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CN111211184A - 一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法 - Google Patents

一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法 Download PDF

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CN111211184A
CN111211184A CN201911392581.7A CN201911392581A CN111211184A CN 111211184 A CN111211184 A CN 111211184A CN 201911392581 A CN201911392581 A CN 201911392581A CN 111211184 A CN111211184 A CN 111211184A
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cleaning
micro
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易紫莹
张小明
李�杰
林纲正
陈刚
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Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
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Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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Abstract

本发明公开了一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，通过微喷射技术将纳米级的SiO2喷射硅片表面形成SiO2层，再利用超声波去除部分的SiO2，从而在硅片的表面形成较细小均一的绒面结构，有效增强陷光作用，降低反射率。

Description

一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法。
背景技术
太阳能电池片制作中，硅片表面的制绒是第一步工序，也是十分关键的一个工艺步骤。目前多采用化学药液与硅片的表面反应进行制绒，制绒过程中对制绒药液的消耗量极大，设备成本，废液处理成本也很高。因为化学制绒而增加的硅片表面面积有限，硅片表面反射率大于20％，均匀性差，直接影响了最后的电池片转换效率。
专利文献CN102189490A公开了一种太阳能电池用单晶硅片的机械式制绒方法，其采用喷砂的方法对硅片进行制绒，但是采用这种喷砂制绒方法制作的硅片，制绒均匀性差，损伤层无法去除，电池过尖峰出现几率高引起电池组件功率衰减大，不利于提高太阳能电池的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，通过在硅片的表面形成细小均一的绒面结构来增强陷光作用，降低反射率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，包括：
(1)将硅片放入粗抛槽中进行粗抛，除去硅片表面机械损失层和杂质；
(2)将步骤(1)所得的硅片放入清洗槽中进行清洗，除去硅片上的杂质；
(3)将步骤(2)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
(4)将步骤(3)所得的硅片放入制绒槽中进行制绒，以在硅片的表面形成金字塔绒面结构；
(5)将步骤(4)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
(6)将步骤(5)所得的硅片放入清洗槽中进行清洗，除去硅片上的有机物；
(7)将步骤(6)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
(8)采用微喷砂技术在步骤(7)所得的硅片的金字塔绒面结构上形成SiO2层，所述SiO2层由纳米级的SiO2组成；
(9)将步骤(8)所得的硅片放入水洗槽中进行超声波清洗，除去硅片上的SiO2颗粒，以及在硅片的表面形成细小均一的绒面结构；
(10)将步骤(9)所得的硅片放入酸洗槽中进行清洗，除去硅片上残留的碱液；
(11)对硅片进行脱水和烘干。
作为上述方案的改进，步骤(8)中，所述SiO2层由粒径为50～100nm的SiO2组成。
作为上述方案的改进，步骤(8)中，喷砂压力为0.05～0.1MPa。
作为上述方案的改进，步骤(8)中，将硅片防在转盘上，喷枪均匀移动，将纳米级的SiO2喷射到硅片上，其中，转盘的旋转速度为1～3r/min，喷枪的移动速度为5～10mm/s。
作为上述方案的改进，步骤(4)中，制绒槽中的槽液为KOH和添加剂的混合液，制绒槽温度为65～80℃，制绒时间为5～10min。
作为上述方案的改进，步骤(9)中，超声波的清洗频率为20～30KHz，清洗时间为2～4min。
作为上述方案的改进，步骤(1)中，粗抛槽中的槽液为KOH溶液，粗抛槽温度为60～70℃，粗抛时间为2～5min；
步骤(2)和步骤(6)中的清洗槽为同一个，清洗槽中的槽液为KOH和H2O2的混合液，清洗槽温度为50～60℃；步骤(2)和步骤(6)中的清洗时间均为2～5min；
作为上述方案的改进，步骤(3)、步骤(5)和步骤(7)的水洗槽为同一个，水洗槽的槽液为清水，水洗槽温度为常温；步骤(3)、步骤(5)和步骤(7)中的清洗时间均为清洗时间为2～5min。
作为上述方案的改进，步骤(10)中，酸洗槽中的槽液为HF和HCl的混合液，酸洗槽的温度为常温，清洗时间为3～6min。
作为上述方案的改进，在步骤(11)中，将步骤(10)所得的硅片放入慢提拉槽中进行表面脱水，慢提拉槽的温度为50～60℃，时间为2～5min；
将脱水后的硅片放入烘箱中进行烘干，烘箱温度为50～60℃，烘箱内的循环流量为180～250L/min。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明通过制绒工艺在硅片的表面形成金字塔绒面结构，可以增强陷光作用，降低反射率；本发明通过微喷射技术将纳米级的SiO2喷射硅片表面形成SiO2层，再利用超声波去除部分的SiO2，从而在硅片的表面形成较细小均一的绒面结构，即类似于宝石镶嵌然后取出会在表面形成凹坑之类的绒面结构，进一步地增强陷光作用，降低反射率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供的一种利用增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，包括以下步骤：
(1)将硅片放入粗抛槽中进行粗抛，除去硅片表面机械损失层和杂质；
具体的，粗抛槽中的槽液为KOH溶液，粗抛槽温度为60～70℃，粗抛时间为2～5min。
其中，粗抛槽的槽液包括初始槽液和补充液，初始槽液包括20～35L冷水、250～300L热水和10～15L KOH；补充液包括1.5～2.5L冷水、5.5～6.5L热水和0.6～0.7L KOH。
需要说明的是，本发明所涉及到的冷水是指常温的自来水，热水是指温度为65～90℃的自来水。
(2)将步骤(1)所得的硅片放入清洗槽中进行清洗，除去硅片上的杂质；
具体的，清洗槽中的槽液为KOH和H2O2的混合液，清洗槽温度为50～60℃，清洗时间均为2～5min。
其中，清洗槽的槽液包括初始槽液和补充液，初始槽液包括75～85L冷水、200～300L热水、2～8L KOH和2.5～15L H2O2；补充液包括2.5～3.5L冷水、4.5～5.5L热水、0.1～0.2L KOH和0.85～0.95L H2O2。
(3)将步骤(2)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
具体的，水洗槽的槽液为清水，水洗槽温度为常温，清洗时间均为清洗时间为2～5min。
(4)将步骤(3)所得的硅片放入制绒槽中进行制绒，以在硅片的表面形成金字塔绒面结构；
具体的，制绒槽中的槽液为KOH和添加剂的混合液，制绒槽温度为65～80℃，清洗时间为5～10min；
制绒槽的槽液包括初始槽液和补充液，初始槽液包括250～350L热水、2～5L添加剂和5～10L KOH；补充液包括1～2L冷水、8～9L热水、0.1～0.2L添加剂和0.65～0.75LKOH。所述添加剂为制绒工艺的常用添加剂，本发明不作具体限定。
(5)将步骤(4)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
具体的，水洗槽的槽液为清水，水洗槽温度为常温，清洗时间为2～5min。
(6)将步骤(5)所得的硅片放入清洗槽中进行清洗，除去硅片上的有机物；
具体的，清洗槽中的槽液为KOH和H2O2的混合液，清洗槽温度为50～60℃，清洗时间均为2～5min。
其中，清洗槽的槽液包括初始槽液和补充液，初始槽液包括75～85L冷水、200～300L热水、2～8L KOH和2.5～15L H2O2；补充液包括2.5～3.5L冷水、4.5～5.5L热水、0.1～0.2L KOH和0.85～0.95L H2O2。
(7)将步骤(6)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
具体的，水洗槽的槽液为清水，水洗槽温度为常温，清洗时间为2～5min。
(8)采用微喷砂技术在步骤(7)所得的硅片的金字塔绒面结构上形成SiO2层；
具体的，将硅片放在旋转速度为1～3r/min的转盘上，喷枪以5～10mm/s的移动速度均匀移动，将SiO2喷射到硅片上，形成一层厚度为5～10nm的SiO2层。优选的，所述SiO2层由纳米级的SiO2颗粒组成。由于SiO2砂砾的粒径较小，因此将其喷在硅片表面能够形成比较细小均匀的结构，本发明可以通过控制SiO2的粒径大小来形成比较细小均匀的结构。
若SiO2的粒径过小，则SiO2可能无法有效撞击硅片表面，不能形成绒面结构；若SiO2的粒径过大，则金字塔绒面尺寸变大，严重的话可能会击碎硅片，金字塔绒面尺寸过大无法有效增强陷光作用和降低表面反射率。优选的，SiO2的粒径为50～100nm。更优的，SiO2的粒径为60～80nm。
需要说明的是，喷砂的压力对SiO2层的形成起着重要的作用。具体的，喷砂压力越大，砂砾速度越大，速度过大，容易击穿硅片，形成的绒面结构会不均匀；喷砂压力越小，砂砾速度越小，速度过小，则无法在硅片表面形成有效金字塔绒面。优选的，喷砂压力为0.05～0.1MPa。
(9)将步骤(8)所得的硅片放入水洗槽中进行超声波清洗，除去硅片上的SiO2颗粒，以在硅片的表面形成细小均一的绒面结构；
本发明将硅片放入水洗槽中进行超声波清洗，以除去部分的SiO2颗粒，不仅可以在硅片表面形成凹坑，增多绒面结构，还可以除去SiO2颗粒对硅片造成的污染，以防对电池片的后续制作造成影响。
优选的，超声波的清洗频率为20～30KHz，清洗时间为2～4min。若超声波的清洗频率过小，清洗时间过短，则难以去除部分的SiO2颗粒；若超声波的清洗频率过大，清洗时间过长，则除去的SiO2颗粒的过多，起不到增强陷光和降低表面反射率的作用。
需要说明的是，本发明还可以回收水洗槽底部的SiO2进行重复使用，以实现环保、降低成本的目的。
(10)将步骤(9)所得的硅片放入酸洗槽中进行清洗，除去硅片上残留的碱液；
具体的，酸洗槽中的槽液为HF和HCl的混合液，酸洗槽的温度为常温，清洗时间为3～6min。
酸洗槽的槽液包括初始槽液和补充液，初始槽液包括150～250L冷水、5～10L HF和5～15L HCl；补充液包括5.5～6.5L冷水、0.35～0.45L HF和0.45～0.55L HCl。
(11)对硅片进行脱水和烘干；
将步骤(10)所得的硅片放入慢提拉槽中进行表面脱水，慢提拉槽的温度为50～60℃，时间为2～5min；将脱水后的硅片放入烘箱中进行烘干，烘箱温度为50～60℃，烘箱内的循环流量为180～250L/min。
本发明通过制绒工艺在硅片的表面形成金字塔绒面结构，可以增强陷光作用，降低反射率；本发明通过微喷射技术将纳米级的SiO2喷射硅片表面形成SiO2层，再利用超声波去除部分的SiO2，从而在硅片的表面形成较细小均一的绒面结构，即类似于宝石镶嵌然后取出会在表面形成凹坑之类的绒面结构，进一步地增强陷光作用，降低反射率。
采用本发明的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法所述制得的单晶硅电池片，与现有的没有经过微喷砂技术和超声波清洗步骤所制得的单晶硅电池片相比，本发明的单晶硅电池片，其表面反射率下降至8％左右，转换效率提高0.1％～0.15％。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，包括：
(1)将硅片放入粗抛槽中进行粗抛，除去硅片表面机械损失层和杂质；
(2)将步骤(1)所得的硅片放入清洗槽中进行清洗，除去硅片上的杂质；
(3)将步骤(2)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
(4)将步骤(3)所得的硅片放入制绒槽中进行制绒，以在硅片的表面形成金字塔绒面结构；
(5)将步骤(4)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
(6)将步骤(5)所得的硅片放入清洗槽中进行清洗，除去硅片上的有机物；
(7)将步骤(6)所得的硅片放入水洗槽中进行清洗；
(8)采用微喷砂技术在步骤(7)所得的硅片的金字塔绒面结构上形成SiO2层，所述SiO2层由纳米级的SiO2组成；
(9)将步骤(8)所得的硅片放入水洗槽中进行超声波清洗，除去硅片上的SiO2颗粒，以及在硅片的表面形成细小均一的绒面结构；
(10)将步骤(9)所得的硅片放入酸洗槽中进行清洗，除去硅片上残留的碱液；
(11)对硅片进行脱水和烘干。
2.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(8)中，所述SiO2层由粒径为50～100nm的SiO2组成。
3.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(8)中，喷砂压力为0.05～0.1MPa。
4.如权利要求3所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(8)中，将硅片防在转盘上，喷枪均匀移动，将纳米级的SiO2喷射到硅片上，其中，转盘的旋转速度为1～3r/min，喷枪的移动速度为5～10mm/s。
5.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(4)中，制绒槽中的槽液为KOH和添加剂的混合液，制绒槽温度为65～80℃，制绒时间为5～10min。
6.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(9)中，超声波的清洗频率为20～30KHz，清洗时间为2～4min。
7.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(1)中，粗抛槽中的槽液为KOH溶液，粗抛槽温度为60～70℃，粗抛时间为2～5min；
步骤(2)和步骤(6)中的清洗槽为同一个，清洗槽中的槽液为KOH和H2O2的混合液，清洗槽温度为50～60℃；步骤(2)和步骤(6)中的清洗时间均为2～5min。
8.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(3)、步骤(5)和步骤(7)的水洗槽为同一个，水洗槽的槽液为清水，水洗槽温度为常温；步骤(3)、步骤(5)和步骤(7)中的清洗时间均为清洗时间为2～5min。
9.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，步骤(10)中，酸洗槽中的槽液为HF和HCl的混合液，酸洗槽的温度为常温，清洗时间为3～6min。
10.如权利要求1所述的利用微喷砂技术增强单晶硅电池前表面陷光效果的方法，其特征在于，在步骤(11)中，将步骤(10)所得的硅片放入慢提拉槽中进行表面脱水，慢提拉槽的温度为50～60℃，时间为2～5min；
将脱水后的硅片放入烘箱中进行烘干，烘箱温度为50～60℃，烘箱内的循环流量为180～250L/min。
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