一种用于金刚线切割多晶硅片太阳能电池的制绒方法技术

一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方法，在金刚线切割多晶硅片表面涂覆光刻胶，形成光刻胶掩膜层；曝光显影形成掩膜图案；对光刻胶掩膜层表面进行表面处理，使得25℃下光刻胶掩膜层表面接触角降低到15°以下；将金刚线切割多晶硅片形成有光刻胶掩膜层的一面朝下，放置在滚轮上，滚轮放置在酸性刻蚀液中，对硅片进行单面刻蚀，将刻蚀后的金刚线切割多晶硅片通过高温烧结炉去除表面剩余的光刻胶，烧结后的金刚线切割多晶硅片经过酸洗、碱洗以及水洗，得到绒面结构。本发明专利技术改进了目前湿法制绒需要硅片整体浸入酸溶液的工艺流程，特别改善了掩膜湿法刻蚀的时候硅片背面必须要保护的缺点，大大的节省了成本和提高了生产效率。

A method of making velvet for polycrystalline silicon wafer solar cells with diamond wire cutting

A method for fabricating polycrystalline silicon solar cells by wire cutting with diamond is described. The photoresist mask is formed by coating the surface of polycrystalline silicon wafer with photoresist. The mask pattern is formed by exposure development. The contact angle of the photoresist mask layer is reduced to 15 degrees at 25 degrees by surface treatment. The silicon wafer is etched on one side by the roller in the acid etching solution. The etched polycrystalline silicon wafer is removed by high temperature sintering furnace, and the polycrystalline wafer is cut by the diamond wire after sintering. The silicon wafers were obtained by pickling, alkali washing and water washing. The invention improves the process flow of wet-process velvet needing silicon wafer immersed in acid solution as a whole, especially improves the disadvantage that the back of silicon wafer must be protected when the mask is wet-etched, and greatly saves the cost and improves the production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种用于金刚线切割多晶硅片太阳能电池的制绒方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别是一种用于金刚线切割多晶硅片太阳能电池的制绒方法。
技术介绍
对太阳能电池表面进行织构化处理，形成有效的减反射效果的过程被称为制绒，是太阳能电池高效化的重要手段之一。由于多晶硅晶向杂乱，无法像单晶硅那样通过各向异性腐蚀得到均匀的类金字塔绒面结构。多晶硅绒面结构杂乱，形状、大小以及深浅没有规律性，因此反射率较高(22％以上)，导致了电池效率同单晶硅相比至少有0.5％的差距。即使获得了较低的光反射率，却往往会产生非常多的表面缺陷，导致载流子复合增大，后续扩散和电极接触的失败。目前的多晶硅片采用了酸刻蚀条件下的缺陷制绒，利用在缺陷处氧化反应速度较快的特点，围绕缺陷形成高低不平的沟壑状绒面，绒面结构的反射率大多设定在22％-24％之间。但是，由于近年来太阳能电池成本的压力，用更加低成本的金刚线切割硅片替代原有的砂浆切割硅片要求也越来越紧迫。对于单晶硅片来说，由于采用了各向异性的碱制绒，金刚线切割单晶硅片的制绒不受影响，但是对金刚线切割的多晶硅片来说，由于在切割时形成的缺陷层较薄，缺陷密度低，导致了传统的多晶硅酸刻蚀制绒工艺的失效，绒面的平均反射率往往在26％以上，而且绒面结构非常不均匀，这也是限制金刚线切割多晶硅片在光伏电池领域推广的重要原因。现有的能够在金刚线切割多晶硅的表面形成较为均匀的绒面结构的方法主要有激光刻蚀、真空反应性离子(RIE)刻蚀、金属纳米粒子辅助湿法制绒，以及各种掩膜湿法刻蚀等。其中，RIE，需要在真空等离子氛围中进行，而激光刻蚀容易对硅片造成损伤，金属纳米粒子辅助湿法刻蚀，不仅需要大量贵金属纳米粒子，而且金属粒子的污染问题很难完全避免，同时纳米结构导致的表面结构缺陷也需要额外的工序去除，因此这几种方法虽然可以用于金刚线切割多晶硅太阳能电池，但加工复杂、成本昂贵而且产率非常低，不利于工业化生产，基于掩膜的湿法刻蚀，特别是光刻胶掩膜以其成本低、大面积成膜简单等特点克服了上述不足，专利技术也层出不穷(参考专利申请号200810070747.9，申请号201110241813.6，CN102420338.B，201110241813.6等)。然而，上述的湿法掩模制绒都采用了浸渍的方式进行，即将掩模化的多晶硅片放入到酸混合溶液中进行刻蚀。此时，未有掩模覆盖的硅片背面的刻蚀速度和反应程度要远远大于有掩膜覆盖的硅片表面，为了避免对硅片产生过度刻蚀，同时也因为硅片背面不需要形成数微米深度的绒面结构，这容易导致硅片的机械强度变差，特别是对于目前越来越薄的多晶硅片来说是严重不可取的因此有必要在硅片背面采用保护膜的形式来阻止刻蚀反应的进行。背面保护的工序不仅要浪费背面保护材料，造成成本上升，刻蚀完后背面保护材料的去除也增加了成本降低了生产效率。然而，在湿法掩膜刻蚀中不采用浸渍法实现单面刻蚀，例如只让掩膜覆盖的硅片表面接触到刻蚀液，看起来非常简单，事实上却完全不能够形成稳定的刻蚀反应，因此掩膜湿法刻蚀中基本没有真正单面刻蚀的报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于金刚线切割多晶硅片太阳能电池的制绒方法，形成结构规整的蜂巢状绒面，得到低的绒面平均反射率。同时保证绒面内反射率分布均匀，在短波长和长波长段电池的光电转换效率都能得到提高，适用于规模化生产。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方法，包括以下步骤：1)在预处理后的金刚线切割多晶硅片表面涂覆光刻胶薄膜，曝光显影形成掩膜图案；2)对光刻胶掩膜层表面进行处理，改善光刻胶掩膜层表面的亲水性能，使得25℃下光刻胶掩膜层表面接触角降低到15°以下；3)将金刚线切割多晶硅片形成有光刻胶掩膜层的一面朝下，放置在滚轮上，滚轮放置在酸性刻蚀液中，使只有金刚线切割多晶硅片单面接触到酸性刻蚀液，硅片背面同空气接触，酸性刻蚀液通过表面处理后的掩模上的开孔对金刚线切割多晶硅片进行刻蚀；4)将刻蚀后的金刚线切割多晶硅片通过高温烧结炉去除表面剩余的光刻胶，烧结后的金刚线切割多晶硅片经过酸洗、碱洗以及水洗，得到单面制绒的金刚线切割多晶硅片。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中金刚线切割多晶硅片采用以下过程进行预处理：采用酸性或碱性刻蚀液对金刚线切割多晶硅片两面进行刻蚀，去除金刚线切割多晶硅片表面损伤层，然后清洗烘干。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中光刻胶涂敷方式为丝网印刷或者喷涂。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中光刻胶掩膜层厚度为2～5微米。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中掩膜开孔尺寸为7～9微米，掩膜周期在20微米以内。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中对光刻胶掩膜层表面进行表面处理的具体过程如下：采用质量浓度0.1～1％的表面活性剂的水溶液浸渍、喷淋或涂布光刻胶掩膜层，使得25℃下光刻胶掩膜层表面接触角降低到15°以下。本专利技术进一步的改进在于，表面活性剂为AEO系列或烷烃复配型表面活性剂。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中酸性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合液，并且体积比氢氟酸：硝酸＝1:(4～8)；其中，氢氟酸质量浓度为49％，硝酸质量浓度为68％。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中酸刻蚀液温度为10～18℃。本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中烧结温度为500～600℃，时间为40s～60s。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：1.本专利技术改进了目前的酸腐蚀制绒不能适用于金刚线切割硅片的缺点，同时得到的绒面反射率大大的低于目前普通多晶硅片制绒后的反射率。采用本专利技术的方法可以成功制备具有同等或高于普通多晶硅太阳年电池的金刚线切割硅片太阳能电池，并且可以用于大规模工业生产，保证了低成本高质量的金刚线切割硅片在太阳能电池上的工业应用。2.相对于其他的掩膜湿法制绒工艺，本专利技术改进了目前湿法制绒需要硅片整体浸入酸溶液的工艺流程，特别改善了掩膜湿法刻蚀的时候硅片背面必须要保护的缺点，大大的节省了成本和提高了生产效率。3.相比其他用于金刚线切割多晶硅片的制绒方式，本专利技术采用了光刻胶掩膜湿法制绒工艺，对绒面的结构的腐蚀坑的大小和深度，以及腐蚀坑的排列及分布密度等具有很强的控制性，，可以使多晶硅的绒面组织机构非常合理，达到理想的光反射率。与现有的工艺比较，本专利技术的方法可以将其反射率由22％～27％下降到19％甚至更低。即使是反射率较高的金刚线切割硅片，采用本专利技术的方法也可使反射率降低到22％以下。同时，绒面腐蚀坑的光滑度得到提高，腐蚀造成的硅片结构缺陷得到抑制，有利于后续扩散、电极印刷等工艺。4.本专利技术得到的绒面结构尺寸是微米级的，同其他方法制备的纳米级的金刚线切割绒面结构尺寸相比，表面缺陷明显减少，组件构成后效率衰减降低。5.本专利技术是连续方式制绒，同目前普通多晶硅的制绒流程近似，因此设备兼用性高，除了曝光系统，在对金刚线切割多晶硅片制绒时，没有金属纳米粒子辅助制绒方式中的金属污染，没有大型的真空设备，成本低。进一步的，丝网印刷可以节省光刻胶用量，喷涂可以一次性处理复数的硅片。附图说明图1为金刚线多晶硅片连续制绒的示意图；图2为专利技术实施例1中光刻胶掩膜图案的电镜照片；图3为专利技术实施例1中制绒后金刚线切割多晶硅片表面制绒区的显微镜局部照片；图4为专利技术实施例1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在预处理后的金刚线切割多晶硅片表面涂覆光刻胶薄膜，曝光显影形成掩膜图案；2)对光刻胶掩膜层表面进行处理，改善光刻胶掩膜层表面的亲水性能，使得25℃下光刻胶掩膜层表面接触角降低到15°以下；3)将金刚线切割多晶硅片形成有光刻胶掩膜层的一面朝下，放置在滚轮上，滚轮放置在酸性刻蚀液中，使只有金刚线切割多晶硅片单面接触到酸性刻蚀液，硅片背面同空气接触，酸性刻蚀液通过表面处理后的掩模上的开孔对金刚线切割多晶硅片进行刻蚀；4)将刻蚀后的金刚线切割多晶硅片通过高温烧结炉去除表面剩余的光刻胶，烧结后的金刚线切割多晶硅片经过酸洗、碱洗以及水洗，得到单面制绒的金刚线切割多晶硅片。

【技术特征摘要】
1.一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在预处理后的金刚线切割多晶硅片表面涂覆光刻胶薄膜，曝光显影形成掩膜图案；2)对光刻胶掩膜层表面进行处理，改善光刻胶掩膜层表面的亲水性能，使得25℃下光刻胶掩膜层表面接触角降低到15°以下；3)将金刚线切割多晶硅片形成有光刻胶掩膜层的一面朝下，放置在滚轮上，滚轮放置在酸性刻蚀液中，使只有金刚线切割多晶硅片单面接触到酸性刻蚀液，硅片背面同空气接触，酸性刻蚀液通过表面处理后的掩模上的开孔对金刚线切割多晶硅片进行刻蚀；4)将刻蚀后的金刚线切割多晶硅片通过高温烧结炉去除表面剩余的光刻胶，烧结后的金刚线切割多晶硅片经过酸洗、碱洗以及水洗，得到单面制绒的金刚线切割多晶硅片。2.根据权利要求1所述的一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方法，其特征在于，步骤1)中金刚线切割多晶硅片采用以下过程进行预处理：采用酸性或碱性刻蚀液对金刚线切割多晶硅片两面进行刻蚀，去除金刚线切割多晶硅片表面损伤层，然后清洗烘干。3.根据权利要求1所述的一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方法，其特征在于，步骤1)中光刻胶涂敷方式为丝网印刷或者喷涂。4.根据权利要求1所述的一种用于金刚线切割多晶硅太阳能电池片的制绒方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏，宋爽，徐晓宙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61