一種單晶硅片堿式制絨工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單晶硅片堿式制絨工藝，解決了現(xiàn)有技術(shù)的堿式制絨工藝得到的絨面結(jié)構(gòu)大小和排列是隨機(jī)的，不能很好的全面形成二次反射，擴(kuò)散時不能均勻擴(kuò)散，與導(dǎo)電漿料難以形成良好的接觸的問題，本發(fā)明主要包括以下步驟：（a）去損傷層；（b）掩膜制備；（c）掩膜開窗；（d）表面制絨；（e）去掩膜。本發(fā)明工藝步驟簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且成本低，得到的單晶硅片絨面結(jié)構(gòu)為大小與排列規(guī)整的倒金字塔結(jié)構(gòu)，能很好地全面形成二次反射，同時保證擴(kuò)散均勻，有利于導(dǎo)電漿料的涂覆，使得導(dǎo)電漿料厚度更易控制，與導(dǎo)電漿料的接觸良好，有利于金屬的燒結(jié)，減少接觸電阻。
【專利說明】—種單晶硅片堿式制絨工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種單晶硅片堿式制絨工藝。
[0002] 【背景技術(shù)】
[0003]在太陽能單晶硅常規(guī)電池的生產(chǎn)中，一般采用傳統(tǒng)的堿式制絨工藝，即通過硅片和堿性制絨液反應(yīng)在硅片表面形成“金字塔”形狀的起伏，通過這些金字塔結(jié)構(gòu)的絨面以形成二次反射，提高光的吸收，降低硅片表面的反射率，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]例如，申請公布號CN102703903A，申請公布日2012.10.03的中國專利公開了一種堿制絨工藝，其主要步驟為:先將硅片在堿性溶液中刻蝕形成金字塔絨面結(jié)構(gòu)，再在HF、HN03和CH3C00H混合溶液中刻蝕，最后經(jīng)HF或HCl酸洗、水洗和烘干得產(chǎn)品。其不足之處在于，該方法形成的絨面大小和排列都是隨機(jī)的，不能很好的全面形成二次反射，并在擴(kuò)散時達(dá)不到均勻擴(kuò)散，而且起伏的絨面對導(dǎo)電漿料難以形成良好的接觸，影響金屬的燒結(jié)，造成太陽能電池性能中的接觸電阻(串聯(lián)電阻Rs)較高，最終影響電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的堿式制絨工藝得到的絨面結(jié)構(gòu)大小和排列是隨機(jī)的，不能很好的全面形成二次反射，擴(kuò)散時不能均勻擴(kuò)散，與導(dǎo)電漿料難以形成良好的接觸的問題，提供了一種工藝步驟簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且成本低的單晶硅片堿式制絨工藝，通過本發(fā)明得到的絨面結(jié)構(gòu)為大小與排列規(guī)整的倒金字塔結(jié)構(gòu)，能很好地全面形成二次反射，同時保證擴(kuò)散均勻，有利于導(dǎo)電漿料的涂覆，使得導(dǎo)電漿料厚度更易控制，與導(dǎo)電漿料的接觸良好，有利于金屬的燒結(jié)，減少接觸電阻。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種單晶硅片堿式制絨工藝，包括以下步驟:
Ca)去損傷層:將單晶硅片置于第一腐蝕液中腐蝕，然后用去離子水洗凈并烘干。
[0007](b)掩膜制備:將去損傷層的單晶硅片放入氧化爐中氧化，在單晶硅片表面形成SiO2掩膜。掩膜在理論上還可以采用光刻膠或由氣相沉積形成的氮化硅，但是本發(fā)明中選擇將單晶硅片表面氧化形成的SiO2作為掩膜，原因在于:(一)SiO2極易形成，只要將單晶硅片暴露在氧氣中即可，這有利于本發(fā)明實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)成本也更低；(二)SiO2極易溶于氫氟酸中，便于掩膜在后續(xù)步驟中的去除。
[0008]Ce)掩膜開窗:對形成有SiO2掩膜的單晶硅片表面進(jìn)行開窗，使SiO2掩膜上形成均勻間隔分布的開窗孔。在進(jìn)行表面制絨過程中，腐蝕液從開窗孔進(jìn)入與單晶硅片接觸發(fā)生腐蝕，而其他地方由于SiO2掩膜的保護(hù)不會發(fā)生腐蝕，開窗孔均勻間隔分布，有利于提高單晶硅片表面對光的吸收率。
[0009](d)表面制絨:將開窗后的單晶硅片置于第二腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，使單晶硅片表面形成倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。本發(fā)明中的單晶硅片經(jīng)腐蝕后，在單晶硅片表面腐蝕窗口的位置會形成呈倒金字塔結(jié)構(gòu)的凹腔，這些凹腔的壁面則構(gòu)成絨面，本發(fā)明得到的絨面結(jié)構(gòu)與通過現(xiàn)有堿式制絨工藝得到的絨面結(jié)構(gòu)完全不同，通過現(xiàn)有堿式制絨工藝得到的絨面為突出在單晶硅片表面的金字塔結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明得到的絨面為凹陷在單晶硅片表面內(nèi)的倒金字塔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的絨面結(jié)構(gòu)大小與排列更為規(guī)整，能很好地全面形成二次反射，能在擴(kuò)散時保證均勻擴(kuò)散，同時倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面更有利于導(dǎo)電漿料的涂覆，使得導(dǎo)電漿料厚度更易控制，而且倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)能保證單晶硅片與導(dǎo)電漿料的接觸良好，有利于金屬的燒結(jié)，減少接觸電阻。
[0010] (e)去掩膜:將制絨后的單晶硅片置于第三腐蝕液中腐蝕去除SiO2掩膜，再用去離子水洗凈后烘干。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(a)中，所述第一腐蝕液為質(zhì)量濃度為12~16%的NaOH溶液，腐蝕溫度為70~l00°C，腐蝕時間為30~50s。
[0012]作為優(yōu)選，SiO2掩膜的厚度為l0~200nm。SiO2掩膜的厚度過厚，導(dǎo)致后續(xù)激光開窗時開窗孔的深度較深，造成生產(chǎn)效率的降低，同時反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣泡從開窗孔逸出，較深的開窗孔又會延長氣泡的逸出路徑，降低反應(yīng)物的疏運速度，影響腐蝕速率及絨面形面；而SiO2掩膜的厚度過薄，SiO2掩膜又容易被腐蝕液腐蝕，從而影響單晶硅片的表面形貌，因此SiO2掩膜的厚度是形成倒金字塔結(jié)構(gòu)絨面的一個重要因素。
[0013]作為優(yōu)選，步驟(C)中采用激光開窗，開窗孔間隔4~8 μ m,孔徑為2~4 μ m。激光開孔得到的開窗孔形狀規(guī)則均勻，且易于操作，便于大規(guī)模應(yīng)用；開窗孔間隔過小，易造成相鄰開窗孔下的單晶硅片腐蝕貫通而得不到倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面，影響二次反射，開窗孔間隔過大，也會影響二次反射，使得單晶硅表面的反射率較高；開窗孔的孔徑過小，不僅腐蝕速率慢，而且腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氣氣泡會在表面張力的作用下會吸附在開窗孔開口處，阻礙其他氫氣氣泡的逸出及反應(yīng)物的疏運，進(jìn)一步降低反應(yīng)速度，還會造成絨面的不均勻，而開窗孔的孔徑過大，則易造成腐蝕速度過快，得到的絨面形貌(幾何特征)較差，影響光的二次折射，本發(fā)明通過對開窗孔間隔及孔徑的控制，以有效控制腐蝕速率，使得單晶硅片表面能形成具有合理密度及較佳形貌的絨面結(jié)構(gòu)，能將反射損失控制在最低限，從而有效提高光的二次反射，降低反射率，開窗孔間隔4~8 μ m,孔徑為2~4 μ m,在保證腐蝕速率的前提下，得到的呈倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面形貌最佳，且制絨后的單晶硅片反射率最低。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(d)中，所述第二腐蝕液為質(zhì)量濃度為18~25%的NaOH溶液，刻蝕溫度為70~l00°C，腐蝕時間為2(T60min。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(e)中，所述第三腐蝕液為質(zhì)量濃度為8~15%的HF溶液。
[0016]因此，本發(fā)明具有如下有益效果:
(1)采用掩膜法在單晶硅片表面形成規(guī)則排列且呈倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面，有效提高光的二次反射，降低反射率，同時在擴(kuò)散時保證均勻擴(kuò)散，還有利于導(dǎo)電漿料的涂覆，使得導(dǎo)電漿料厚度更易控制，此外，保證單晶硅片與導(dǎo)電漿料的接觸良好，有利于金屬的燒結(jié)，減少接觸電阻；
(2)對腐蝕的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，以保證能得到呈倒金字塔結(jié)構(gòu)且具有較佳形貌的絨面；
(3)單晶硅片表面氧化形成的SiO2作為掩膜，有利于本發(fā)明實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)成本也更低，還便于掩膜在后續(xù)步驟中的去除；
(4)SiO2掩膜的厚度控制在l(T200nm，在保證腐蝕速率的同時保證了單晶硅片的表面形貌；
(5)采用激光開窗，開窗孔間隔4-8μ m，孔徑為2~4 μ m，有效控制了腐蝕速率，使得單晶硅表面能形成具有合理密度及較佳形貌的絨面結(jié)構(gòu)；
(6 )工藝步驟簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且成本低。
[0017]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明中單晶硅片經(jīng)掩膜開窗后的一種俯視圖。
[0019]圖2是圖1的一種剖面圖。
[0020]圖3是本發(fā)明中單晶硅片去掩膜后的一種俯視圖。
[0021]圖4是圖3的一種剖面圖。
[0022]圖中:單晶硅片I，SiO2掩膜2，開窗孔3，絨面4。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0025]在本發(fā)明中，若非特指，所有百分比均為重量單位，所有設(shè)備和原料均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)方法。
[0026]實施例1
(a)去損傷層:將單晶硅片I置于質(zhì)量濃度為12%的NaOH溶液中，在100°C下腐蝕45s，然后用去離子水洗凈并烘干。
[0027](b)掩膜制備:將去損傷層的單晶硅片I放入氧化爐中氧化，在單晶硅片I表面形成厚度為IOnm的SiO2掩膜2。
[0028](c)掩膜開窗:對形成有SiO2掩膜2的單晶硅片I表面進(jìn)行激光開窗，使SiO2掩膜2上形成均勻間隔分布的開窗孔3 (見圖1、圖2)，開窗孔間隔8 μ m，孔徑為4 μ m。
[0029](d)表面制絨:將開窗后的單晶硅片I置于質(zhì)量濃度為25%的NaOH溶液中，在100°C下腐蝕60min,使單晶娃片表面形成倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面4。
[0030](e)去掩膜:將制絨后的單晶硅片置于質(zhì)量濃度為12%的HF溶液中腐蝕去除SiO2掩膜，再用去離子水洗凈后烘干后，即得到絨面為大小與排列規(guī)整的倒金字塔結(jié)構(gòu)的單晶硅片(如圖3、圖4所示)。
[0031]實施例2
(a)去損傷層:將單晶硅片I置于質(zhì)量濃度為16%的NaOH溶液中，在70°C下腐蝕30s，然后用去離子水洗凈并烘干。
[0032](b)掩膜制備:將去損傷層的單晶硅片I放入氧化爐中氧化，在單晶硅片I表面形成厚度為IOOnm的SiO2掩膜2。
[0033](c)掩膜開窗:對形成有SiO2掩膜2的單晶娃片I表面進(jìn)行激光開窗，使SiO2掩膜2上形成均勻間隔分布的開窗孔3 (見圖1、圖2)，開窗孔間隔5m，孔徑為3m。[0034](d)表面制絨:將開窗后的單晶硅片I置于質(zhì)量濃度為20Na0H溶液中，在80°C下腐蝕40min,使單晶娃片表面形成倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面4。
[0035](e)去掩膜:將制絨后的單晶硅片置于質(zhì)量濃度為10%的HF溶液中腐蝕去除SiO2掩膜，再用去離子水洗凈后烘干后，即得到絨面為大小與排列規(guī)整的倒金字塔結(jié)構(gòu)的單晶硅片(如圖3、圖4所示)。
[0036]實施例3
(a)去損傷層:將單晶硅片I置于質(zhì)量濃度為13%的NaOH溶液中，在800°C下腐蝕50s，然后用去離子水洗凈并烘干。
[0037](b)掩膜制備:將去損傷層的單晶硅片I放入氧化爐中氧化，在單晶硅片I表面形成厚度為200nm的SiO2掩膜2。
[0038](c)掩膜開窗:對形成有SiO2掩膜2的單晶娃片I表面進(jìn)行激光開窗，使SiO2掩膜2上形成均勻間隔分布的開窗孔3 (見圖1、圖2)，開窗孔間隔4 μ m，孔徑為2 μ m。
[0039](d)表面制絨:將開窗后的單晶硅片I置于質(zhì)量濃度為18%的NaOH溶液中，在70°C下腐蝕20min,使單晶娃片表面形成倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面4。
[0040](e)去掩膜:將制絨后的單晶硅片置于質(zhì)量濃度為8%的HF溶液中腐蝕去除SiO2掩膜，再用去離子水洗凈后烘干后，即得到絨面為大小與排列規(guī)整的倒金字塔結(jié)構(gòu)的單晶硅片(如圖3、圖4所示)。
[0041]將通過實施例1、實施例2、實施例3得到的單晶硅片與通過傳統(tǒng)堿式制絨工藝得到的相同規(guī)格的單晶硅片分別 經(jīng)擴(kuò)散一邊緣刻蝕一PECVD —絲網(wǎng)印刷后制得太陽能電池，其測試結(jié)果如下:
【權(quán)利要求】
1.一種單晶硅片堿式制絨工藝，其特征在于，包括以下步驟: Ca)去損傷層:將單晶硅片(I)置于第一腐蝕液中腐蝕，然后用去離子水洗凈并烘干； (b)掩膜制備:將去損傷層的單晶硅片放入氧化爐中氧化，在單晶硅片表面形成SiO2掩膜⑵； (c)掩膜開窗:對形成有SiO2掩膜的單晶娃片表面進(jìn)行開窗,使SiO2掩膜上形成均勻間隔分布的開窗孔(3); (d)表面制絨:將開窗后的單晶硅片置于第二腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，使單晶硅片表面形成倒金字塔結(jié)構(gòu)的絨面(4)； (e)去掩膜:將制絨后的單晶硅片置于第三腐蝕液中腐蝕去除SiO2掩膜，再用去離子水洗凈后烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片堿式制絨工藝，其特征在于，步驟(a)中，所述第一腐蝕液為質(zhì)量濃度為12~16%的NaOH溶液，腐蝕溫度為7(Tl00°C，腐蝕時間為3(T50s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片堿式制絨工藝，其特征在于，SiO2掩膜的厚度為 10~200nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片堿式制絨工藝，其特征在于，步驟(c)中采用激光開窗，開窗孔間隔4~8 μ m,孔徑為2~4 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片堿式制絨工藝，其特征在于，步驟(d)中，所述第二腐蝕液為質(zhì)量濃度為18~25%的NaOH溶液，刻蝕溫度為7(Tl00°C，腐蝕時間為20~60mino
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片堿式制絨工藝，其特征在于，步驟(e)中，所述第三腐蝕液為質(zhì)量濃度為8~15%的HF溶液。
【文檔編號】H01L31/18GK103572373SQ201310172304
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】韓健鵬, 吳敏 申請人:橫店集團(tuán)東磁股份有限公司