CN102496660A - 一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池制作领域，公开了一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，包括去损伤、碱制绒、酸制绒、去金属离子及钝化。本发明在现有的单晶碱制绒工艺后添加了一步酸制绒工艺，形成了特殊的表面结构，能减少硅片表面的复合中心，有效降低载流子在硅片表面的复合率，减小PN结的比表面积，明显提高开路电压，大幅提升单晶硅太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池制作领域，具体涉及一种单晶硅太阳能电池制绒方法。
背景技术：
太阳能电池是一种新型的能量转换设备，其中，单晶硅太阳能电池以其转换效率高、性能稳定而倍受青睐。为提高太阳能电池的光电转换效率，在其制作过程中，首先需对硅片进行化学处理，一方面在硅片表面形成特定的减反射结构以增加对光的吸收，另一方面去除硅片表面由于切片留下的10-20um厚的机械损伤层。现有的制绒方法是，在去损伤后进行碱制绒，主要以制绒后反射率作为绒面优劣的参考，通过化学反应对硅片表面进行各向异性腐蚀，得到均匀密布的金字塔表面结构，增加了光的吸收，提高了短路电流。但通过现有的碱制绒工艺获得的表面存在大量的复合中心，不利于PN结对载流子的收集，且由于PN结的比表面积较大，不利于开路电压的提高，这种绒面结构大大限制了单晶硅太阳能电池效率的提升。为满足市场对太阳能电池高功率的需求，在现有单晶碱制绒的基础上，工艺改良的高效电池大量涌现，常见的有二次印刷和选择性发射极电池，尽管可以提升效率，但需要引进昂贵的设备和原料，明显增加工艺时长和工艺步骤，生产成本较高。
为解决上述问题，申请人经长期反复试验找到了一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒工艺。
发明内容：
本发明的目的是提供一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，它既能减少硅片表面的复合中心，有效降低载流子在硅片表面的复合率，又能减小PN结的比表面积，明显提高开路电压，从而大幅提升单晶硅太阳能电池的光电转换效率。此外，这种制绒工艺无需延长工艺时间，只需对现有的制绒设备进行简单改良即可实现。
本发明所采用的技术方案如下：
一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，包括以下步骤：去损伤、碱制绒、酸制绒、去金属离子和钝化，其特征在于：所述碱制绒所用制绒溶液为NaOH或KOH溶液，在碱制绒后增设酸制绒，酸制绒所用制绒溶液为HF和HNO3的混合溶液。
进一步，在碱制绒时，所述NaOH或KOH溶液的质量百分含量为1％～5％。
进一步，在碱制绒时，碱制绒的温度为70℃～90℃。
进一步，在碱制绒时，碱制绒后硅片的腐蚀深度控制在1～6um，碱制绒的参考时间为6-18分钟。
进一步，在酸制绒时，所用制绒液为HF和HNO3的混合溶液，其中HF的浓度为40％-50％，HNO3的浓度为60％-70％。
更进一步，在酸制绒时，在酸性制绒溶液中HF和HNO3的体积百分含量为50％～80％。
更进一步，酸制绒时所用酸性绒液为HF和HNO3的混合溶液，HF和HNO3的体积比为1∶2～7。
进一步，在酸制绒时的温度控制在2～16℃。
进一步，控制酸制绒的腐蚀深度为1～10um，酸制绒的参考时间为10～140秒。
本发明的优点是：由于在碱制绒后增设酸制绒，能将金字塔底部的不稳定结构进一步腐蚀，形成狭窄的凹槽，使原有的密布的金字塔结构变得分散。它既能减少硅片表面的复合中心，有效降低载流子在硅片表面的复合率，又能减小PN结的比表面积，明显提高开路电压，从而大幅提升单晶硅太阳能电池的光电转换效率。采用本发明，开路电压可提升8～15mV，电池转换效率可提升0.4～0.6％，以硅片类型为125-165的单晶为例，采用本发明与现有碱制绒工艺相比，所得典型参数对比如下表：
  制绒方法   Pmpp   Uoc   Isc   FF   NCell
  现有技术(碱制绒)   2.6821   0.6139   5.6557   77.25   0.1732
  本发明   2.7530   0.6265   5.6674   77.54   0.1778
此外，现有碱制绒所需时间约为30分钟，采用本发明，碱制绒和酸制绒的总制绒时间仅为26-28分钟，制绒时间无需延长，还能缩短，而且酸性制绒溶液成分确定，配制技术成熟，可不配备冷冻机，使用冷却循环水即可满足工艺要求，生产中产生的废酸通过中和反应即可有效处理，只需对现有的制绒设备进行简单改良即可实现，制绒成本没有增加。
附图说明：
图1为本发明工艺流程框架图。
具体实施方式：
实施例1：实验采用P型单晶硅片，其电阻率为0.5～3Ω·cm。
一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，如图1所示，它包括以下步骤：去损伤、碱制绒、酸制绒、去金属离子和钝化，其中碱制绒所用制绒溶液为NaOH或KOH溶液，所述NaOH或KOH溶液的质量百分含量为1％，碱制绒的温度为83-85℃，碱制绒后硅片的腐蚀深度控制在3um，碱制绒的参考时间为16分钟，在碱制绒后增设酸制绒，酸制绒所用制绒溶液为HF和HNO3的混合溶液，其中HF的浓度为49％，HNO3的浓度为69％，HF和HNO3的体积比为1∶7，在酸性制绒溶液中HF和HNO3的体积百分含量为50％，酸制绒的温度控制在14～16℃，控制酸制绒的腐蚀深度为1-3um，酸制绒的参考时间为140秒。
实施例2：实验采用P型单晶硅片，其电阻率为0.5～3Ω·cm。
一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，如图1所示，它包括以下步骤：去损伤、碱制绒、酸制绒、去金属离子和钝化，其中碱制绒所用制绒溶液为NaOH或KOH溶液，所述NaOH或KOH溶液的质量百分含量为2.5％。碱制绒的温度为78℃～80℃。碱制绒后硅片的腐蚀深度控制在2～5um，碱制绒的参考时间为12分钟，在碱制绒后增设酸制绒，酸制绒所用制绒溶液为HF和HNO3的混合溶液，其中HF的浓度为49％，HNO3的浓度为69％，HF和HNO3的体积比为1∶5，在酸性制绒溶液中HF和HNO3的体积百分含量为65％，酸制绒的温度控制在10-12℃，控制酸制绒的腐蚀深度为1～5um，酸制绒的参考时间为80秒。
实施例3：实验采用P型单晶硅片，其电阻率为0.5～3Ω·cm。
一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，如图1所示，它包括以下步骤：去损伤、碱制绒、酸制绒、去金属离子和钝化，其中碱制绒所用制绒溶液为NaOH或KOH溶液，所述NaOH或KOH溶液的质量百分含量为5％。碱制绒的温度为73-75℃。碱制绒后硅片的腐蚀深度控制在5um，碱制绒的参考时间为8分钟，在碱制绒后增设酸制绒，酸制绒所用制绒溶液为HF和HNO3的混合溶液，其中HF的浓度为49％，HNO3的浓度为69％，HF和HNO3的体积比为1∶3，在酸性制绒溶液中HF和HNO3的体积百分含量为75％，酸制绒的温度控制在5-8℃，控制酸制绒的腐蚀深度为1～8um，酸制绒的参考时间为30秒。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何在未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，包括以下步骤：去损伤、碱制绒、酸制绒、去金属离子和钝化，其特征在于：所述碱制绒所用制绒溶液为NaOH或KOH溶液，在碱制绒后增设酸制绒，酸制绒所用制绒溶液为HF和HNO3的混合溶液。
2.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：在碱制绒时，所述NaOH或KOH溶液的质量百分含量为1％～5％。
3.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：在碱制绒时，碱制绒的温度为70℃～90℃。
4.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：在碱制绒时，碱制绒后硅片的腐蚀深度控制在1～6um。
5.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：在酸制绒时，所用制绒液为HF和HNO3的混合溶液，其中HF的浓度为40％-50％，HNO3的浓度为60％-70％。
6.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：在酸制绒时，在酸性制绒溶液中HF和HNO3的体积百分含量为50％～80％。
7.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：酸制绒时所用酸性绒液为HF和HNO3的混合溶液，HF和HNO3的体积比为1∶2～7。
8.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：在酸制绒时的温度控制在2～16℃。
9.根据权利要求1所述酸碱结合的单晶硅太阳能电池制绒方法，其特征在于：控制酸制绒的腐蚀深度为1～10um，酸制绒的参考时间为10～140秒。
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