一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法技术

本发明专利技术涉及一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液；将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液；将硅片先后浸入到第一制绒溶液和第二制绒溶液进行制绒，本发明专利技术采用两步制绒法，先利用传统的HF‑HNO3‑H2O制绒体系在金刚线切割多晶硅表面蚀刻出微米级的较大虫洞结构，然后利用H2O2‑HF‑H2O体系再蚀刻出更小尺寸的微洞结构，可以有效将金刚线切割多晶硅片制绒后反射率降低至16%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金刚线切割多晶硅片的制绒领域，特别是一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法。
技术介绍
目前光伏领域所用晶体硅片的切割主要采用砂浆多线切割技术,但是该技术存在切割工艺效率低下、加工成本高、切割后废砂浆的排放污染大等问题。相比之下，固体磨料金刚石线锯切割（简称金刚线切割）技术因具有切割效率高、加工成本低和环境清洁等优点，受到了越来越多的关注，有望成为晶体硅等硬脆材料切片技术的未来发展方向。金刚石线锯切割技术是一种新兴的硅片切割技术，该技术所使用的金刚石线锯通常是用电镀方法，将金刚石颗粒固结在不锈钢表面的镍基合金层中制成的，切割过程中，金刚石线锯高速运转，以一定的压力对硅材料进行磨削加工。与传统的砂浆线锯切割相比，金刚石线锯切割具有以下几个方面的优势：1.加工效率高，是砂浆线锯切割技术的数倍以上；2.切割加工硅片时，无需添加SiC 微粉等研磨浆料，仅使用水基冷却剂，大大降低了硅片的加工成本且对环境污染很小，后期硅锯屑的回收提纯更加简单高效；3.金刚石线锯可以重复利用若干次，降低了整体切割成本。由于金刚线切割的切割原理与砂浆多线切割的切割原理不同，所以两种切割工艺得到的硅片表面的形貌存在很大差异。砂浆多线切割的硅片表面主要以脆性破碎断裂形成的形貌为主，硅片表面存在很多微小的不规则凹坑。而金刚线切割的硅片表面除存在脆性破碎断裂形成的不规则凹坑外，还存在大量由塑性磨削切割形成的光滑切割纹，所以最终金刚线切割的硅片表面呈现出脆性和塑性的混合形貌。在太阳能电池生产过程中，硅片表面织构化（制绒）在降低表面反射率方面起着重要作用，也是提高太阳能电池光电转化效率的有效手段之一。目前多晶硅片的制绒工艺多采用HF-HNO3-H2O体系的酸性溶液的湿化学腐蚀工艺，该酸性溶液利用的是对硅片表面的各种缺陷进行各向同性腐蚀，从而降低硅片表面反射率。其反应原理是利用硝酸的氧化性将硅氧化成二氧化硅：Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O，然后利用氢氟酸与二氧化硅的反应进行蚀刻形成硅洞结构：SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O。砂浆多线切割硅片表面主要为不规则凹坑，本身缺陷分布均匀性好，故通过HF-HNO3-H2O体系的制绒工艺可以得到整面腐蚀均匀的绒面。但金刚线切割硅片表面为不规则凹坑和光滑切割纹组成的混合形貌，表面缺陷分布不均匀，故单纯通过常规的HF-HNO3-H2O制绒工艺无法得到整面腐蚀均匀的绒面。传统技术存在的缺点，尽管酸腐蚀法制备多晶硅绒面因为其工艺成熟，价格低廉等优势成为了目前多晶硅太阳能电池行业制绒的主要方式。但采用现行的酸制绒工艺对金刚石切割多晶硅片进行制绒，难以消除硅片表面切割纹（图1），制绒后硅片表面的虫洞直径普遍在几个微米左右，且大小不均，反射率在26%左右，不能满足工业生产要求。在申请号为201410842460.9的专利中，在传统HF-HNO3-H2O体系之前增加了金属辅助化学刻蚀技术，采用的是贵金属盐，明显增加了废液处理工序成本、材料成本和时间成本。
技术实现思路
鉴于目前技术存在的上述不足，本专利技术提供一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，本专利技术采用两步制绒法，先利用传统的HF-HNO3-H2O制绒体系在金刚线切割多晶硅表面蚀刻出微米级的较大虫洞结构，然后利用H2O2-HF-H2O体系再蚀刻出更小尺寸的微洞结构，可以有效将金刚线切割多晶硅片制绒后反射率降低至16%，在几乎不增加生产成本的前提下，依然采用酸腐蚀工艺，即通过氧化剂（H2O2和HNO3）氧化硅，再利用HF与通过两步腐蚀的方法，产生反射率达到16%的制绒表面，增强光的捕获与吸收，提高电池效率。本专利技术的采用如下技术方案：一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液；将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液；将硅片先后浸入到第一制绒溶液和第二制绒溶液进行制绒。作为本专利技术的优选技术方案，所述将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液的步骤包括：将季戊四醇、聚乙二醇、去离子水按体积比2～3: 2～33:194配制添加剂溶液；将HF、HNO3、H2O和添加剂溶液按体积比12～20:35～50:35～50:1配制成第一制绒溶液。作为本专利技术的优选技术方案，所述将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液的步骤包括：将H2O2、HF和H2O按体积比1～2:8～12:40配制成第二制绒溶液。作为本专利技术的优选技术方案，所述将硅片先后浸入到第一制绒溶液和第二制绒溶液进行制绒的步骤包括：将金刚线切割的硅片进行清洗并用甩干机甩干；将甩干后的硅片浸入到第一制绒溶液中进行第一步制绒；将经过第一步制绒的硅片浸入到溢流槽中进行漂洗并甩干；将经过溢流槽中进行漂洗并甩干的硅片浸入到第二制绒溶液中进行第二步制绒；将经过第二步制绒的硅片浸入到碱制绒溶液中，然后浸入到溢流槽中进行漂洗后在稀HCl-HF溶液中浸泡；将在稀HCl-HF溶液中浸泡过后的硅片浸入到溢流槽中进行漂洗然后甩干即得到制绒的硅片。作为本专利技术的优选技术方案，所述将甩干后的硅片浸入到第一制绒溶液中进行第一步制绒的步骤中，制绒温度为7～20℃，制绒时间60～100秒。作为本专利技术的优选技术方案，所述将经过溢流槽进行漂洗并甩干的硅片浸入到第二制绒溶液中进行第二步制绒的步骤中：制绒温度为7～20℃，制绒时间3～7分钟。作为本专利技术的优选技术方案，所述将经过第二步制绒的硅片浸入到碱制绒溶液中，然后浸入到溢流槽中进行漂洗后在稀HCl-HF溶液中浸泡的步骤中，其中浸入碱制绒溶液中的时间为10s～30s，所述碱制绒溶液为NaOH或KOH的碱性稀释溶液；在稀HCl-HF溶液中浸泡的时间为30s～120s。作为本专利技术的优选技术方案，所述HF的纯度级别为分析纯，浓度为49%；HNO3的纯度级别为分析纯，浓度为68%；H2O2浓度为30%。作为本专利技术的优选技术方案，所述将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液的步骤中，HF、HNO3、H2O和添加剂的体积比16L:42L:40L:1L。作为本专利技术的优选技术方案，所述将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液的步骤中，H2O2、HF和H2O的体积比2L:20L:80L。本专利技术的有益效果：1、采用两步制绒法，先利用传统的HF-HNO3-H2O制绒体系在金刚线切割多晶硅表面蚀刻出微米级的较大虫洞结构，然后利用H2O2-HF-H2O体系再蚀刻出更小尺寸的微洞结构，可以有效将金刚线切割多晶硅片制绒后反射率降低至16%；2、在几乎不增加生产成本的前提下，依然采用酸腐蚀工艺，即通过氧化剂（H2O2和HNO3）氧化硅，再利用HF与通过两步腐蚀的方法，产生反射率达到16%的制绒表面，增强光的捕获与吸收，提高电池效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为只经过HF-HNO3-H2O制绒体系制绒后的扫描电子显微镜图（斜面图）；图2为经过本专利技术实施例1制绒后的扫描电子显微镜图；图3为经过本专利技术实施例1制绒后的扫描电子显微镜图的更高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液；将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液；将硅片先后浸入到第一制绒溶液和第二制绒溶液进行制绒。

【技术特征摘要】
1.一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液；将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液；将硅片先后浸入到第一制绒溶液和第二制绒溶液进行制绒。2.根据权利要求1所述的一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，其特征在于，所述将HF、HNO3、H2O和添加剂配制成第一制绒溶液的步骤包括：将季戊四醇、聚乙二醇、去离子水按体积比2～3: 2～33:194配制添加剂溶液；将HF、HNO3、H2O和添加剂溶液按体积比12～20:35～50:35～50:1配制成第一制绒溶液。3.根据权利要求1所述的一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，其特征在于，所述将H2O2、HF和H2O配制成第二制绒溶液的步骤包括：将H2O2、HF和H2O按体积比1～2:8～12:40配制成第二制绒溶液。4.根据权利要求1-3任一所述的一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法，其特征在于，所述将硅片先后浸入到第一制绒溶液和第二制绒溶液进行制绒的步骤包括：将金刚线切割的硅片进行清洗并用甩干机甩干；将甩干后的硅片浸入到第一制绒溶液中进行第一步制绒；将经过第一步制绒的硅片浸入到溢流槽中进行漂洗并甩干；将经过溢流槽中进行漂洗并甩干的硅片浸入到第二制绒溶液中进行第二步制绒；将经过第二步制绒的硅片浸入到碱制绒溶液中，然后浸入到溢流槽中进行漂洗后在稀HCl-HF溶液中浸泡；将在稀HCl-HF溶液中浸泡过后的硅片浸入到溢流槽中进行漂洗然后甩干即得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，黎明，陈振，黄兰艳，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44