一种应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀ｐ－ｎ结或绒面结构的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀ｐ－ｎ结或绒面结构的工艺，该工艺首先对硅片进行化学预处理形成绒面结构，接着对硅片进行高温磷扩散或硼扩散形成ｐ－ｎ结结构，再用酸性化学液去除磷硅玻璃或硼硅玻璃，接着对硅片非腐蚀面的ｐ－ｎ结进行介质膜保护，再用酸性化学液去除非保护面即腐蚀面的自然氧化层或腐蚀面的介质膜材料，然后采用碱性化学液对腐蚀面的ｐ－ｎ结或绒面结构进行化学反应腐蚀，最后对硅片上的介质膜和硅片腐蚀面进行有效的清洗，保留介质膜作为晶体硅太阳电池的功能薄膜，避免了重新制备此功能薄膜的过程，有效降低晶体硅太阳电池的生产成本，实现低成本单面腐蚀ｐ－ｎ结或绒面结构，有效提高晶体硅太阳电池的开路电压和短路电流，最终提高电池光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池
，具体涉及一种应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀 p-n结或绒面结构的工艺。
技术介绍
随着人类社会的发展，对能源的需求不断增长。但是常规化石能源具有资源有限 性和不可再生的缺点，同时对环境造成严重的污染，改变地球气候特点，因此太阳能作为环 保的可再生能源之一，近年来越来越受到世界各国的重视和支持。太阳电池光伏发电是太 阳能的一种利用形式，它的基本原理是利用光生伏打效应将光直接转换成电。太阳电池光 伏发电要成为常规化石能源的替代，太阳电池必须具备生产成本低、生产过程环保、电池光 电转换效率高的特点。晶体硅太阳电池是目前主流的太阳电池，因此实现晶体硅太阳电池 低成本环保生产并具有高的光电转换效率的工艺研究开发显得尤为重要。单面腐蚀晶体硅 硅片p-n结或绒面结构的工艺是有效提高晶体硅太阳电池光电转换效率的工艺之一。通常，晶体硅太阳电池用硅片在高温扩散后具有双面p-n结结构，如果不针对此 双面p-n结结构进行有效处理，太阳电池在实际工作中会产生边缘漏电导致电池光电转换 效率的大幅下降。目前，针对晶体硅硅片双面P-n结结构进行防漏电处理的方法包括等离 子体边缘刻蚀P-n结法、激光隔离边缘p-n结法和氢氟酸/硝酸(HN03/HF)混合腐蚀液背面 腐蚀P-n结法等。这些方法都能比较有效地处理双面p-n结结构，实现防止太阳电池边缘 漏电的目的。但是，对于等离子体边缘刻蚀P-n结法，由于常用的产生等离子体的气体是四 氟化碳(CF4)或六氟化硫(SF6)气体，它们既是剧毒气体，也是产生温室效应的有害气体之 一，同时气体中的氟元素会破坏地球的臭氧层，恶化人类居住环境，此外，该方法会破坏太 阳电池受光面边缘的p-n，减少受光面P-n结的有效面积，降低太阳电池的光电转换效率； 对于激光隔离边缘P-n结法，主要是采用激光的局域高温作用对太阳电池受光面边缘p-n 结进行熔融隔离，截断了正面和背面P-n结的电学连接而达到防漏电目的，但是此工艺对 激光器的精度要求高，对长时间工作状态稳定性要求高，激光设备成本较高，此外，此工艺 也同样存在减少受光面P-n结有效面积的缺点，而且硅片在激光高温处理过后容易产生热 损伤，降低光电转换效率；对于HN03/HF混合腐蚀液背面腐蚀p-n结方法，也是晶体硅太阳 电池大规模生产中常用的防止边缘漏电的方法之一，该方法主要采用HNOji p-n结的硅材 料进行氧化反应生成SiO2, HF再对S^2进行腐蚀剥离的循环过程实现背面P-n结的腐蚀， 但是，由于化学反应腐蚀液的主要成分HNO3和HF都是易挥发强酸，反应过程是放热过程， 因此腐蚀液的成分稳定性控制难度很大，酸性腐蚀液的挥发对工艺操作者的人生安全造成 很大威胁；此外，酸性废液处理难度大，处理不当会严重破坏生态环境，而且采用HN03/HF混 合腐蚀液背面腐蚀P-n结的工艺设备昂贵，提高太阳电池的制造成本。因此，这些方法都具 有各自的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀p-n结或绒面结 构的工艺，该工艺具有生产成本低、工艺过程环境友好、有效防止晶体硅太阳电池边缘漏电 并提高电池光电转换效率等优点，适合应用于大规模工业化生产中。本专利技术提供的应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀p-n结或绒面结构的工艺是，首 先对硅片进行化学预处理形成绒面结构，接着对硅片进行高温磷扩散或硼扩散形成p-n结 结构，再用酸性化学液去除磷硅玻璃或硼硅玻璃，接着对硅片非腐蚀面的P-n结进行介质 膜保护，再用酸性化学液去除非保护面即腐蚀面的自然氧化层或腐蚀面的介质膜材料，然 后采用碱性化学液对腐蚀面的P-n结或绒面结构进行化学反应腐蚀，最后对硅片上的介质 膜和硅片腐蚀面进行有效的清洗，保留介质膜作为晶体硅太阳电池的功能薄膜，避免了重 新制备此功能薄膜的过程，有效降低晶体硅太阳电池的生产成本，实现低成本单面腐蚀P-n 结或绒面结构，有效提高晶体硅太阳电池的开路电压和短路电流，最终提高电池光电转换 效率。本专利技术所述的硅片为ρ型或η型单晶硅片或多晶硅片，硅片电阻率为0. 1 20 Ω · cm,厚度为 50 500 μ m。本专利技术所述的绒面结构为金字塔绒面结构、倒金字塔绒面结构、椭圆凹坑绒面结 构、长条状凹坑绒面结构或多孔硅绒面结构。本专利技术所述的高温磷扩散或硼扩散的扩散温度为500 1100°C。本专利技术所述的酸性化学液为氢氟酸化学液或氢氟酸和盐酸、硫酸或硝酸的混合 酸性化学液，其中氢氟酸的重量浓度为 50%，盐酸、硫酸和硝酸的重量浓度为0% 30%。本专利技术所述的介质膜为氮化硅膜、二氧化硅膜、二氧化钛膜、氧化铝膜、氧化锌膜 和氟化镁膜中的一种介质膜或几种介质膜的复合膜，膜的总厚度为2 200nm。本专利技术所述的碱性化学液为无机碱化学液或有机碱化学液或无机碱化学液和有 机碱化学液的混合液，无机碱化学液或有机碱化学液的重量浓度为2% 30%，腐蚀温度 为 10 100°C。本专利技术所述的无机碱化学液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸钠 溶液、磷酸钾溶液和磷酸钠溶液中的一种或几种的混合液；所述的有机碱化学液为乙醇胺 溶液、四甲基氢氧化铵溶液、甲醇钠溶液和乙醇钾溶液中的一种或几种的混合液。本专利技术所述的有效清洗为去离子水清洗或先进行盐酸溶液清洗然后进行去离子 水清洗的两步法清洗，去离子水的电阻率为0. 1 18ΜΩ ·cm，盐酸溶液的重量浓度为2% 30%。本专利技术所述的功能薄膜是指对硅片具有表面钝化功能或体钝化功能或减少表面 反射功能或同时具有这三种功能两个以上的介质薄膜。本专利技术的有益效果是(1)本专利技术采用碱性化学液对晶体硅太阳电池的硅片进行单面腐蚀p-n结或绒面 结构，能够非常有效地避免由于双面P-n结结构带来的电池边缘漏电，大幅提高晶体硅太 阳电池的开路电压和短路电流；同时此工艺不存在减少太阳电池受光面P-n结有效面积的 问题，能够最大化利用受光面P-n结的面积以提高太阳电池光电转换效率；(2)本专利技术采用碱性化学液对晶体硅太阳电池的硅片进行单面腐蚀p-n结或绒面 结构，反应腐蚀液即碱性化学液的成分稳定，不存在酸性腐蚀液的易挥发性，工艺过程可控 性很高，能够满足大规模工业化生产对产品稳定性的要求；(3)本专利技术采用碱性化学液代替酸性腐蚀液进行单面腐蚀p-n结或绒面结构，碱 性化学液相对于hno3、HF等强酸而言对工艺操作者的健康威胁很小，而且碱性废液处理难 度低，处理技术成熟，可以降低废液对环境的不良影响，因此本专利技术工艺具有环境友好性；(4)本专利技术采用碱性化学液对晶体硅太阳电池的硅片进行单面腐蚀p-n结或绒面 结构，碱性化学液对非腐蚀面的介质保护膜不存在腐蚀反应或者腐蚀速率很低，因此经过 短时间的腐蚀反应，能够完全去除腐蚀面的P-n结或绒面结构，而对非腐蚀面的介质保护 膜的性质基本不存在影响或者影响很小，能够非常有效地保护非腐蚀面的P-n结和绒面结 构；(5)本专利技术采用介质膜保护非腐蚀面的p-n结，在完成单面腐蚀p-n结或绒面结构 步骤后并不需要进行介质保护膜的腐蚀，该介质膜经过有效的清洗过程被保留下来，作为 晶体硅太阳电池的功能薄膜，对硅片具有表面钝化功能或体钝化功能或减少表面反射功能 或同时具有这三种功能两个以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀ｐ－ｎ结或绒面结构的工艺，其特征在于，首先对硅片进行化学预处理形成绒面结构，接着对硅片进行高温磷扩散或硼扩散形成ｐ－ｎ结结构，再用酸性化学液去除磷硅玻璃或硼硅玻璃，接着对硅片非腐蚀面的ｐ－ｎ结进行介质膜保护，再用酸性化学液去除非保护面即腐蚀面的自然氧化层或腐蚀面的介质膜材料，然后采用碱性化学液对腐蚀面的ｐ－ｎ结或绒面结构进行化学反应腐蚀，最后对硅片上的介质膜和硅片腐蚀面进行有效的清洗，保留介质膜作为晶体硅太阳电池的功能薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀p-n结或绒面结构的工艺，其特征在于，首 先对硅片进行化学预处理形成绒面结构，接着对硅片进行高温磷扩散或硼扩散形成p-n结 结构，再用酸性化学液去除磷硅玻璃或硼硅玻璃，接着对硅片非腐蚀面的P-n结进行介质 膜保护，再用酸性化学液去除非保护面即腐蚀面的自然氧化层或腐蚀面的介质膜材料，然 后采用碱性化学液对腐蚀面的P-n结或绒面结构进行化学反应腐蚀，最后对硅片上的介质 膜和硅片腐蚀面进行有效的清洗，保留介质膜作为晶体硅太阳电池的功能薄膜。2.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀p-n结或绒面结构的 工艺，其特征在于，所述的硅片为P型或η型单晶硅片或多晶硅片，硅片电阻率为0. 1 20 Ω · cm,厚度为 50 500 μ m。3.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀P-n结或绒面结构的工 艺，其特征在于，所述的绒面结构为金字塔绒面结构、倒金字塔绒面结构、椭圆凹坑绒面结 构、长条状凹坑绒面结构或多孔硅绒面结构。4.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀p-n结或绒面结构的工 艺，其特征在于，所述的高温磷扩散或硼扩散的扩散温度为500 1100°C。5.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池的单面腐蚀P-n结或绒面结构的工 艺，其特征在于，所述的酸性化学液为氢氟酸化学液或氢氟酸和盐酸、硫酸或硝酸的混合 酸性化学液，其中氢氟酸的重量浓度为 50%，盐酸、硫酸和硝酸的重量浓度为0% 30...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈辉，冯成坤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]