CN101818348A - 一步法制备单晶硅太阳能电池绒面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一步法制备单晶硅太阳能电池绒面的方法，将单晶硅片置入混合液中，在80～85℃条件下浸泡腐蚀10～30分钟，在单晶硅片表面形成绒面，所述的混合液的体积百分比组成为：15％～20％的NaClO、10％～15％的C2H5OH和余量的水。本发明方法制备单晶硅片绒面可以减少工艺步骤，降低制作成本，提高经济效率。本发明操作简单，设备与常规的制绒工艺兼容，适宜于大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种单晶硅太阳能电池绒面的制备方法。
背景技术
自从太阳能电池问世以来，提高太阳能电池的转换效率和降低太阳能电池的制作成本一直是太阳能电池产业追求的目标。改进太阳能电池的结构设计、工艺技术、制作流程以及提高太阳能电池对阳光的吸收能力是达到上述两个目标的努力方向。绒面和减反膜是减少太阳能电池的反射率，提高太阳能电池吸收率的主要手段，也是硅基太阳能电池生产中必不可少的步骤，因此，在硅基太阳能电池领域，怎样制备高效的绒面是一个热门的课题。
所谓绒面就是指存在于物体表面上的一系列有规则或无规则的高低不同、大小不同的表面形貌。由于绒面的存在，物体表面的反射率可以大大降低，吸收率就可以显著提高。
单晶硅太阳能电池表面的绒面制备一般是通过碱溶液腐蚀而成，利用单晶硅在低浓度碱溶液中各向异性的腐蚀特性，在硅片表面形成金字塔结构。当太阳光照射在硅片表面时，由于金字塔的存在，光线在金字塔之间来回反射，形成多次吸收，从而提高了硅片吸收太阳光的能力。
常规的单晶硅绒面制备技术，是先使用清洗液除去硅片表面的污染物。然后在85℃下把硅片放在高浓度的NaOH或者KOH溶液(～15％左右)中腐蚀10分钟，使硅片两面各被腐蚀掉约10微米，以除去硅片表面的机械损伤层(如果不去除硅片的损伤层，会使得后继的杂质扩散不均匀，增加电池的漏电流)。然后将去除损伤层的硅片放在85℃的低浓度NaOH或者KOH(～2％左右)和IPA(异丙醇)的混合溶液中反应20分钟，就能在硅片表面制备出一层金字塔状的绒面，这就是通常所说的二步法制备单晶硅太阳能电池绒面的技术。
但采用二步法，制备过程复杂，也增加了生产成本。
发明内容
本发明提供一种制备单晶硅太阳能电池绒面的方法，能通过同一种腐蚀液，在去除单晶硅表面损伤层的同时获得优良的金字塔绒面。在现有技术的基础上不需要增加另外的生产设备。
一步法制备单晶硅太阳能电池绒面的方法，将单晶硅片置入混合液中，在80～85℃条件下浸泡腐蚀10～30分钟，在单晶硅片表面形成绒面，所述的混合液的体积百分比组成为15％～20％的NaClO、10％～15％的C2H5OH和余量的水。
本发明首先把单晶硅片浸泡在该制绒液(即所述的混合液)中，硅片经过制绒液腐蚀后，表面形成了大小为1微米到5微米的绒面，被腐蚀掉的单晶硅片的(总)厚度为10～25微米。
本发明的一个重要特征就是其不需要特殊的去损伤层的过程。在传统的制绒过程中，单晶硅片先要去除损伤层，然后再制备绒面。在本发明中，损伤层的去除过程就是制绒过程，通过将硅片浸泡在制绒液中，腐蚀其表面的损伤层，同时达到制绒的目的。
NaClO经水解生成OH-，使制绒液呈碱，利用碱溶液对硅片的各向异性腐蚀，硅片表面在去除损伤层的同时也形成了绒面。为了在一定时间内既能完全去除损伤层又能生成效果良好的绒面，控制制绒液的腐蚀速率非常重要。如果腐蚀速率过慢，那么在一定的时间内无法完全去除损伤层；如果腐蚀速率过快，容易造成绒面的金字塔颗粒过大，就不利于减少硅片表面的反射率。所以在本发明中，控制合适的反应速率是关键。
选择合适的NaClO浓度是控制腐蚀速率的一个重要手段，本发明所使用的混合液中，NaClO浓度为15％到20％。现在工业上普遍使用的2％NaOH和10％C2H5OH混合溶液在85℃，20分钟内硅片表面只能腐蚀掉16微米，而使用本发明腐蚀硅片，在相同条件下，可以将硅片腐蚀掉20微米以上。本发明对硅片的腐蚀速率大于现在普遍使用的NaOH制绒液，因此可以应用于一步法绒面制备。本发明发现，随着NaClO浓度的增加，硅片被腐蚀的厚度增加，制得的金字塔颗粒增大，使得硅片表面的反射率也随之增加。所以选择合适的NaClO浓度，既可以在一定的时间内完全腐蚀掉损伤层，又可以得到比较理想的反射率。在本发明中，15％～20％的NaClO溶液混合一定量的C2H5OH均可以达到理想的一步制绒效果
控制反应速率的第二个重要手段是控制C2H5OH的浓度。本发明发现，当浓度为17％的NaClO溶液中无C2H5OH时，在85℃下经20分钟反应之后，硅片表面没有任何金字塔颗粒形成，并且硅片表面比反应之前更加光亮，起到了抛光的作用，硅片单面厚度可以腐蚀掉15微米。在此溶液中加入C2H5OH后，硅片表面可以形成均匀的金字塔结构，并且单面腐蚀掉的硅片厚度明显小于15微米，减缓了反应速率。本发明还发现，当C2H5OH浓度控制在10％到15％时，能得到最佳的绒面效果，且能完全去除损伤层。
控制反应速率的第三个重要手段是控制反应的温度。本发明制绒液的反应温度控制在80℃到85℃，在此温度范围内能够将硅片损伤层完全去除，并且得到较低的表面反射率。
这就是说，本发明的制绒过程，既是一个去除损伤层的过程，也是一个制备绒面的过程。因此采用本发明的技术，可以大大简化生产步骤，降低生产成本。
单晶硅片在经过本发明的制绒液腐蚀后，表面形成了1微米到5微米的金字塔结构。这种绒面能有效降低单晶硅片表面的反射率，增加太阳光的吸收，提高太阳能电池的转换效率。
本发明制备单晶硅片绒面可以减少工艺步骤，降低制作成本，提高经济效率。本发明操作简单，设备与常规的制绒工艺兼容，适宜于大规模工业生产。
附图说明
图1为实施例1制备的硅片表面形貌；
图2为实施例2制备的硅片表面形貌；
图3为实施例3制备的硅片表面形貌；
图4为85℃下硅片在含有NaClO和C2H5OH的制绒液中反应20分钟后表面反射率，其中NaClO的体积百分比浓度分别为15％、17％和20％，C2H5OH的浓度为10％。
具体实施方式
实施例1
配制混合液(制绒液)，混合液的体积百分比组成为：
NaClO 15％
C2H5OH 10％
余量为水。
制绒液搅拌均匀后温度控制在85℃，将经过清洗的单晶硅片放入该制绒液中，反应20分钟，取出后用去离子水清洗，烘干。测得硅片单面腐蚀掉10微米，反射率为11.1％。
实施例2
配制混合液(制绒液)，混合液的体积百分比组成为：
NaClO 17％
C2H5OH 10％
余量为水。
制绒液搅拌均匀后温度控制在85℃，将经过清洗的单晶硅片放入该制绒液中，反应20分钟，取出后用去离子水清洗，烘干。测得硅片单面厚度腐蚀掉11微米，反射率为12％。
实施例3
配制混合液(制绒液)，混合液的体积百分比组成为：
NaClO 20％
C2H5OH 10％
余量为水。
制绒液搅拌均匀后温度控制在85℃，将经过清洗的单晶硅片放入该制绒液中，反应20分钟，取出后用去离子水清洗，烘干。测得硅片单面厚度腐蚀掉12.5微米，反射率为12.1％。
实施例4
配制混合液(制绒液)，混合液的体积百分比组成为：
NaClO 17％
C2H5OH 15％
余量为水。
制绒液搅拌均匀后温度控制在85℃，将经过清洗的单晶硅片放入该制绒液中，反应20分钟，取出后用去离子水清洗，烘干。测得硅片单面厚度腐蚀掉8.5微米，反射率为14.1％。
实施例5
配制混合液(制绒液)，混合液的体积百分比组成为：
NaClO 17％
C2H5OH 10％
余量为水。
制绒液搅拌均匀后温度控制在80℃，将经过清洗的单晶硅片放入该制绒液中，反应20分钟，取出后用去离子水清洗，烘干。测得硅片单面厚度腐蚀掉9.5微米，反射率为11.4％。
Claims (2)
1.一步法制备单晶硅太阳能电池绒面的方法，其特征在于，将单晶硅片置入混合液中，在80～85℃条件下浸泡腐蚀10～30分钟，在单晶硅片表面形成绒面，所述的混合液的体积百分比组成为：15％～20％的NaClO、10％～15％的C2H5OH和余量的水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的绒面的厚度为1微米到5微米。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100901 |