例中制绒添加剂的型号为TS53；

后清洗：将经过制绒处理得到的硅片放入25℃、浓度为40ppm的臭氧水、0.05wt％浓度HCl、0.2wt％浓度HF的混合酸液中浸泡100s；

将处理后的硅片放入25℃、HF浓度为3％的溶液中浸泡清洗120s；

将处理后的硅片进行脱水烘干；

将插好硅片的石英舟送入管式扩散炉，并关闭炉门；

实施例5

前清洗：将切割得到的原硅片放入25℃、浓度为60ppm的臭氧水、0.01wt％浓度HCl、0.5wt％浓度HF的混合酸液中浸泡100s；

制绒：将前清洗得到的硅片放入温度为80℃、KOH浓度为0.8％、制绒添加剂浓度为0.5％的溶液中进行微制绒处理100s，本实施例中制绒添加剂的型号为TS53；

后清洗：将经过制绒处理得到的硅片放入25℃、浓度为60ppm的臭氧水、0.01wt％浓度HCl、0.5wt％浓度HF的混合酸液中浸泡100s；

将处理后的硅片放入25℃、HF浓度为10％的溶液中浸泡清洗100s；

将处理后的硅片进行脱水烘干；

将插好硅片的石英舟送入管式扩散炉，并关闭炉门；

对比例

对比例1

一种晶硅异质结太阳能电池吸杂方法，按照如下步骤进行处理：

将原硅片放入常温、浓度为50ppm的臭氧水、0.02％浓度HCl、0.3％浓度HF的混合液中浸泡100s；

将处理后的硅片放入温度为80℃、KOH浓度为5％的溶液中进行SDE处理100s；

将处理后的硅片放入常温、HF浓度为5％的溶液中浸泡清洗110s；

将处理后硅片脱水烘干；。

将插好硅片的石英舟送入管式扩散炉，并关闭炉门；

性能检测

样品的制备：

将实施例1-5以及对比例1所得的硅片均为精确分片，硅片为166mm×166mm，硅片面积为274.15cm²规格的N型单晶硅片，最大化降低由于片源引起的测试误差；

将实施例1-5以及对比例1所得的硅片依次进行磷扩散吸杂、制绒、PECVD、PVD以及丝网印刷处理，得到电池片，其中，磷扩散吸杂、制绒、PECVD、PVD以及丝网印刷工艺等各个处理步骤中的参数均保持相同，进一步减小后续处理步骤引起的测试误差。

1.少子寿命：对PECVD工艺处理后的硅片进行少子寿命测试，在硅片的9个点上进行测试，测试仪器为WCT-120，取9次测试的平均值，单位us。

2.电池片性能检测：将丝网印刷工艺处理后的电池片进行电性能测试，对其开路电压(Uoc，单位mV)、短路电流(Isc，单位A)、填充因子(FF，单位％)、太阳能电池光电转换效率(EFF，单位％)；

测试光强为1000w/m²，硅片上的光的功率P₀＝0.1×274.15＝27.415W；

最大功率Pm＝Uoc×Isc×FF；

太阳能电池光电转换效率EFF＝Pm/P₀×100％。

检测结果

表1.实施例1-5以及对比例1的少子寿命检测结果

表2.实施例1-5以及对比例1制成的电池片的电性能检测结果

结合实施例1-3和对比例1以及表1-2可以看出，对比例1为传统吸杂前处理工艺，先用碱液进行抛光再进行吸杂，根据实际检测结果可以看出，先抛光再吸杂制成的硅片少子寿命较短，仅为2494μs，实施例的制得的硅片的少子寿命为2835～3191μs，其中实施例2最高为3191s。并且，实施例制得的电池片最终的光电转换效率也高于对比例，其中实施例2较对比例光电转换效率高0.11％，与理论相符。

实施例1由于过低的碱浓度，形成的为绒面较差，比表面积较小，吸杂效果略差，实施例3形成的绒面尚可，但是由于腐蚀量的增加，损伤层较少导致吸杂效果略差，实施例2获得了较好损伤层及较好的比表面积，吸杂效果较好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

且，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

吸杂：将经过后清洗得到的硅片进行磷扩散吸杂。

2.如权利要求1所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述混合酸液中的氧化剂为臭氧水和/或双氧水。

3.如权利要求2所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述混合酸液中的氧化剂为浓度为40～60ppm的臭氧水。

4.如权利要求2所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述混合酸液中的盐酸的浓度为0.01wt％～0.05wt％。

5.如权利要求2所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述混合酸液中的氢氟酸的浓度为0.2wt％～0.5wt％。

6.如权利要求2所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：前清洗步骤中混合酸液的浸泡时间为100～120s。

7.如权利要求1所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述制绒步骤中，强碱的浓度为0.8wt％，制绒添加剂的浓度为0.3wt％，制绒温度为70℃，制绒时间为100s。

8.如权利要求1所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述后清洗步骤中混合酸液的浸泡时间为100～120s。

9.如权利要求1所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于：所述后清洗步骤中，氢氟酸的浓度为3wt％～10wt％。

10.权利要求9中任意一项所述的晶硅异质结太阳能电池高效吸杂的前清洗方法，其特征在于，后清洗步骤中，氢氟酸的浸泡时间为100～120s。