太陽能電池單晶硅片絨面的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為太陽能電池單晶硅片絨面的制備方法，解決巳有酸堿結(jié)合的單晶硅片絨面制備方法制備的單晶硅片表面反射率低的問題。清洗單晶硅片后，將其放入第一堿性溶液中，在[100]晶向的單晶硅片正面表面上形成第一層絨面，用酸性溶液清洗第一層絨面，再將單晶硅片放入第二堿性溶液中，對四棱錐的四個[111]晶面進(jìn)行腐蝕，形成三角形滑移面堆積的、分層的單晶硅片的第二層絨面，這兩層絨面構(gòu)成太陽能電池的高效光吸收結(jié)構(gòu)，用酸性溶液清洗單晶硅片的絨面，再用熱氧化法或PECVD法或磁控濺射法，在多層絨面結(jié)構(gòu)的表面生長厚度為0.1～0.4um的二氧化硅膜或厚度為0.08～0.15um的氮化硅增透膜。全光譜范圍內(nèi)的反射率顯著降低，明顯提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】太陽能電池單晶硅片絨面的制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種太陽能電池的低反射率的單晶硅片的絨面制備方法。
[0002]技術(shù)背景:
在所有可持續(xù)能源中，太陽能無疑為最潔凈、最普遍和最有潛力的替代能源。由于硅材料在地殼中的豐富的儲量和晶硅電池優(yōu)異的電學(xué)性能和機械性能，硅太陽能電池成為各光伏企業(yè)的主要研究方向。光電轉(zhuǎn)換效率是硅太陽能電池的重要性能指標(biāo)，有效降低太陽光在單晶硅片表面的反射率是提高其轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。
[0003]目前單晶硅電池商業(yè)生產(chǎn)中通常用表面制絨的方法來降低反射率，常用的制絨方法為堿制絨，利用腐蝕液對硅片表面進(jìn)行各向異性腐蝕，得到均勻密布的金字塔表面結(jié)構(gòu)。制絨后硅片腐蝕深度在3.4?5.2 um之間，但是所制備絨面在可見光譜范圍內(nèi)仍然有較高的反射率，在18%?24%之間[晶體硅太陽能電池的單面酸制絨工藝，申請公布號:CN101976705 A]，在近紅外光譜范圍內(nèi)(1.1?2.5 um)的反射率高達(dá)50%。由于通過這種堿制絨后獲得的表面由于存在大量復(fù)合中心，不利于PN結(jié)對載流子的收集，且由于PN結(jié)比表面積大，不利于開路電壓的提高，從而限制了太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提升，因此提出了一種酸堿結(jié)合的單晶硅太陽能電池制絨方法[一種酸堿結(jié)合的單晶硅太陽能電池制絨方法，申請公布號:CN 102496660 A]，在上述常規(guī)堿制絨工藝后增加一次酸處理，增加這一步處理的目的為將金字塔底部的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)一步腐蝕，減少娃片表面的復(fù)合中心，但是對娃片表面反射率沒有明顯效果。為了得到更低的反射率，Barada K.Nayak和J.S.Yoo分別用激光和反應(yīng)離子刻蝕的方法對硅片表面進(jìn)行處理，均能夠得到較低的反射率，利用激光燒蝕的方法得到的反射率低于3%，利用反應(yīng)離子刻蝕的方法得到的表面反射率低于2%[PR0GRESSIN PH0T0V0LTAICS.631 (2011)]，但是兩種方法都存在各自的不足。激光燒蝕的方法得到的硅片表面在后續(xù)制備電極時串聯(lián)電阻大，嚴(yán)重影響短路電流的提高；而反應(yīng)離子刻蝕的方法得到的硅片表面制備電極時的串聯(lián)電阻介于激光燒蝕和常規(guī)制絨方法之間，主要問題在于需要引進(jìn)昂貴的設(shè)備和原材料，明顯增加工藝步驟，生產(chǎn)成本大幅度提高。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，反射率低的太陽能電池單晶硅片絨面的制備方法。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
太陽能電池單晶硅片絨面的制備方法:清洗單晶硅片后，將其放入第一堿性溶液中，在[100]晶向的單晶硅片正面表面上形成若干由四個[111]晶面構(gòu)成的金字塔形狀的四棱錐，這些四棱錐構(gòu)成單晶硅片的第一層絨面，用酸性溶液清洗單晶硅片的第一層絨面，對四棱錐的四個[111]晶面活性處理，再將單晶硅片放入第二堿性溶液中，對四棱錐的四個
[111]晶面進(jìn)行腐蝕，形成三角形滑移面堆積的、分層的單晶硅片的第二層絨面，用酸性溶液清洗單晶硅片的第二層絨面，再用去離子水清洗單晶硅片。
[0006]清洗單晶硅片后，氧化單晶硅片正背兩面的氧化層厚度為2900— 3100埃，用以保護(hù)背面收集柵區(qū)域，在第一堿性溶液中刻蝕掉單晶硅片正面光照區(qū)氧化層。[0007]所述的單晶硅片表面的金字塔形狀的四棱錐高度為I?12um。
[0008]所述的單晶硅片二次絨面上的三角形滑移面的底部長度為0.3?Sum。
[0009]制備步驟如下:
O單晶硅片的常規(guī)清洗；
2)氧化單晶硅片正背兩面，且刻蝕掉單晶硅片正面光照區(qū)氧化層；
3)將清洗過的單晶硅片放入第一堿性溶液中，并進(jìn)行磁力攪拌，使其反應(yīng)形成第一層絨面，所述第一堿性溶液的配比為氫氧化鈉或氫氧化鉀或氫氧化鋰質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%?5%,娃酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%?3%,異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%?7%,其余為去離子水,反應(yīng)溫度為65°C?85°C，反應(yīng)時間為10?50分鐘，形成完整的四個側(cè)面為三角形的四棱錐構(gòu)成的第一層絨面；
4)對第一層絨面的四棱錐的四個三角形側(cè)面應(yīng)采用體積比為1:1的三氧化鉻溶液和稀釋的氫氟酸的酸性溶液進(jìn)行活性處理I?10分鐘，三氧化鉻溶液的質(zhì)量百分濃度為10%?40%，氫氟酸溶液與水的體積百分比為HF:H20=1:5?10，然后用去離子水清洗；
5)將單晶硅片放入第二堿性溶液中，用磁力攪拌器攪拌或通入二氧化碳?xì)怏w，使其反應(yīng)形成第二層絨面，所述第二堿性溶液的配比為氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%?3%,第一、二堿性溶液堿金屬離子不同，娃酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%?3%,異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%?7%,其余為去離子水,反應(yīng)溫度為65°C?85°C,反應(yīng)時間為10?50分鐘，
6)利用步驟4)中所述的酸性溶液去除單晶硅片表面的堿金屬離子和化學(xué)反應(yīng)生成的沉積物，然后用去離子水清洗。
[0010]7)再用熱氧化法或PECVD法或磁控濺射法，在第一、二層絨面的表面生長0.1?0.4um的二氧化硅膜或0.08?0.15um的氮化硅增透膜。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明首先在硅[100]晶面進(jìn)行第一次堿制絨形成由四個[111]晶面構(gòu)成的金字塔結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次堿制絨，利用本發(fā)明提供的方法對金字塔的四個側(cè)面進(jìn)行各向異性腐蝕，每個側(cè)面將能夠得到多層多個大小不等的[111]晶面特征三角形圖形(如圖1所示)。這種多層絨面交織的結(jié)構(gòu)可以大幅度增加硅片的表面積，有利于對太陽光的充分吸收；由于形成了比常規(guī)的第一層絨面更加精細(xì)的表面結(jié)構(gòu)(此三角形微結(jié)構(gòu)的底部尺寸在0.3?8um),增加太陽光在娃片表面的折反射次數(shù),使單晶娃表面對太陽光可見光的反射率降低至5%以下，并對波長在1.1?2.5 um范圍內(nèi)的近紅外光的反射率的降低有顯著效果，反射率可以降至30%。在此具有高效光吸收率的多層絨面上，利用熱氧化或真空鍍膜或電子束鍍膜及物理濺射方法，淀積一層厚度為0.1?0.4um的二氧化硅膜或厚度為0.08?
0.15um的氮化硅鈍化/增透膜后，可獲得在可見光譜范圍內(nèi)反射率低于2%，在近紅外光譜范圍內(nèi)反射率低于10%的優(yōu)良效果。由于兩次制絨過程均完整保留了單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)，能夠得到非常低的串聯(lián)電阻，提高了短路電流和開路電壓，從而達(dá)到提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的目的。另外，這種制絨方法無需增加額外昂貴的原料和設(shè)備，能降低單晶硅電池的生產(chǎn)成本，適應(yīng)于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為雙絨面結(jié)構(gòu)示意圖。(a)為現(xiàn)有一次制絨后形成的絨面結(jié)構(gòu)的顯微照片，(b)為采用本發(fā)明中的兩次制絨技術(shù)后形成的絨面結(jié)構(gòu)的顯微照片。
[0013]【具體實施方式】:
實施例1:
實驗采用P型雙面拋光單晶硅片，其電阻率為I?5 Ω.Cm。
[0014]低反射率的單晶硅片絨面的制備方法，包括以下步驟:硅圓片清洗、氧化(氧化層厚度大約3000埃，用以保護(hù)背面收集柵區(qū)域)、第一次堿制絨、酸清洗、第二次堿制絨、酸清洗、生長鈍化層，其中第一堿性溶液為氫氧化鈉溶液，配比為:氫氧化鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%,硅酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，其余為去離子水。反應(yīng)溫度為75°C，反應(yīng)時間為30分鐘；第二堿性溶液為氫氧化鉀溶液,配比為:氫氧化鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%,娃酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.5%，異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4%，其余為去離子水。反應(yīng)溫度為78°C，反應(yīng)時間為20分鐘。實施例1所用硅片為兩寸雙拋片,使用一片硅片,第一和第二堿性溶液重量各為400克。
[0015]實施例2:
實驗采用P型單面拋光單晶硅片，其電阻率為I?5 Ω.Cm。
[0016]低反射率的單晶硅片絨面的制備方法，包括以下步驟:硅圓片清洗、氧化(氧化層厚度大約3000埃，用以保護(hù)背面收集柵區(qū)域)、保護(hù)整個背面的氧化層，刻蝕掉正面光照區(qū)氧化層、第一次堿制絨、酸清洗、第二次堿制絨、酸清洗、生長鈍化層，其中第一堿性溶液為氫氧化鈉溶液，配比為:氫氧化鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4%，硅酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6%,其余為去離子水。反應(yīng)溫度為78°C,反應(yīng)時間為15分鐘；第二堿性溶液為氫氧化鉀溶液，配比為:氫氧化鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，硅酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4%,其余為去離子水。反應(yīng)溫度為80°C,反應(yīng)時間為45分鐘。
[0017]所用單晶硅片為兩寸單拋片，使用一片硅片，第一、二次堿性溶液重量各為300克。如果實驗中放入的硅片數(shù)量增多，為了保證絨面的均勻性和反應(yīng)速度，溶液的量也要相應(yīng)增加。溶液溫度的均勻性和溶液濃度的均勻性對腐蝕絨面微結(jié)構(gòu)的均勻性有重要影響，實驗過程中需要對溶液進(jìn)行攪拌；腐蝕的過程中會在硅片表面產(chǎn)生大小不等的氣泡，這些氣泡會阻礙化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，實驗過程中需要通入二氧化碳?xì)怏w去除上述氣泡。
[0018]上述的具體實施例為本發(fā)明的較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式不受上述實例的限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.太陽能電池單晶硅片絨面的制備方法，其特征在于:清洗單晶硅片后，將其放入第一堿性溶液中，在[100]晶向的單晶硅片正面表面上形成若干由四個[111]晶面構(gòu)成的金字塔形狀的四棱錐，這些四棱錐構(gòu)成單晶硅片的第一層絨面，用酸性溶液清洗單晶硅片的第一層絨面，對四棱錐的四個[111]晶面活性處理，再將單晶硅片放入第二堿性溶液中，對四棱錐的四個[111]晶面進(jìn)行腐蝕，形成三角形滑移面堆積的、分層的單晶硅片的第二層絨面，這兩層絨面構(gòu)成太陽能電池的高效光吸收結(jié)構(gòu)，用酸性溶液清洗單晶硅片的絨面，再用熱氧化法或PECVD法或磁控濺射法，在多層絨面結(jié)構(gòu)的表面生長厚度為0.1?0.4um的二氧化硅膜或厚度為0.08?0.15um的氮化硅增透膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于清洗單晶硅片后，氧化單晶硅片正背兩面，氧化層厚度為2900— 3100埃，用以保護(hù)背面收集柵區(qū)域，且刻蝕掉單晶硅片正面光照區(qū)氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的單晶硅片表面的金字塔形狀的四棱錐高度為I?12um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在于所述的單晶硅片第二層絨面上的三角形滑移面的底部長度為0.3?8um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于步驟如下: O單晶硅片的常規(guī)清洗； 2)氧化單晶硅片正背兩面，且刻蝕掉單晶硅片正面光照區(qū)氧化層； 3)將處理過的單晶硅片放入第一堿性溶液中，并進(jìn)行攪拌，使其反應(yīng)，所述第一堿性溶液的配比為氫氧化鈉或氫氧化鉀或氫氧化鋰質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%?5%，硅酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%?3%，異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%?7%，其余為去離子水，反應(yīng)溫度為65°C?85°C，反應(yīng)時間為10?50分鐘，形成完整的四個側(cè)面為三角形的四棱錐構(gòu)成的第一層絨面； 4)對第一層絨面的四棱錐的四個三角形側(cè)面采用體積比為1:1的三氧化鉻溶液和稀釋的氫氟酸的酸性溶液進(jìn)行活性處理I?10分鐘，三氧化鉻溶液的質(zhì)量百分濃度為10%?40%，氫氟酸與水的體積百分比:HF:H20=1:5?10，然后用去離子水清洗； 5)將單晶硅片放入第二堿性溶液中，用磁力攪拌器攪拌或通入二氧化碳?xì)怏w，使其反應(yīng)形成第二層絨面，所述第二堿性溶液的配比為:氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%?3%,第一、二堿性溶液堿金屬離子不同,娃酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%?3%,異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%?7%,其余為去離子水，反應(yīng)溫度為65°C?85°C,反應(yīng)時間為10?50分鐘； 6)利用步驟4)中所述的酸性溶液去除單晶硅片表面的堿金屬離子和化學(xué)反應(yīng)生成的沉積物，然后用去離子水清洗； 7)再用熱氧化法或PECVD法或磁控濺射法，在第一、二層絨面的表面生長0.1?0.4um的二氧化硅膜或0.08?0.15um的氮化硅增透膜。
【文檔編號】H01L31/18GK103531656SQ201310398216
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】李同彩, 胡思福, 溫才, 唐金龍, 李曉紅, 劉德雄, 張軍 申請人:西南科技大學(xué)