单晶硅基材的织构化制造技术

本申请涉及单晶硅基材的织构化。制备单晶硅基材表面用于后续织构化步骤的方法，该方法包括：a.通过使表面与清洁溶液接触来从表面去除污染物；b.用包含12‑19重量％的KOH和/或NaOH的水性溶液对经预清洁的表面进行蚀刻；c.在7‑10的pH，用水性介质对经蚀刻的表面进行清洗；以及d.在2‑4.5的pH，使经清洗、蚀刻的表面接触臭氧化的去离子水，从而将经清洗、蚀刻的表面转变为经制备的表面。还提供了对经制备的表面进行织构化的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池生产领域，更具体地，涉及太阳能电池的生产方法，其包括在织构化之前的预清洁步骤。
技术介绍
在晶体硅太阳能电池生产领域，为了增强太阳光的吸收，对太阳能电池的前表面进行织构化。这通过减少反射损耗改善了光俘获性质，从而改善了外部量子效率，并从而改善了电池的能量转化效率。该织构化的质量对于太阳能电池的性能是至关重要的。具体来说，织构化结构的尺寸和均匀性是影响所述性能的关键参数。典型地，这些织构化结构具有金字塔形形状，并且希望它们的尺寸和间隔是均匀分布的。在该织构化之前，通常对从晶片切割工厂获得的刚切割的晶片进行一个或多个预备步骤。这些预备步骤是必需的，因为晶片的表面受到切割工艺的高度痕量污染，例如，浆料、金属、有机杂质等。一个重要的预备步骤是通常就在织构化之前进行的锯切损坏的去除(锯切损坏去除，SDR)。通常通过使用氢氧化钾或氢氧化钠溶液，以20-40重量％的浓度进行SDR。US2011/0111548A1尝试通过在典型的SDR步骤之前引入预清洁步骤来改善表面织构化的质量。该预清洁步骤是向晶体硅基材的刚切割的表面施加臭氧化的去离子水，从而去除表面污染物。在US2011/0111548A1中，取决于测量的样品，在950nm获得的反射率(样品上9点平均值)的范围是9.05-9.47％。这对应于在950nm约为9.3％的反射率(8个不同样品的平均值)。如果在700nm测量的话，这进而对应于超过10％的反射率。同样地，取决于测量的样品，在样品上进行的9次反射率测量的标准偏差是0.7-2.1％(绝对值)，即，0.7-2.2％(相对值，参见US2011/0111548A1的附图4和5)。但是，本专利技术的专利技术人意识到在US2011/0111548A1的指导下，这些方法通常导致在待织构化表面上形成硅酸盐。这意味着如果能够减少或抑制上述污染的话，可以进一步改善反射率和反射率标准偏差。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供用于在单晶硅太阳能电池的表面上获得低反射率的良好方法。本专利技术方法的实施方式的优点在于，其能够在织构化之前实现非常干净的表面。具体来说，本专利技术方法的实施方式的优点在于，可以减少或避免在待织构化表面上形成硅酸盐。不希望受限于理论，专利技术人相信，在本专利技术的实施方式中，这是通过避免SDR步骤和紧接其后的步骤(例如，SDR后的清洗步骤)之间过大的pH差得以实现。专利技术人确定的在减少或避免硅酸盐形成中起作用的另一个因素是，避免SDR步骤和紧接其后的步骤之间过大的温差。本专利技术方法的实施方式的优点在于较为快速。本专利技术方法的实施方式的优点在于其具有较低成本。本专利技术方法的实施方式的优点在于其与现有的织构化后步骤是相容的。具体来说，其实现了良好的织构化后的钝化和扩散步骤，并且实现了良好的织构化后激光烧蚀步骤和金属镀覆步骤，具有良好的均匀性。本专利技术实施方式的优点在于，可以实现金字塔状物尺寸较为均匀分布的单晶硅表面。本专利技术实施方式的另一个优点在于，可以实现金字塔状物在空间上较为均匀分布的单晶硅表面。本专利技术实施方式的另一个优点在于，可以实现在700nm处测得的反射率低于10％、甚至低于9％的单晶表面。本专利技术实施方式的另一个优点在于，可以获得标准偏差是0.4-1.9％(相对值，样品上进行9次测量)的该反射率。本专利技术实施方式的优点在于，可以实现高至22.5％的电池能量转化效率(对于大面积n型cz-Si电池)。在第一个方面，本专利技术涉及制备用于后续织构化步骤的单晶硅基材表面的方法，该方法包括以下步骤：a.通过使表面与清洁溶液接触，从表面去除污染物，从而将表面转变成经过预清洁的表面；b.用水性溶液对经过预清洁的表面进行蚀刻，所述水性溶液包含12-19重量％，优选13-18％的KOH和/或NaOH，从而将经过预清洁的表面转变成经蚀刻的表面；c.在7-10，优选7-8的pH，用水性介质来清洗经蚀刻的表面，从而将经蚀刻的表面转变成经清洗、蚀刻的表面；以及d.使经清洗、蚀刻的表面与臭氧化的去离子水在2-4.5的pH接触，从而将经清洗、蚀刻的表面转变成经制备的表面。根据本专利技术的第一个方面的实施方式的方法通常应用于将会变成单晶硅太阳能电池的前表面的表面，但是其也可应用于单晶基材的两个表面，例如为了形成双面太阳能电池。步骤a是预清洁步骤。该预清洁步骤改善了在后续进行的织构化步骤过程中形成的织构化结构的几何形貌的均匀性。在该预清洁步骤中，将预清洁溶液施涂到单晶硅基材的表面(通常是刚切割的表面)以去除污染物，从而将刚切割的表面转变成经过预清洁的表面。可以通过各种方法完成预清洁溶液的施涂，包括但不限于，浴浸入、喷涂、喷头分配和/或其组合。合适的预清洁溶液包括臭氧化的去离子水(DIO3)、HF/O3以及氢氧化钾或氢氧化钠的稀释水性溶液。在预清洁溶液是氢氧化钾或氢氧化钠的稀释水性溶液的一个实施方式中，预清洁溶液的氢氧化钾或氢氧化钠的浓度会是约为0.1-5重量％(余下是去离子水(DI)水)，以及最优选是0.1-1重量％(余下是DI水)。在其他实施方式中，预清洁溶液可以是APM、KPM、HF/O3、HF/HNO3，或其组合。当然，在某些实施方式中可以使用其他预清洁溶液。对于使用的特定单晶硅基材，可以对确切的参数，例如暴露时间，以及预清洁溶液的选择进行优化。本专利技术的详细描述中描述了优选的预清洁溶液。一旦完成了预清洁步骤a，则进行步骤b，其中，向单晶硅基材的经过预清洁的表面施涂去除锯切损坏的溶液，以去除锯切过程期间引起的物理损坏，从而将经过预清洁的表面转变成经蚀刻的表面。步骤b的目的是至少从经过预清洁的表面(通常是从基材的两侧)去除一定厚度的材料。该步骤能够去除在刚切割的硅基材中通常存在的所谓的锯切损坏。需要去除的材料厚度取决于在制备之前的基材具有的质量，但是通常来说，可以从经过预清洁的表面(通常是两侧)去除厚度约为5μm的硅。当与US2011/0111548A1进行比较时，根据本专利技术的步骤b的一个重要优点在于，用于形成经蚀刻的表面的水性溶液的碱性比现有技术所使用的要低得多。比现有技术需要较少的NaOH或KOH在经济和生态这两方面而言都是有利的。通过使用pH为7-10的水性介质，步骤c能够去除KOH和/或NaOH，同时避免前一步骤的pH冲击。该水性介质通常包括去离子水，任选地，具有溶解在其中的NaOH和/或KOH。当pH高于7时，这通常是从步骤b转入步骤c的(痕量)NaOH和/或KOH的结果(例如，从用于步骤b的蚀刻浴转入到用于步骤c的清洗浴)。因此，用pH为7-10的水性溶液进行步骤c，所述水性溶液包括去离子水和任选的NaOH和/或KOH。优选地，该pH是7-8。通过以较低的KOH和/或NaOH浓度进行步骤b，不会产生理想的亲水性表面。对于亲水性表面，由于晶片表面的均匀润湿，后续的织构化过程可以在表面区域上以更为均匀的分布展开。为了补偿该缺点，步骤d对经清洗、蚀刻的表面进行氧化，从而使其具有足够的亲水性来实现最终后续织构化溶液的良好铺展，从而能够获得良好的织构均匀性。步骤d的温和酸性溶液还有助于从表面去除金属污染物。在另一个方面，本专利技术涉及对单晶硅基材表面进行织构化的方法，该方法包括：通过第一方面的方法制备单晶硅基材表面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备单晶硅基材表面用于后续织构化步骤的方法，所述方法包括：a.通过使表面与清洁溶液接触，从所述表面去除污染物，从而将所述表面转变成经过预清洁的表面；b.用水性溶液对所述经过预清洁的表面进行蚀刻，所述水性溶液包含12‑19重量％，优选13‑18％的KOH和/或NaOH，从而将所述经过预清洁的表面转变成经蚀刻的表面；c.在7‑10的pH，用水性介质来清洗所述经蚀刻的表面，从而将所述经蚀刻的表面转变成经清洗、蚀刻的表面；以及d.使所述经清洗、蚀刻的表面与臭氧化的去离子水在2‑4.5的pH接触，从而将所述经清洗、蚀刻的表面转变成经制备的表面。

【技术特征摘要】
2015.09.07 EP 15184061.81.一种制备单晶硅基材表面用于后续织构化步骤的方法，所述方法包括：a.通过使表面与清洁溶液接触，从所述表面去除污染物，从而将所述表面转变成经过预清洁的表面；b.用水性溶液对所述经过预清洁的表面进行蚀刻，所述水性溶液包含12-19重量％，优选13-18％的KOH和/或NaOH，从而将所述经过预清洁的表面转变成经蚀刻的表面；c.在7-10的pH，用水性介质来清洗所述经蚀刻的表面，从而将所述经蚀刻的表面转变成经清洗、蚀刻的表面；以及d.使所述经清洗、蚀刻的表面与臭氧化的去离子水在2-4.5的pH接触，从而将所述经清洗、蚀刻的表面转变成经制备的表面。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，去除污染物包括使所述表面与包含反应性氧物质的溶液接触。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使所述表面与包含反应性氧物质的溶液接触包括：使所述表面与臭氧化的去离子水在2-4.5，优选2-4，更优选2-3的pH接触。4.如权利要求2或3所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·约翰，M·哈斯林格，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时;BE