CN102181935B

CN102181935B - 一种制作单晶硅绒面的方法及腐蚀液

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Publication number: CN102181935B
Application number: CN201010519958A
Authority: CN
Inventors: 李建飞; 汪琴霞; 黄镇; 郭建东; 樊选东
Original assignee: Jetion Solar China Co Ltd
Current assignee: Jetion Solar Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN102181935A

Abstract

本发明提供一种用于制作单晶硅绒面的腐蚀液，以质量浓度计，包括：0.1％～0.5％的NaOH和/或KOH、5～8％的异丙醇和/或乙醇、0.3％～0.5％的乳酸钠、1％～2％的尿素和余量水。本发明通过选用乳酸钠和尿素作为添加剂，与碱溶液和醇溶液配合制成腐蚀液。实验结果表，与现有技术相比，采用本发明提供的腐蚀液制备的单晶硅绒面对太阳光的反射率可以降低到6％～8％，本发明制备的单晶硅绒面具有更高的短路电流和更高的光电转换效率。

Description

一种制作单晶硅绒面的方法及腐蚀液

技术领域

本发明涉及用于制备太阳能电池的单晶硅技术领域，具体涉及一种制作单晶硅绒面的方法以及腐蚀液。

背景技术

太阳能光伏电池，简称为光伏电池，用于把太阳的光能直接转化为电能。与常规能源相比，光伏电池是一种可再生清洁能源，有利于环境保护，并且可以节省造价很贵的输电线路，因此光伏电池具有广阔的应用前景。单晶硅片或多晶硅片是制备光伏电池的主要部件，当太阳光照射在单晶硅片或多晶硅片上时，光能可以转变为电能。

太阳光照射在硅片表面一般有40％以上的反射光，为了提高光电转换效率，需要增加硅片对太阳光的吸收效果，使反射率降至最小。目前，为了降低太阳光在硅片表面的反射率，需要对硅片进行表面处理以在硅片表面形成细小而均匀的绒面结构，绒面结构可以吸收更多的太阳光，降低光的反射率，从而提高短路电流，最终达到提高光电转换效率的效果。

目前，单晶硅绒面制备方法有化学腐蚀法、等离子刻蚀法和机械刻槽法等。与其他两种方法相比，化学腐蚀法具有价格低廉和适用于产业化的优点，因此在目前被广泛用于制备单晶硅绒面。化学腐蚀法制备单晶硅绒面的基本原理是，选用特定组成的腐蚀液对单晶硅进行腐蚀处理，由于单晶硅的(100)晶面与其它晶面如(111)晶面或(110)晶面相比，具有更快的腐蚀速度，因此会在单晶硅的表面形成类似金字塔的绒面结构。

现有技术中，已经公开了多种用于制备单晶硅绒面结构的腐蚀液。目前，常用的腐蚀液一般为NaOH、异丙醇和硅酸钠的混合溶液，其中的NaOH作为氧化剂，异丙醇可以去除产生的氢气气泡，硅酸钠作为添加剂使用。实验结果表明，采用硅酸钠作为添加剂的腐蚀液制备的单晶硅绒面对于降低太阳光的反射率、提高短路电流和提高光电转换效率的效果均不理想，因此该类腐蚀液目前的使用受到一定的限制。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种用于制备单晶硅绒面的腐蚀液，使用该腐蚀液制备的单晶硅绒面可以降低对于太阳光的反射率，可以提高短路电流，提高光电转换效率。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于制备单晶硅绒面的腐蚀液，以质量浓度计，包括：

NaOH和/或KOH 0.1％～0.5％；

异丙醇和/或乙醇 5％～8％；

乳酸钠 0.3％～0.5％；

尿素 1％～2％；

余量水。

优选的，所述腐蚀液包括0.15％～0.45％的NaOH。

优选的，所述腐蚀液包括0.55％～7.5％的异丙醇。

优选的，所述腐蚀液包括0.35％～0.5％的乳酸钠。

优选的，所述腐蚀液包括1％～1.5％的尿素。

本发明还提供一种制作单晶硅绒面的方法，包括：

将单晶硅在以上任一技术方案所述的腐蚀液中进行腐蚀，腐蚀温度为65℃～83℃，腐蚀时间为12分钟～35分钟。

优选的，所述腐蚀温度为66℃～80℃。

优选的，所述腐蚀时间为15分钟～25分钟。

优选的，在将所述单晶硅在腐蚀液中进行腐蚀之前还包括：

将单晶硅在碱溶液中进行粗抛光处理，所述碱溶液以质量浓度计包括5％～15％的NaOH和/或KOH。

优选的，所述粗抛光处理的时间为0.5分钟～1.5分钟，所述粗抛光处理的温度为60℃～70℃。

本发明通过选用乳酸钠和尿素作为添加剂，与碱溶液和醇溶液配合制成腐蚀液。实验结果表，与现有技术相比，采用本发明提供的腐蚀液制备的单晶硅绒面对太阳光的反射率可以降低到6％～8％，本发明制备的单晶硅绒面具有更高的短路电流和更高的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的单晶硅绒面的SEM照片；

图2为本发明比较例1制备的单晶硅绒面的SEM照片。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供一种用于制作单晶硅绒面的腐蚀液，以质量浓度计，包括：

NaOH和/或KOH 0.1％～0.5％；

异丙醇和/或乙醇 5％～8％；

乳酸钠 0.3％～0.5％；

尿素 1％～2％；

余量水。

本发明提供的腐蚀液中，以质量浓度计，包括0.1％～0.5％的NaOH和/或KOH，优选的，NaOH和/或KOH的质量浓度为0.15％～0.45％，更优选为0.2％～4％，更优选为0.25％～0.35％。本发明提供的腐蚀液中，以质量浓度计，还包括5％～8％的异丙醇和/或乙醇，优选的，异丙醇和/或乙醇的质量浓度为5.5％～7.5％，更优选为6％～7％。

NaOH和/或KOH在单晶硅表面制作绒面时在单晶硅表面产生氢气，氢气气泡容易附着在硅表面，从而会阻碍被气泡遮挡的部分与NaOH和/或KOH反应，从而造成反应的不均匀。由于异丙醇和/或乙醇具有很好的降低表面张力的作用，还可以消除反应中产生的氢气气泡，从而有利于制备均一稳定的绒面。

按照本发明，所述腐蚀液中以质量浓度计还包括0.3％～0.5％的乳酸钠，优选的，所述乳酸钠的质量浓度优选为0.35％～0.45％，更优选为0.35％～0.4％。本发明提供的腐蚀液中，以质量浓度计还包括1％～2％的尿素，优选的，尿素的质量浓度1.1％～1.9％，更优选为1.2％～1.8％，更优选为1.3％～1.5％。本发明中加入的乳酸钠和尿素可以提高腐蚀液的稳定性，降低腐蚀液的表面张力，从而有利于制备质量更加稳定的绒面

本发明提供的一种制作单晶硅绒面的方法的具体实施方式包括：

将单晶硅在以上技术方案所述的腐蚀液中进行腐蚀，腐蚀温度为65℃～83℃，腐蚀时间为12分钟～35分钟。

按照本发明，利用上述腐蚀液对单晶硅表面进行腐蚀时，腐蚀温度优选为68℃～81℃，更优选为70℃～78℃。温度过低时，反应不能充分的进行，从而影响绒面的表面质量。如果温度过高，其中的有效成分容易挥发，腐蚀液的稳定性较差。本发明优选的腐蚀时间为15分钟～30分钟，更优选为18分钟～25分钟，更优选为20分钟～24分钟。腐蚀时间过短时，腐蚀效果较差；如果腐蚀时间过长，则可能会将其它的晶面腐蚀掉，从而影响绒面的表面质量。

按照本发明，在将单晶硅利用上述腐蚀液进行腐蚀前，还包括对单晶硅进行粗抛光处理的步骤，粗抛光处理的目的是去除机械损伤层。所述粗抛光处理的步骤优选为：利用浓度为5％～15％的NaOH和/或KOH作为抛光液对单晶硅进行粗抛光处理，优选的，所述抛光液包括7％～12％的NaOH和/或KOH，更优选为8％～11％的NaOH和/或KOH，更优选为10％。

按照本发明，进行粗抛光处理的温度优选为60℃～85℃，更优选为62℃～82℃，更优选为65℃～80℃，更优选为68℃～75℃。按照本发明，进行粗抛光处理的时间优选为0.5～10分钟，更优选为1分钟～8分钟，更优选为1分钟～5分钟，更优选为1分钟～1.5分钟。

对单晶硅进行粗抛光处理去除机械损伤层后，用清洗的方式去除单晶硅表面的残留物，清洗液可以为纯净水、丙酮、乙醇中的一种或多种。去除表面的残留物后，将单晶硅放在腐蚀液中进行腐蚀处理，制备绒面。制备绒面后，用清洗液去除单晶硅绒面上的残留物，清洗液可以为纯净水、丙酮、乙醇中的一种或多种。清洗掉单晶硅绒面上的残留物后，在将单晶硅片进行甩干处理。

以下以具体实施例说明本发明的效果，但是本发明的保护范围不受实施例的限制。

以下实施例中，硅片为P型单晶硅片，电阻率为5Ω·cm。

实施例1

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.1％的NaOH、8％的异丙醇、0.3％的乳酸钠、1％的尿素，余量水。

操作步骤如下：

1)将单晶硅片投入温度为65℃、浓度为10％的NaOH溶液进行粗抛光处理去除机械损伤层，粗抛光处理的时间为1.5分钟；

2)用纯净水冲洗粗抛光后的单晶硅，去除表面残留物；

3)将单晶硅投入温度为78℃的腐蚀液中制作绒面，腐蚀时间为20分钟；

4)用纯净水冲洗腐蚀后的单晶硅，去除表面残留物；

5)在甩干机中将单晶硅片甩干。

用SEM观察单晶硅表面形貌，如图1所示。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例2

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.5％的NaOH、5％的异丙醇、0.5％的乳酸钠、2％的尿素，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例3

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.2％的NaOH、6％的异丙醇、0.25％的乳酸钠、1％的尿素，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例4

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.3％的NaOH、5.5％的异丙醇、0.45％的乳酸钠、2％的尿素，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例5

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.3％的NaOH、6％的异丙醇、0.4％的乳酸钠、1.5％的尿素，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例6

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.1％的NaOH和0.2％的KOH、6％的异丙醇、0.4％的乳酸钠、1.5％的尿素，余量水。

操作步骤中，步骤3)中的腐蚀液温度为75℃，腐蚀时间为15分钟，其余操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例7

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.2％的NaOH和0.1％的KOH、3％的异丙醇和1％的乙醇、0.4％的乳酸钠、1.5％的尿素，余量水。

操作步骤中，步骤3)中的腐蚀液温度为70℃，腐蚀时间为25分钟，其余操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例8

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.1％的NaOH和0.1％的KOH、1％的异丙醇和2％的乙醇、0.3％的乳酸钠、1.5％的尿素，余量水。

操作步骤中，步骤3)中的腐蚀液温度为68℃，腐蚀时间为25分钟，其余操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例9

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.15％的NaOH和0.13％的KOH、1.5％的异丙醇和1.5％的乙醇、0.4％的乳酸钠、1.5％的尿素，余量水。

操作步骤中，步骤3)中的腐蚀液温度为78℃，腐蚀时间为20分钟，其余操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表1。

实施例10

本实施例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.12％的Na0H和0.18％的KOH、1.3％的异丙醇和1.7％的乙醇、0.38％的乳酸钠、1.6％的尿素，余量水。

操作步骤中，步骤3)中的腐蚀液温度为75℃，腐蚀时间为18分钟，其余操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量性能列于表1。

表1本发明实施例制备的单晶硅片的性能测试结果

比较例1

本比较例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.1NaOH％、0.3％的硅酸钠、6％的异丙醇，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

用SEM观察单晶硅表面形貌，如图2所示。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例2

本比较例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.2NaOH％、0.3％的硅酸钠、6％的异丙醇，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例3

本比较例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.2NaOH％、0.2％的硅酸钠、5％的异丙醇，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例4

本比较例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.3NaOH％、0.3％的硅酸钠、5％的异丙醇，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例5

本比较例中使用的腐蚀液以质量浓度计，包括：0.2NaOH％、0.3％的硅酸钠、4％的异丙醇，余量水。

操作步骤与实施例1相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例6

本比较例中使用的腐蚀液与比较例1相同。

操作步骤与实施例6相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例7

本比较例中使用的腐蚀液与比较例2相同。

操作步骤与实施例7相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例8

本比较例中使用的腐蚀液与比较例3相同。

操作步骤与实施例8相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例9

本比较例中使用的腐蚀液与比较例4相同。

操作步骤与实施例9相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

比较例10

本比较例中使用的腐蚀液与比较例5相同。

操作步骤与实施例10相同。

将单晶硅片组装成电池，测量电性能列于表2。

表2本发明比较例制备的单晶硅片的性能测试结果

对比图1和图2的SEM结果可以发现，本发明实施例制备的单晶硅绒面具有更加细小均匀的绒面结构。对比表1和表2的结果可以发现，本实施例制备的单晶硅的反射率为6％～9％，低于比较例中的11％～16％，对于太阳能具有更高的吸收效果。另外，本发明实施例制备的单晶硅绒面具有更高的短路电流和高的光电转换效率。

以上对本发明所提供的用于制作单晶硅绒面的腐蚀液以及利用该腐蚀液制作单晶硅绒面的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种用于制作单晶硅绒面的腐蚀液，以质量浓度计，包括：

NaOH和/或KOH 0.1％～0.5％；

异丙醇和/或乙醇 5％～8％；

乳酸钠 0.3％～0.5％；

尿素 1％～2％；

余量水。

2.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，包括：

NaOH 0.15％～0.45％。

3.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，包括：

异丙醇 5.5％～7.5％。

4.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，包括：

乳酸钠 0.35％～0.5％。

5.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，包括：

尿素 1％～1.5％。

6.一种制作太阳能单晶硅绒面的方法，其特征在于，包括：

将单晶硅在权利要求1至5任一项所述的腐蚀液中进行腐蚀，腐蚀温度为65℃～83℃，腐蚀时间为12分钟～35分钟。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述腐蚀温度为66℃～80℃。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述腐蚀时间为15分钟～25分钟。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将所述单晶硅在腐蚀液中进行腐蚀之前还包括：

将单晶硅在碱溶液中进行粗抛光处理，所述碱溶液以重量百分比计包括5％～15％的NaOH和/或KOH。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述粗抛光处理的时间为0.5分钟～1.5分钟，所述粗抛光处理的温度为60℃～70℃。