一种改善单晶硅太阳电池绒面的制备方法及制备工具技术

本发明专利技术公开了一种晶硅太阳电池绒面的制备方法及制备工具，首先将金刚线切割的单晶硅片插入到石墨制作的带有电极孔的花篮中，采用NH4F溶液和臭氧的方法对硅片表面进行预处理，然后将硅片放入不同的电解槽中，进行两步电化学制绒，再放入酸洗槽中进行清洗，最后进行烘干。本发明专利技术的制绒方法可以加快腐蚀速度，产业化生产中提高产量。降低化学品的用量，减少废水处理成本和降低环境污染。采用石墨花篮承载硅片，石墨作为电极，可有效的降低金属离子对硅片的污染，提高电池的开路电压。采用电化学制绒的方法，通过调节电流密度来控制绒面，稳定性更好，绒面均匀性更好，降低了硅片表面的反射率，提高电池的短路电流，进而提高电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种单晶硅太阳电池绒面制备方法和制备夹具，属于太阳电池器件制备领域。
技术介绍
目前金刚线硅片切割技术已经越来越多的应用于单晶硅太阳电池生产中单晶硅片材料的切割领域。该技术采用电镀或树脂粘合的方式将碳化硅切割粉粘结在合金钢线的表面，通过合金钢线的快速磨削将单晶硅棒切割为一片片160～200um厚度的单晶硅片。该技术具有切割速度快，切割精度高，单晶硅片表面损伤小，表面光滑等特点。但是由于该单晶硅片表面光滑损伤小的特点，给单晶硅太阳电池生产过程中的制绒工艺造成了很大的难题，主要表现在单晶硅片表面光滑损伤小，使制绒药液在该单晶硅片表面腐蚀速度降低，腐蚀均匀性难以控制，造成了金刚线单晶硅片化学制绒时间长，绒面金子塔均匀一致性差。以上原因导致金刚线切割的单晶硅片在制备金子塔绒面后，硅片表面发射率高，最终生产的太阳电池转换效率也受到了绒面均匀性的影响。由于金刚线切割单晶硅片技术能够大幅度降低切割成本，已经在光伏行业得到了大范围的推广应用，但是目前金刚线切割的单晶硅片制绒大都采用化学品NaOH碱溶液制绒的方法，将硅片背对背放置在PVDF材质的花篮里浸泡在溶液中制绒，利用氢氧化钠低浓度碱溶液对硅片的不同晶向各向异性腐蚀形成金字塔结构。这种制绒方法应用在金刚线切割单晶硅片制绒上，制绒时间长，浪费药液，污水处理费用高，且绒面均匀性差，尤其是对于质量参差不齐的金刚线切割单晶硅片绒面稳定性难控制，直接影响硅片表面绒面大小和均匀性。
技术实现思路
本专利技术本是为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种单晶硅太阳电池绒面的制备方法和工装夹具，可以降低金刚线切割单晶硅片制绒时间，提高该硅片表面金字塔绒面的均匀一致性，同时极大缩短了制绒时间，降低了化学品的耗量，减少废水处理的成本，降低化学药液对环境污染。该方法制备的绒面小而均匀性，表面金字塔绒面状况易于控制。显著降低金刚线切割单晶硅片表面的反射率，增加电池对光的吸收，从而提高电池的短路电流，提升电池的光电转换效率。本专利技术的技术方案是：一种改善单晶硅太阳电池绒面的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将装有单晶硅太阳电池硅片置于温度为60℃，质量浓度为10％的NH4F水溶液的处理槽中，同时将臭氧气体通入NH4F溶液中，去除单晶硅太阳电池硅片硅片表面的脏污和有机物。步骤二：将处理后的制备工具置于质量浓度为1％～3％的NaOH和质量浓度25％的表面活化剂、质量浓度为15％的绒面催化剂和质量浓度为10％绒面缓蚀剂的制绒添加剂混合溶液中。步骤三：将制绒后的制备工具放入质量浓度为5％～10％的HCl和质量浓度为5％～10％的HF混合液中清洗单晶硅太阳电池硅片表面，且混合液比例为1：1；之后用水漂洗硅片表面的酸，经慢提拉工艺，使硅片表面充分脱水。步骤四：将酸洗后的制备工具采用5N纯度的氮气烘干，烘干温度为400～500℃，烘干时间为300～600s；进行烘干后，取出单晶硅太阳电池硅片。本专利技术进一步的技术方案是：所述用于制造臭氧的臭氧发生器容积为1.2L，氧气流量为25sccm。本专利技术进一步的技术方案是：通过调节药液温度、药液配比以及外加电源的电流强度来控制绒面的形貌。本专利技术进一步的技术方案是：一种基于权利要求1所述制备方法所使用的改善单晶硅太阳电池绒面的制备工具，包括石墨板和陶瓷杆；若干所述石墨板之间相互平行层叠排列；石墨板上设有若干通孔，且通孔轴线与石墨板平面相互垂直；陶瓷杆穿过若干石墨板上对应位置的通孔，将若干石墨板相互串接；石墨板上设有若干凹槽，，单晶硅太阳电池片置于凹槽中；凹槽边设有硅片卡点，通过硅片卡点将单晶硅太阳电池硅片固定在凹槽里；石墨板对称的两边设有凸起；凸起上设有石墨螺丝，作为阳极。本专利技术进一步的技术方案是：所述陶瓷杆穿过平行排列的石墨板上的通孔，并通过石墨螺丝将陶瓷杆和石墨板之间相互固定。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：1、在NH4F溶液中通入臭氧气体的方法对金刚线切割的单晶硅片进行预处理，可以有效去除硅片表面的脏污和有机物，同时提高金刚线切割的单晶硅片表面的导电率。2、本专利技术采用电化学制绒的方法，使金刚线切割的单晶硅片光滑的表面腐蚀速度加快，提高该硅片表面金字塔绒面的均匀一致性，降低了化学品的耗量，减少废水处理的成本，降低化学药液对环境污染。该方法制备的绒面小而均匀性，表面金字塔绒面状况易于控制。显著降低金刚线切割单晶硅片表面的反射率，增加电池对光的吸收，从而提高电池的短路电流，提升电池的光电转换效率。3、本专利技术采用石墨花篮承载硅片，石墨作为电极，可有效的降低金属离子对硅片的污染。金刚线切割的单晶硅片插入到石墨材料制备的带有电极孔的花篮中，该硅片卡入石墨花篮的硅片槽中，并通过三个硅片卡点固定硅片位置。金刚线切割的单晶硅片一面紧贴石墨花篮的石墨片，石墨片作为阳电极；另一面单面表面浸入制绒化学药液进行单面制绒。单晶硅片单面制绒确保了电池制备工艺过程中铝浆印刷背场的平整度，使铝浆和硅片背面接触性能得到改善，形成良好的硅铝合金，提升了电池开路电压和电池对红外波段光子的吸收，提高了电池的光电转换效率。4、本专利技术采用两步电化学制绒的方法，通过调节电流密度来控制绒面，稳定性更好，绒面均匀性更好，降低了金刚线切割单晶硅片制绒后硅片表面对光的反射，提升了单晶硅太阳电池的短路电流，进而提高太阳电池的光电转换效率。5、本专利技术的实现方法简单、易于掌握，具有操作方便、重复可靠的特点，具有明确的产业化前景。附图说明图1是本专利技术的制备工具结构图；图2是本专利技术制绒槽电化学制绒的结构示意图；图3为采用本专利技术制备的硅片表面光的反射率。具体实施方式下面结合具体实施实例，对本专利技术技术方案进一步说明。1、参见图1-图3若干所述石墨板之间相互平行层叠排列；石墨板上设有若干通孔，且通孔轴线与石墨板平面相互垂直；陶瓷杆穿过若干石墨板上对应位置的通孔，将若干石墨板相互串接，形成石墨花篮；制备方法包括以下步骤：将金刚线切割的单晶硅片插入到石墨材料制备的带有电极孔的花篮中，该硅片卡入石墨花篮的硅片槽中，并通过三个硅片卡点固定硅片位置。凹槽是起到固定硅片的作用，为了硅片整个绒面的均匀性，本实施例中，如图所示，若干凹槽相互平行排列；将单晶硅太阳电池硅片固定在凹槽与卡点之间的缝隙里；陶瓷杆穿过石墨板上的通孔把各石墨板串接在一起，用石墨螺丝套在陶瓷杆上拧紧固定住。金刚线切割的单晶硅片一面紧贴石墨花篮的石墨片，石墨片作为阳电极；另一面单面表面浸入制绒化学药液进行单面制绒。将插满金刚线切割的单晶硅片的花篮放置到一定浓度的NH4F溶液中，并给溶液中通入臭氧气体进行预处理。将预处理后的金刚线切割的单晶硅片，放置到NaOH和制绒添加剂混合溶液的制绒槽中，石墨花篮两侧电极孔与制绒槽的电极接触，通过调节溶液温度、药液配比以及外加电源的电流强度来控制绒面的形貌。将制绒后的金刚线切割的单晶硅片放到HCl和HF浓度为1：1混合液的酸洗槽中清洗硅片表面。再经过三个纯水槽，漂洗硅片表面的酸，最后经过慢提拉使硅片表面充分脱水。将酸洗后的金刚线切割的单晶硅片放进氮气热风烘干机里进行烘干。石墨花篮承载硅片，不同于传统的PVDF材料的花篮，石墨花篮两侧设计有电极孔。硅片卡入石墨花篮的硅片槽中，并通过三个硅片卡点规定硅片位置。石墨片作为阳电极；另一面单面表面浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善单晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将装有单晶硅太阳电池硅片置于温度为60℃，质量浓度为10％的NH4F水溶液的处理槽中，同时将臭氧气体通入NH4F溶液中，去除单晶硅太阳电池硅片硅片表面的脏污和有机物。步骤二：将处理后的制备工具置于质量浓度为1％～3％的NaOH和质量浓度25％的表面活化剂、质量浓度为15％的绒面催化剂和质量浓度为10％绒面缓蚀剂的制绒添加剂混合溶液中。步骤三：将制绒后的制备工具放入质量浓度为5％～10％的HCl和质量浓度为5％～10％的HF混合液中清洗单晶硅太阳电池硅片表面，且混合液比例为1：1；之后用水漂洗硅片表面的酸，经慢提拉工艺，使硅片表面充分脱水。步骤四：将酸洗后的制备工具采用5N纯度的氮气烘干，烘干温度为400～500℃，烘干时间为300～600s；进行烘干后，取出单晶硅太阳电池硅片。

【技术特征摘要】
1.一种改善单晶硅太阳电池绒面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将装有单晶硅太阳电池硅片置于温度为60℃，质量浓度为10％的NH4F水溶液的处理槽中，同时将臭氧气体通入NH4F溶液中，去除单晶硅太阳电池硅片硅片表面的脏污和有机物。步骤二：将处理后的制备工具置于质量浓度为1％～3％的NaOH和质量浓度25％的表面活化剂、质量浓度为15％的绒面催化剂和质量浓度为10％绒面缓蚀剂的制绒添加剂混合溶液中。步骤三：将制绒后的制备工具放入质量浓度为5％～10％的HCl和质量浓度为5％～10％的HF混合液中清洗单晶硅太阳电池硅片表面，且混合液比例为1：1；之后用水漂洗硅片表面的酸，经慢提拉工艺，使硅片表面充分脱水。步骤四：将酸洗后的制备工具采用5N纯度的氮气烘干，烘干温度为400～500℃，烘干时间为300～600s；进行烘干后，取出单晶硅太阳电池硅片。2.如权利要求1所述的一种改善单晶硅太阳电池绒面的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：巨小宝，豆维江，郑新霞，方霆，李小玄，
申请(专利权)人：西安黄河光伏科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61