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CN109119337A - 一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法 - Google Patents

一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法 Download PDF

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CN109119337A
CN109119337A CN201710488878.8A CN201710488878A CN109119337A CN 109119337 A CN109119337 A CN 109119337A CN 201710488878 A CN201710488878 A CN 201710488878A CN 109119337 A CN109119337 A CN 109119337A
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CN
China
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solar
sif
corrosion
solution
grade polysilicon
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CN201710488878.8A
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English (en)
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余刚
丁
丁一
王剑
姚玖洪
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ZHENJIANG RENDE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
ZHENJIANG RENDE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
    • H10F77/703—Surface textures, e.g. pyramid structures of the semiconductor bodies, e.g. textured active layers
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

本发明提供的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法，包括酸洗溶液配制、酸腐、碱腐、HF和HCl混合溶液腐蚀、以及吹干五个工序。由于在第一个工序只中配制的酸洗溶液中含有HNO3、HF和H2SiF6，解决相同条件下多晶硅在仅含HNO3和HF酸溶液中腐蚀过快，绒面凹坑宽度过大且深度不够，不利于其陷光性能的提高的问题。

Description

一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法
技术领域
本发明属于太阳能级多晶硅片制备领域，具体涉及一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法。
背景技术
在光伏发电领域，由于多晶硅电池片成本较低，其市场占有率已跃居首位，但相对于单晶硅电池片而言仍存在着反射率较高、电池效率不足的缺陷。为缩小多晶硅太阳能电池片与单晶硅太阳能电池片之间的差距，采用织构化多晶硅表面的方法提高多晶硅片晶硅片吸光能力是一条行之有效的途径。
目前，多晶硅表面织构化的方法主要有机械刻槽、激光刻槽、反应离子体蚀刻、酸腐蚀制绒等，其中各向同性酸腐制绒技术的工艺简单，可以较容易地整合到多晶硅太阳能电池的生产工序中，同时成本最低，因而在大规模的工业生产中得到了广泛的应用。
在各向同性酸腐制绒技术中，目前常采用浓硝酸和盐酸混合酸溶液对多晶硅片进行腐蚀，但该种混合溶液往往存在对于多晶硅片腐蚀量过大的问题，并难以调整工艺条件将其腐蚀量控制在合适的范围。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种新的太阳能级多晶硅片表面制绒方法，具体方案如下：
本发明提供的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法包括以下步骤：
A.酸洗溶液配制：配制含有HNO3、HF和H2SiF6的酸洗溶液，并保持溶液温
度为6～9℃，其中HNO3、HF和H2SiF6的质量比为450～490:60～100:1～5；
B.酸腐：将太阳能级多晶硅片以1～1.5m/min的速度穿过酸洗溶液后，采用去离子水清洗沾附在表面的酸溶液；
C.碱腐：采用pH为3～4的强碱溶液对以相同速度穿过的太阳能级多晶硅片进行碱腐，然后采用去离子水进行清洗；
D.HF和HCl混合溶液腐蚀：采用HCl和HF质量比为10:1～2:1的HF和HCl混合溶液进行酸腐后，去离子水清洗；
E.吹干：采用压缩气体将步骤D中的太阳能级多晶硅片表面的水分吹干。
进一步，在本发明提供的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法中，在步骤A中，HNO3、HF和H2SiF6的质量比为470:80:2。
进一步，在本发明提供的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法中，在步骤A中，酸洗溶液的温度为6～9℃。
进一步，在本发明提供的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法中，步骤D中，HCl和HF质量比为5：1。
发明的作用与效果
相比于未加入H2SiF6的酸溶液，本发明的含有HNO3、HF和H2SiF6的酸洗溶液解决相同条件下多晶硅在仅含HNO3和HF酸溶液中腐蚀过快，绒面凹坑宽度过大且深度不够，不利于其陷光性能的提高的问题。由此可知，在酸腐蚀溶液中加入适量H2SiF6有利于多晶硅表面腐蚀反应的进行。
附图说明
图1是本发明实施例中的H2SiF6浓度对腐蚀速率的影响结果图；
图2是本发明实施例中的H2SiF6浓度对绒面形貌的影响结果图；
图3是本发明实施例中的不同H2SiF6浓度对多晶硅反射率的影响结果图；
图4是本发明实施例中的不同H2SiF6浓度对多晶硅最低反射率的影响结果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。但下列实施例不应看作对本发明范围的限制。
一、材料和仪器
本实施例所采用的多晶硅原料以及所使用的仪器信息如下：
实验过程中采用的硅片为市售产品，其面积为156nm×156mm，电阻率为1～3Ω·cm，厚度约为220μm；腐蚀液为由HNO3(质量分数70％，电子级，上海阿拉丁试剂有限公司)、HF(质量分数70％，电子级，上海阿拉丁试剂有限公司)以及H2SiF6的(质量分数31％，分析纯，上海阿拉丁试剂有限公司)组成的混合溶液。
腐蚀完成后，采用分析天平测定酸腐蚀反应前后硅片质量变化，采用JSM-7401F型场发射扫描电子显微镜(SEM，日本JEOL电子株式会社)观察硅片绒面腐蚀形貌，采用UV-2450型紫外可见分光光度计(岛津分析技术研发有限公司)测定腐蚀后硅片绒面的反射率。
二、实验条件
本实施例提供的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法包括以下步骤：
A.酸洗溶液配制：配制含有HNO3、HF和H2SiF6的酸洗溶液，并保持溶液温
度为6～9℃，其中HNO3、HF和H2SiF6的质量比为450～490:60～100:1～5；
B.酸腐：将太阳能级多晶硅片以1～1.5m/min的速度穿过酸洗溶液后，采用去离子水清洗沾附在表面的酸溶液；
C.碱腐：采用pH为3～4的强碱溶液对以相同速度穿过的太阳能级多晶硅片进行碱腐，然后采用去离子水进行清洗；
D.HF和HCl混合溶液腐蚀：采用HCl和HF质量比为10:1～2:1的HF和HCl混合溶液进行酸腐后，去离子水清洗；
E.吹干：采用压缩气体将步骤D中的太阳能级多晶硅片表面的水分吹干。
在本实施例中，还考察了H2SiF6的浓度对腐蚀速率、绒面形貌、绒面反射率的影响，结果如下：
(1)H2SiF6浓度对腐蚀速率的影响
多晶硅片腐蚀后的质量减少量如图1所示。从图1可以发现，初始反应条件(即H2SiF6浓度为0％(质量分数，下同))下，多晶硅片腐蚀质量最大，在2min内的腐蚀质量达到0.6053g；而在加入少量H2SiF6后，多晶硅片腐蚀质量有明显的下降，并在H2SiF6浓度为2％时达到最低值0.3627g；之后又随着H2SiF6含量的增加缓慢上升并趋于平稳。造成这种情况的原因主要在于加入少量H2SiF6后，其在酸腐蚀体系中主要起到了缓释剂的作用，降低了腐蚀反应速率，但是H2SiF6浓度的进一步升高在一定程度上抑制了反应(3)的进行，从而使得氢氟酸消耗速率下降，进而促进了反应的发生，最终导致整体腐蚀反应速率继续上升。因此，H2SiF6浓度能够间接地影响腐蚀反应速率。
(2)H2SiF6浓度对绒面形貌的影响
多晶硅在不同H2SiF6浓度下腐蚀后的绒面形貌如图2所示。从图2(a)可以看出，当H2SiF6的浓度为0％时，反应后多晶硅绒面的腐蚀凹坑大且平，腐蚀宽度可达4～5μm，腐蚀深度比较浅，并且腐蚀质量损失很高，说明出现的这种腐蚀凹坑是腐蚀过度的产物；从图2(b)-(f)可以看出，随着H2SiF6浓度的不断增加，多晶硅绒面的腐蚀凹坑分布逐渐趋于均匀，腐蚀凹坑的宽度大多在2～3μm之间，并且腐蚀深度与未加入H2SiF6之前相比明显增大，同时腐蚀后的质量损失也有所下降并稳定在一定范围之内。多晶硅在酸溶液中的腐蚀反应首先是从反应激活能比较低的位置开始的，起初发生的是点腐蚀，然后随着反应的进行呈辐射状向各个方向推进腐蚀。在加入H2SiF6之前，多晶硅在酸溶液中各方向腐蚀速率均较大，导致腐蚀凹坑大且平；而加入H2SiF6之后，其对多晶硅表面发生反应的化学平衡造成破坏，加剧了反应气泡在多晶硅表面的破裂，进而阻碍腐蚀坑横向上与腐蚀溶液的接触，抑制其横向上的腐蚀反应发生，同时又能在纵向上将腐蚀溶液封闭在腐蚀凹坑的内部，使其在纵向上得到充分的反应。因此，加入H2SiF6后多晶硅绒面腐蚀凹坑的深度明显增大，有利于提高多晶硅表面的陷光性能，进而有利于提高太阳能电池片的发电效能。
(3)H2SiF6浓度对绒面反射率的影响
不同H2SiF6浓度下腐蚀得到的多晶硅绒面300～900nm波长范围内的反射率如图3、图4所示。通过图3、图4可以看出，当H2SiF6浓度为0％时经过酸腐蚀之后得到的多晶硅绒面的反射率与加入)H2SiF6之后相比明显偏高，最低仅为25.768％。随着)H2SiF6浓度的增加，多晶硅绒面反射率不断下降，并且当)H2SiF6浓度超过2％之后，反射率趋于稳定，最低反射率可达到21.826％。造成这种现象的原因在于未加入)H2SiF6时，多晶硅表面各方向腐蚀速率均较大，腐蚀凹坑大且平，不利于光线的多次反射吸收；而随着H2SiF6的加入，多晶硅绒面腐蚀凹坑变窄并加并加深，有利于提高其陷光性能，因此绒面的反射率得以降低。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.酸洗溶液配制
配制含有HNO3、HF和H2SiF6的酸洗溶液，并保持溶液温度为6～9℃，其中HNO3、HF和H2SiF6的质量比为450～490:60～100:1～5；
B.酸腐
将所述太阳能级多晶硅片以1～1.5m/min的速度穿过所述酸洗溶液后，采用去离子水清洗沾附在表面的酸溶液；
C.碱腐
采用pH为3～4的强碱溶液对以相同速度穿过的所述太阳能级多晶硅片进行碱腐，然后采用去离子水进行清洗；
D.HF和HCl混合溶液腐蚀
采用HCl和HF质量比为10:1～2:1的HF和HCl混合溶液进行酸腐后，去离子水清洗；
E.吹干
采用压缩气体将步骤D中的太阳能级多晶硅片表面的水分吹干。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法，其特征在于：其中，在步骤A中，HNO3、HF和H2SiF6的质量比为470:80:2。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法，其特征在于：其中，在步骤A中，酸洗溶液的温度为6～9℃。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能级多晶硅片表面制绒方法，其特征在于：其中，在步骤D中，HCl和HF质量比为5：1。
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