一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，其包括以下步骤：将硅研磨片浸入APM溶液中，进行超声波辅助清洗，得到表面带有一层二氧化硅薄膜的预抛光片，然后在预抛光片表面涂抹一层可光固化的碱性水凝胶，经紫外光固化之后在预抛光片得到一层碱性交联水凝胶层，升温至一定温度，对预抛光片表层进行腐蚀抛光一定时间得到抛光硅片。本发明专利技术克服了现有太阳能电池技术中的抛光液在抛光过程中的液体流动会对硅片的抛光造成不良影响，导致抛光均匀性不一，工艺不稳定的缺陷，经过本发明专利技术中的精细抛光方法抛光之后的晶体硅片具有更高的抛光均匀性稳定，同时其表面反射率明显提升而表面缺陷则明显减少。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法
本专利技术涉及太阳能电池生产
，尤其涉及一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法。
技术介绍
在太阳能硅片的加工过程中，会经过多次的线切割工艺，从而在硅表面形成具有一定粗糙度的损伤层。由于粗糙表面的影响，硅片背面与钝化膜及金属之间会产生接触不良的现象，因此高效太阳能电池(Topcon，IBC等电池)生产的第一步即对原硅片表面进行抛光处理，使硅片背表面更加光滑甚至达到镜面效果，抛光后硅片的背面平整，一方面可以加强对透射光的反射，减小透光率；另一方面可以有效提高背钝化镀膜的均匀性，提高钝化效果，从而有效提升成品电池的电性能及EL良率等。目前，高效太阳能电池中使用的硅片大多是N型的单晶硅片。现有的生产实践中，太阳能硅片的抛光主要包括化学酸腐蚀抛光和化学碱腐蚀抛光两种手段，其中使用酸腐蚀抛光的技术抛光效果差，平整度低，且抛光后会产生大量酸性污染物，这些污染物的处理成本较高，会对环境和人体的健康造成影响。而化学碱腐蚀则是通过使用含有浓碱的抛光液对晶体硅表面进行腐蚀，但是这种方式也存在抛光效果不佳的问题，尤其是由于抛光液中的液体流动会对硅片的抛光造成一定的影响，导致硅片不同位置抛光程度不均一，导致工艺不稳定，容易在硅片表面出现凹坑、波纹、色斑、橘皮涡旋、雾或者电阻率条纹等缺陷，从而导致电池少子寿命低，EL良率低等问题。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有太阳能电池技术中的抛光液在抛光过程中的液体流动会对硅片的抛光造成不良影响，导致抛光均匀性不一，工艺不稳定的缺陷，因而提供了一种能够保证在抛光过程中对硅片均匀稳定刻蚀抛光的一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，包括以下步骤：(1)预抛光：将N型单晶原硅片浸入APM溶液中，进行超声波辅助清洗，得到表面带有一层二氧化硅薄膜的预抛光片；(2)表面涂胶：在预抛光片表面涂抹一层可光固化的碱性水凝胶，经紫外光固化之后在预抛光片上得到一层碱性交联水凝胶层；其中碱性水凝胶层配方如下：甲基丙烯酰胺基明胶10～20份、乙醇钠10～15份、氢氧化六甲双铵2～5份、三(丙烯酸)硼酸酯1～3份、氟化钾1～3份、羧甲基纤维素钠0.5～3份、表面活性剂0.5～1份、光引发剂0.1～0.5份以及水100份；(3)精细抛光：升温至一定温度，对预抛光片表层进行腐蚀抛光一定时间，然后剥离交联水凝胶层，得到抛光硅片。在太阳能硅片加工过程中，通常使用的是多线切割的加工方式，因此在得到的原硅片表面会形成损伤层，从而使得硅表面具有一定的粗糙度。化学抛光就是在粗糙的硅片表面上通过酸碱化学腐蚀的方式，进一步获得更光滑、平整的晶硅表面的过程。现有的原硅片通常其表面的粗糙度约为10～20μm，本专利技术的在抛光前首先通过一步预抛光步骤能够将N型单晶原硅片表面的粗糙度大幅下降至1～3μm。其原理在于APM溶液中的碱性成分能够对硅片进行腐蚀，而其中的双氧水能够在硅片表面形成一层二氧化硅层，在APM清洗过程中硅片表面会不断的腐蚀以及形成氧化层，使得硅表面能够不断趋于平整，配合超声辅助清洗能够使得抛光面表面凸点的腐蚀效率加快，从而使得表面的粗糙度能够大幅下降，为下一步的精细抛光提供基础。本专利技术的第二个关键点在于本专利技术采用了凝胶形式的抛光凝胶，其相较于传统液态的抛光液而言，其在抛光过程中不会像液体抛光剂那样流动，造成抛光均匀性不一的缺陷。本专利技术中的晶体硅抛光碱性水凝胶其包括形成凝胶体的甲基丙烯酰胺基明胶、三(丙烯酸)硼酸酯以及光引发剂，其中甲基丙烯酰胺基明胶能够在光引发剂的引发作用下发生凝胶化从而形成固体凝胶，但是这种单一由甲基丙烯酰胺基明胶形成的凝胶的机械强度较差，为了使得其具有有一定的机械强度本专利技术在配方中引入了分子结构中含有三个丙烯酸基团的三(丙烯酸)硼酸酯作为交联剂，三(丙烯酸)硼酸酯中的丙烯酸基团能够同样在光引发的条件下与甲基丙烯酰胺基明胶聚合，从而提高了形成的明胶的交联密度，使得凝胶形成具有较高的机械力学性能。此外三(丙烯酸)硼酸酯中的含硼基能够与水中的氢产生氢键，从而进一步提升了力学性能。由于本专利技术中采用了凝胶形式，因此如果采用传统的无机碱抛光剂其与硅片之间的反应速率会有一定的下降，但是本专利技术中的抛光剂采用了乙醇钠与氢氧化六甲双铵的组合，其两者的碱性相较于传统的无机碱(例如氢氧化钠与氢氧化钾)而言更强，因此更强的碱性能够提升抛光剂与硅片之间的反应速率，从而能够对抛光效率进行了较大的补偿。本专利技术中的晶体硅抛光碱性水凝胶在涂抹在硅片表面时并未发生凝固，因此整个体系粘度较低，当粘度过低时，配方组合物会从硅片表面滴落，无法保证涂抹的厚度以及涂抹的均匀性。因此本专利技术中还添加了粘度调节剂羧甲基纤维素钠，其能够有效调节抛光凝胶的粘度，防止在未固化前凝胶组合物从硅片表面滑落以及减薄失效。本专利技术还在碱性水凝胶层中添加了氟化钾作为抛光促进剂，其对硅片具有一定的腐蚀作用，因而能够促进抛光剂对硅片的横向腐蚀作用，保证了抛光的平整性。此外，本专利技术中的抛光步骤简单，仅仅只需要在经过预抛光的预抛光片表面涂抹一层碱性水凝胶层，经过升温腐蚀一定时间之后即可对硅片进行抛光，抛光结束后仅仅只需要将硅片表层的交联水凝胶层剥离即可。作为优选，所述步骤(1)中的APM溶液中氨水、双氧水和水的体积比为(5～10)：(1～3)：100。现有技术中的APM溶液通常其内部的氨水的浓度相较于双氧水而言会更低，但是本专利技术采用高浓度的氨水配合低浓度的双氧水能够提高对硅片表层的腐蚀速率，随着表层不断的腐蚀以及氧化，从而能够使得表层的粗糙度有效降低。此外，低浓度的双氧水还能够有效降低硅片表层二氧化硅层的厚度，降低了下一步中的抛光以及除二氧化硅层的难度。作为优选，所述超声波辅助清洗频率100～150kHz,功率0.1～0.5W/cm2,时间1～5min。作为优选，所述步骤(2)中表面活性剂为硬脂酰谷氨酸钠、硬脂酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠或者月桂基磺化琥珀酸单酯二钠中的一种。作为优选，所述步骤(2)中光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦或者1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]中的一种。作为优选，所述步骤(2)中涂抹碱性水凝胶时的温度为0～10℃，紫外光波段为365nm～405nm，光照时间为10～60s，碱性交联水凝胶层的厚度为5～15mm。作为优选，所述步骤(3)中在碱性交联水凝胶层上下侧连接电极并通直流电，其中在靠近预抛光片端为负极。作为优选，直流电的电压为6～12V，电流强度为0.1～0.5A。由于本专利技术中采用了凝胶形式，因此如果采用传统的无机碱抛光叶其与硅片之间的反应速率会有一定的下降，本专利技术中在抛光过程中对碱性交联水凝胶层通直流电能够在负极附近提升氢氧根的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）预抛光：将硅研磨片浸入APM溶液中，进行超声波辅助清洗，得到表面带有一层二氧化硅薄膜的预抛光片；/n（2）表面涂胶：在预抛光片表面涂抹一层可光固化的碱性水凝胶，经紫外光固化之后在预抛光片得到一层碱性交联水凝胶层；/n其中碱性水凝胶层配方如下：甲基丙烯酰胺基明胶10~20份、乙醇钠10~15份、氢氧化六甲双铵2~5份、三（丙烯酸）硼酸酯1~3份、氟化钾1~3份、羧甲基纤维素钠0.5~3份、表面活性剂0.5~1份、光引发剂0.1~0.5份以及水100份；/n（3）精细抛光：升温至一定温度，对预抛光片表层进行腐蚀抛光一定时间，然后剥离交联水凝胶层，得到抛光硅片。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预抛光：将硅研磨片浸入APM溶液中，进行超声波辅助清洗，得到表面带有一层二氧化硅薄膜的预抛光片；
（2）表面涂胶：在预抛光片表面涂抹一层可光固化的碱性水凝胶，经紫外光固化之后在预抛光片得到一层碱性交联水凝胶层；
其中碱性水凝胶层配方如下：甲基丙烯酰胺基明胶10~20份、乙醇钠10~15份、氢氧化六甲双铵2~5份、三（丙烯酸）硼酸酯1~3份、氟化钾1~3份、羧甲基纤维素钠0.5~3份、表面活性剂0.5~1份、光引发剂0.1~0.5份以及水100份；
（3）精细抛光：升温至一定温度，对预抛光片表层进行腐蚀抛光一定时间，然后剥离交联水凝胶层，得到抛光硅片。


2.根据权利要求1所述的一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，其特征在于，所述步骤（1）中的APM溶液中氨水、双氧水和水的体积比为（5~10）：（1~3）：100。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，其特征在于，所述超声波辅助清洗频率100~150kHz,功率0.1~0.5W/cm2,时间1~5min。


4.根据权利要求1所述的一种基于碱性抛光凝胶的晶体硅表面精细抛光方法，其特征在于，所述步骤（2）中表面活性剂为硬脂酰谷氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏庆华，黄成斌，姚伟明，
申请(专利权)人：湖州飞鹿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33