CN117423759A - 金字塔绒面的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种金字塔绒面的制作方法，所述金字塔绒面的制作方法包括如下步骤：S1、准备硅片；S2、对硅片进行预处理以形成均匀排列的成核点；S3、对硅片进行湿法金字塔刻蚀。即仅通过增加一道预处理工艺，便可使得通过湿法金字塔刻蚀形成的金字塔结构均匀排列，大小不统一，进而使得金字塔结构反射率更低，制作的电池片短路电流更高，转化效率更高。此外，对硅片进行预处理，使得硅片表面缺陷均匀分布，进而实现成核时间的相对统一以及成核位置的确定，极大的缩短了成核过程的工艺时间，提高量产性。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及金字塔绒面的制作方法。
背景技术
随着太阳能电池技术的发展，晶硅电池是太阳能电池的绝对主流，从铝背场、PERC、再到最新的TOPCON、HJT等，晶硅电池一直扮演者光伏发电的绝对主力，同时自身也在不断的发展，效率越来越高，成本越来越少。
硅片制绒是硅太阳能电池的基础，也是电池片制作的重中之重，硅片制绒和清洗的质量好坏一定程度上直接决定了电池片的上限。目前，晶硅电池已经经过了很多年的发展，单晶取代了多晶，硅片表面的陷光结构也已经从分立走到了统一。常规的制绒工艺都是利用化学方法制备的金字塔结构，该结构可以使得晶硅太阳能电池大幅增加光利用率和光转化效率。光电流以及表面态密度与绒面结构直接相关，如何进一步提高制绒的水平是我们一直在努力的方向之一。经过整个光伏行业的多年的共同努力，制绒工艺也越发成熟，从蚀刻剂、制绒添加剂以及配方的研发及工艺水平目前已经到了一个比较高的水平，正常绒面的反射率已经低于10％。
然而，一般制绒过程中，硅片表面态密度较高的地方(缺陷)容易形成成核点，成核点即为后续形成金字塔的塔尖的点。而常规的制绒硅片表面成核点位置较为随机，时间点也较为分散，导致金字塔的形成均匀性不好，金字塔大小不统一，不符合光陷阱的理论最佳设计，光损失较严重。
发明内容
基于此，有必要针对制绒过程中金字塔的均匀性不好的问题，提供一种金字塔绒面的制作方法。
一种金字塔绒面的制作方法，所述金字塔绒面的制作方法包括如下步骤：
S1、准备硅片；
S2、对硅片进行预处理以形成均匀排列的成核点；
S3、对硅片进行湿法金字塔刻蚀。
在其中一个实施例中，所述预处理的方式为等离子刻蚀、激光刻蚀、机械切割或者机械压印。
在其中一个实施例中，采用H2O2+KOH/NaOH+DI对硅片进行预清洗；
采用KOH/NaOH+ADD溶液去除硅片表面的损伤层。
在其中一个实施例中，所述湿法金字塔刻蚀的具体步骤包括：
SC1：采用H2O2+KOH/NaOH溶液对硅片表面清洗并形成亲水的氧化硅层；
制绒：采用制绒液在硅片表面腐蚀以形成金字塔绒面结构；
SC1：采用H2O2+KOH/NaOH溶液对硅片表面清洗；
SC2：采用H2O2+HCl溶液对硅片表面进行清洗；
去氧化层：采用HF+DI再次清洗。
在其中一个实施例中，所述制绒包括如下步骤：
对制绒液进行加热，以达到预设温度；
将硅片放入至制绒液中；
向制绒液的底部通入氮气。
在其中一个实施例中，所述预设温度为75℃-85℃。
在其中一个实施例中，所述硅片在制绒液中的反应时长为400s-800s。
在其中一个实施例中，所述制绒液设置于刻蚀槽中，所述刻蚀槽的底部设置进液口，所述刻蚀槽的顶部设置有出液口，所述进液口与所述出液口通过循环管道连通。
在其中一个实施例中，所述制绒液设置于刻蚀槽中，所述刻蚀槽的底部设置进液口，所述刻蚀槽的顶部设置有出液口，所述进液口与所述出液口通过循环管道连通。
在其中一个实施例中，所述制绒液为KOH/NaOH+ADD+DI。
在其中一个实施例中，所述制绒液中的KOH/NaOH的浓度为0.4％-1.5％。
上述金字塔绒面的制作方法，首先对硅片表面进行预处理，以形成均匀规则的成核点；再进行湿法金字塔刻蚀，此时，湿法金字塔刻蚀中的金字塔以核为塔尖开始长大和合并，最后布满硅片表面。即仅通过增加一道预处理工艺，便可使得通过湿法金字塔刻蚀形成的金字塔结构均匀排列，大小不统一，进而使得金字塔结构反射率更低，制作的电池片短路电流更高，转化效率更高。此外，本申请提前对硅片进行预处理，使得硅片表面缺陷均匀分布，进而实现成核时间的相对统一以及成核位置的确定，极大的缩短了成核过程的工艺时间，提高量产性，且无损伤和钝化的问题。
附图说明
图1为一实施例中金字塔绒面的制作方法流程图。
图2为一实施例中湿法金字塔刻蚀的具体步骤流程图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参阅图1，本申请一实施例中的金字塔绒面的制作方法，所述金字塔绒面的制作方法包括如下步骤：
S1、准备硅片；
S2、对硅片进行预处理以形成均匀排列的成核点；
S3、对硅片进行湿法金字塔刻蚀。
在本实施例中，首先对硅片表面进行预处理，以形成均匀规则的成核点；再进行湿法金字塔刻蚀，此时，湿法金字塔刻蚀中的金字塔以核为塔尖开始长大和合并，最后布满硅片表面。即仅通过增加一道预处理工艺，便可使得通过湿法金字塔刻蚀形成的金字塔结构均匀排列，大小不统一，进而使得金字塔结构反射率更低，制作的电池片短路电流更高，转化效率更高。
此外，在相关技术中，仅通过湿法金字塔刻蚀制绒，制绒过程中的成核的时间相对分散，无法控制，只能依靠制绒前硅片的表面状态以及添加剂和工艺的辅助进行成核辅助，工艺复杂，且效果不理想。
而本申请提前对硅片进行预处理，使得硅片表面缺陷均匀分布，进而实现成核时间的相对统一以及成核位置的确定，极大的缩短了成核过程的工艺时间，提高量产性，且无损伤和钝化的问题。
在一些实施例中，所述预处理的方式为等离子刻蚀、激光刻蚀、机械切割或者机械压印。
优选的，所述预处理的方式为等离子刻蚀。等离子刻蚀形成成核点的具体过程为：将硅片放入等离子体刻蚀机，打开等离子体刻蚀机，调节功率并输出，以在硅片表面形成均匀的缺陷。等离子体刻蚀可以使得硅表面的缺陷态密度更加均匀，进一步使得成核点和时间点更加均匀和统一。
在一些实施例中，所述在硅片上形成成核点的步骤之前还包括：
采用H2O2+KOH/NaOH+DI对硅片进行预清洗；
采用KOH/NaOH+ADD溶液去除硅片表面的损伤层。
在本实施例中，DI为去离子水，预清洗的目的是去除硅片上的有机物、微粒以及金属物质以及保护硅片表面生成的氧化层。ADD为抛光添加剂，对硅片进行抛光用于去除切割造成的线痕。其中KOH的浓度为1.5％-2.3％，反应温度为65℃-75℃，具体的,反应温度可以是70℃，反应时间为150s-210s。
在一些实施例中，参阅图2，所述湿法金字塔刻蚀的具体步骤包括：
SC1：采用H2O2+KOH/NaOH溶液对硅片表面清洗并形成亲水的氧化硅层；
制绒：采用制绒液在硅片表面腐蚀以形成金字塔绒面结构；
SC1：采用H2O2+KOH/NaOH溶液对硅片表面清洗；
SC2：采用H2O2+HCl溶液对硅片表面进行清洗；
去氧化层：采用HF+DI再次清洗。
在本实施例中，制绒前SC1用于去除硅片上的有机物(例如ADD残留)、微粒以及金属物质，并且在此过程中所形成亲水的氧化硅层，有助于后续制绒步骤中硅片表面与制绒液的良好接触，从而加快制绒速度。制绒后SC1，用于去除制绒步骤中在硅片表面产生的有机物(例如ADD残留)、微粒以及金属物质。SC2步骤用于进一步酸洗去除制绒步骤中所产生的重金属、碱、金属的氢氧化物。去氧化层用于彻底去除SC1步骤中，在硅片表面生成的氧化硅层以及氧化硅层表面污染物，以使得硅片表面为疏水结构。其中，上述每个步骤之间都有水洗的步骤，水洗用于去除硅片表面的化学溶剂，防止交叉污染。
其中，SC1中H2O2的浓度为3％-5％，KOH/NaOH的浓度为0.3％-0.5％，反应时间为120s-180s。SC2中H2O2的浓度为2％-3％，HCl的浓度为3％-8％，反应时间为100s-180s。去氧化层中HF的浓度为5％-8％，反应时间为100s-180s。
在一些实施例中，所述制绒包括如下步骤：
对制绒液进行加热，以达到预设温度；
将硅片放入至制绒液中；
向制绒液的底部通入氮气。
在本实施例中，其中通入制绒液中的氮气能够形成气泡，气泡一方面能够增加对制绒液的扰动，增强制绒液的均匀性；另一方面，气泡能够带走硅片表面反应产生的小气泡，从而使得硅片表面能够与制绒液完全接触，有利于形成大小均匀的金字塔。
此外，在SC1步骤中，也可以向H2O2+KOH/NaOH溶液的底部通入氮气，以增强亲水氧化层的均匀性。
进一步的，所述预设温度为75℃-85℃。
其中温度越低，制绒反应越慢，刻蚀速度越慢，制绒周期延长；温度过高，一方面制绒液容易挥发，另一方面晶面的择优性下降，进而导致绒面的连续性降低。具体的，制绒步骤中KOH/NaOH+ADD+DI的温度可以是78℃-84℃。
其中，所述硅片在制绒液中的反应时长为400s-800s。
反应时间过短，相邻两个金字塔之间具有间隙，整个硅片表面的反射率较高，制成的太阳能电池片的转换效率低；当反应到一定时长时，金字塔的大小趋于限值，此时，继续反应时，造成硅片的厚度变薄，从而降低硅材的有效利用率，增加成本。具体的，制绒液为KOH/NaOH+ADD+DI时，硅片在制绒液中的反应时长为450s-480s。
在一些实施例中，所述制绒液设置于刻蚀槽中，所述刻蚀槽的底部设置进液口，所述刻蚀槽的顶部设置有出液口，所述进液口与所述出液口通过循环管道连通。
在本实施例中，循环管道中设置有泵，当泵运动时，能够使得制绒液从位于刻蚀槽顶部的出液口流出，从位于刻蚀槽底部的进液口流入，从而使得制绒液在刻蚀槽内往复循环，进而增强制绒液温度以及浓度的均匀性，有利于金字塔的均匀形成。
在一些实施例中，所述制绒液为KOH/NaOH+ADD+DI。
在本实施例中，制绒液中的ADD为制绒添加剂，DI为去离子水，制绒的目的是在硅片表面形成均匀的金字塔绒面结构。
具体的，所述制绒液中的KOH/NaOH的浓度为0.4％-1.5％。
在一些实施例中，所述步骤S3之后还包括：烘干，通过热风烘干硅片表面。
具体的，以长为210mm、宽为105mm的HJT太阳能电池为试验硅片，将本申请的金字塔绒面的制作方法与湿法金字塔刻蚀法进行对比，具体的试验结果参见表1。
表1
其中，Voc指开路电压；Isc指短路电流；Eff指转化效率。
根据表1可以看出，本申请的制绒方法相对于湿法金字塔刻蚀法，反射率明显降低，开路电压Voc略微升高，短路电流Isc和转化效率Eff升高明显。
因此，本申请通过增加成核点的预处理工艺，便可使得通过湿法金字塔刻蚀形成的金字塔结构均匀排列，大小相对统一，进而使得金字塔结构反射率更低，同时也无损伤和钝化的问题，制作的电池片短路电流更高，转化效率更高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述金字塔绒面的制作方法包括如下步骤：
S1、准备硅片；
S2、对硅片进行预处理以形成均匀排列的成核点；
S3、对硅片进行湿法金字塔刻蚀，以形成金字塔绒面结构。
2.根据权利要求1所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述预处理的方式为等离子刻蚀、激光刻蚀、机械切割或者机械压印。
3.根据权利要求1所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述在硅片上形成成核点的步骤之前还包括：
采用H2O2+KOH/NaOH+DI对硅片进行预清洗；
采用KOH/NaOH+ADD溶液去除硅片表面的损伤层。
4.根据权利要求1所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述湿法金字塔刻蚀的具体步骤包括：
采用H2O2+KOH/NaOH溶液对硅片表面清洗并形成亲水的氧化硅层；
采用制绒液在硅片表面腐蚀以形成金字塔绒面结构；
采用H2O2+KOH/NaOH溶液对硅片表面清洗；
采用H2O2+HCl溶液对硅片表面进行清洗；
采用HF+DI再次清洗，以去除硅片上的氧化层。
5.根据权利要求4所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述制绒包括如下步骤：
对制绒液进行加热，以达到预设温度；
将硅片放入至制绒液中；
向制绒液的底部通入氮气。
6.根据权利要求5所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述预设温度为75℃-85℃。
7.根据权利要求5所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述硅片在制绒液中的反应时长为400s-800s。
8.根据权利要求5所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述制绒液设置于刻蚀槽中，所述刻蚀槽的底部设置进液口，所述刻蚀槽的顶部设置有出液口，所述进液口与所述出液口通过循环管道连通。
9.根据权利要求4所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述制绒液为KOH/NaOH+ADD+DI。
10.根据权利要求9所述的金字塔绒面的制作方法，其特征在于，所述制绒液中的KOH/NaOH的浓度为0.4％-1.5％。
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