单晶硅表面制绒方法技术

本发明专利技术公开了一种单晶硅表面制绒方法，采用常规的碱‑异丙醇为刻蚀溶液，对单晶硅进行表面制绒，采用密闭式刻蚀槽，该密闭式刻蚀槽与真空泵相连，在制绒过程中，其压强为大气压与低压交替变化。本发明专利技术提出的单晶硅制绒新方法，相比于常规的制绒方法，可以减少制绒时间和异丙醇的蒸发，在光伏行业具有较大的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
单晶硅表面制绒方法
本专利技术属于太阳能电池
，涉及一种单晶硅表面制绒方法。
技术介绍
为了减少太阳光在单晶硅电池片表面的反射，增加电池片对光的吸收，通常需要在单晶硅片表面制备绒面结构。制备单晶硅绒面结构的方法，主要分为湿法和干法制绒。干法制绒主要分为机械刻槽、反应离子刻蚀、光刻技术等，可以制备出表面形状规则、反射率低的绒面结构，但是生产成本高，难于大规模量产。湿法制绒主要是利用单晶硅的各向异性的特点，使单晶硅与化学试剂发生反应，在硅表面形成具有陷光效应的绒面结构。由于湿法制绒的成本低，工艺简单，在光伏行业得到了广泛的应用。目前在光伏行业，单晶硅的制绒通常是采用湿法制绒，其制绒化学试剂主要是碱(氢氧化钾或氢氧化钠)、异丙醇等，异丙醇的主要作用是抑制化学反应过程中产生的氢气泡，以消除硅片表面的气泡斑点。这种常规的碱-异丙醇制绒方法也存在一些不足之处，主要是腐蚀过程中异丙醇的持续蒸发，使得制绒过程中要不断添加异丙醇。另外，由于目前光伏行业普遍使用的金刚线切割的硅片表面存在一层非晶硅，这会延长碱-异丙醇制绒时间。如果常规的碱-异丙醇制绒在周期性变化的低压(低压与大气压交替变化)密闭环境中进行，加速化学反应的进程，异丙醇的蒸发量和制绒时间比在大气压环境中的减少很多。在大气压强下异丙醇的沸点是82.4℃，而制绒温度维持在80℃不变，压强的减少意味着异丙醇的沸点降低，例如，在0.5个大气压强下，沸点下降为67.5℃，也就说异丙醇在低于制绒温度下(80℃)就沸腾了，加快了腐蚀速度。另一方面，压力的释放会在硅片表面产生蒸汽气泡，当压力再次施加时，气泡就会破裂。压力和温度的大小以及引入压力的速率可以控制气泡的生长速率和大小。气泡形成有助于碱与硅片反应产生的可溶性的硅酸盐颗粒进入蚀刻溶液中的扩散。气泡在硅片表面包覆颗粒，然后气泡被分离，去除气泡内的颗粒，使硅片表面与新鲜的刻蚀液接触，进而加速了硅片刻蚀进程。同时，碱与硅片反应生成的氢气泡在低压过程中会加速破裂，同样也会加速硅片的刻蚀速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效的单晶硅表面制绒方法。为此，本专利技术采用的技术方案是这样的：单晶硅表面制绒方法，采用常规的碱-异丙醇为刻蚀溶液，对单晶硅进行表面制绒，其特征在于：采用密闭式刻蚀槽，该密闭式刻蚀槽与真空泵相连，在制绒过程中，其压强为大气压与低压交替变化。具体地，本专利技术的单晶硅表面制绒方法，包括以下步骤：1)硅片损伤层去除：在封闭式低压真空制绒装置中，利用H2O2和KOH或NaOH去除硅片表面杂质及机械损伤层，此时，真空泵关闭，也就是在大气压强下进行处理；具体工艺为：用H2O2与浓度为15～25％的KOH或NaOH溶液，按照体积比为1:10～20配置成混合液，加热至80℃，然后把双面未抛光的单晶硅片放入其中，腐蚀300s，再用去离子水冲洗3次；2)硅片制绒：损伤层去除以后，把硅片放入装有制绒液的刻蚀槽，制绒温度为80℃，制绒时间为10～30min，制绒液为：1.0～2.0wt％(重量百分比)NaOH、0.5～1.0wt％Na2SiO3和3～6wt％异丙醇；在制绒过程中，打开真空泵，真空腔的压强在0.5与1.0个大气压之间交替变化，变化周期为2～5s；3)制绒完成后残留在硅片表面的碱溶液和金属离子去除：利用浓度为10～20％的盐酸在室温下浸泡120～180s，然后用去离子水冲洗3次；之后，为了去除硅片表面的氧化层，利用浓度为1％的氢氟酸在室温下浸泡60～90s，然后用去离子冲洗3次；最后，硅片在氮气保护下甩干，去除硅片表面水珠。本专利技术提出的单晶硅制绒新方法，相比于常规的制绒方法，可以减少制绒时间和异丙醇的蒸发，在光伏行业具有较大的推广应用价值。附图说明以下结合附图和本专利技术的实施方式来作进一步详细说明图1为密闭式低压真空制绒装置示意图；图2为密闭式低压真空制绒与开放式大气压制绒后硅片的反射率；S1为密闭式低压真空制绒的反射率，S2为开放式大气压制绒后硅片的反射率。具体实施方式参见附图。本实施例的封闭式低压真空制绒装置主要由3部分组成，密闭式化学溶液刻蚀槽1、低压真空腔2和真空泵3组成。刻蚀槽与常规的开放式碱-异丙醇刻蚀槽的内部相同，外部是密封的，可以使蒸发的化学溶液，尤其是异丙醇，经过刻蚀槽的顶部冷凝后重新回到刻蚀液之中。真空泵为普通的机械泵或罗茨泵。本实施例的单晶硅表面制绒方法，包括以下步骤：1)硅片损伤层去除：在封闭式低压真空制绒装置中，利用H2O2和KOH或NaOH去除硅片表面杂质及机械损伤层，此时，真空泵关闭，也就是在大气压强下进行处理。具体工艺为：用H2O2与浓度为15～25％的KOH或NaOH溶液，按照体积比为1:10～20配置成混合液，加热至80℃，然后把双面未抛光的单晶硅片放入其中，腐蚀300s，再用去离子水冲洗3次。2)硅片制绒：损伤层去除以后，把硅片放入装有制绒液的刻蚀槽，制绒温度为80℃，制绒时间为10～30min，制绒液为：1.0～2.0wt％(重量百分比)NaOH、0.5～1.0wt％Na2SiO3和3～6wt％异丙醇。在制绒过程中，打开真空泵，真空腔的压强在0.5与1.0个大气压之间交替变化，变化周期为2～5s。3)制绒完成后残留在硅片表面的碱溶液和金属离子去除：利用浓度为10～20％的盐酸在室温下浸泡120～180s，然后用去离子水冲洗3次。之后，为了去除硅片表面的氧化层，利用浓度为1％的氢氟酸在室温下浸泡60～90s，然后用去离子冲洗3次。最后，硅片在氮气保护下甩干，去除硅片表面水珠。4)测试分析：为了与常规大气压强下的制绒效果相比，关闭真空泵，真空腔与刻蚀槽是开放式的而不是密闭的，其他的工艺完全相同，测量制绒后硅片的反射率。图2给出了两种方法制绒后硅片反射率的变化，从图中可以看出，采用本专利技术采用的密闭式低压真空制绒后，硅片在太阳光波长为300～1100nm范围内的平均反射率为14.3％，而常规开放式大气压制绒方法的为15.2％，平均反射率降低了0.9％。通过进一步改变制绒时间后发现，在制绒后获得相同反射率的情况下，密闭式低压真空制绒的时间为常规开放式大气压制绒的时间的40～60％。经过分析制绒后异丙醇的含量得知，密闭式低压真空制绒后异丙醇的蒸发量小于1％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单晶硅表面制绒方法，采用常规的碱‑异丙醇为刻蚀溶液，对单晶硅进行表面制绒，其特征在于：采用密闭式刻蚀槽，该密闭式刻蚀槽与真空泵相连，在制绒过程中，其压强为大气压与低压交替变化。

【技术特征摘要】
1.单晶硅表面制绒方法，采用常规的碱-异丙醇为刻蚀溶液，对单晶硅进行表面制绒，其特征在于：采用密闭式刻蚀槽，该密闭式刻蚀槽与真空泵相连，在制绒过程中，其压强为大气压与低压交替变化。2.如权利要求1所述的单晶硅表面制绒方法，其特征在于：包括以下步骤：1)硅片损伤层去除：在封闭式低压真空制绒装置中，利用H2O2和KOH或NaOH去除硅片表面杂质及机械损伤层，此时，真空泵关闭，也就是在大气压强下进行处理；具体工艺为：用H2O2与浓度为15～25％的KOH或NaOH溶液，按照体积比为1:10～20配置成混合液，加热至80℃，然后把双面未抛光的单晶硅片放入其中，腐蚀300s，再用去离子水冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：包大新，陈健生，黄仕华，王佳，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33