CN104088018A - 一种单晶硅片制绒的清洗方法及单晶制绒设备 - Google Patents

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郭永刚
高鹏
张婷
屈小勇
林瀚琪
倪玉凤
陈璐
代同光
张治�
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Abstract

本发明公开了一种单晶硅片制绒的清洗方法，通过在单晶制绒后用氢氟酸加盐酸的混酸清洗溶液进行两次清洗，第一次氢氟酸加盐酸清洗可以有效去除钠离子、钾离子等主要金属杂质，并去除硅片表面的薄层二氧化硅；第二次氢氟酸加盐酸清洗更进一步清洗硅片浅表层金属杂质(第一次清洗后残留的金属杂质)，另外去除硅片表面的二氧化硅层，达到有效的脱水效果。同时，本发明还公开了一种单晶制绒设备，通过在盐酸槽中同时引入盐酸管道与氢氟酸管道，在氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道；从而可方便地获得盐酸与氢氟酸的混合溶液，方便进行上述单晶硅片制绒的清洗方法。

Description

一种单晶硅片制绒的清洗方法及单晶制绒设备
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种单晶硅片制绒的清洗方法及单晶制绒设备。 
背景技术
光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此，深入研究和利用太阳能资源，对缓解资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。 
制绒清洗工艺是晶硅太阳能电池制作的第一道工艺，制绒又称“表面织构化”处理。对于单晶硅来说，制绒是利用碱对单晶硅表面的各向异性腐蚀，在硅表面形成无数的四面方锥体，形成类似“金字塔”状的绒面。其目的是为了：去除硅片表面的机械损伤层和氧化层；同时在硅片表面制备一个反射率在10％～20％的织构表面，以增加对光的吸收，提高太阳能电池的短路电流及开路电压。 
制绒作为太阳能电池制作的第一道工序，有着重要影响。太阳能电池作为一种半导体器件，生产过程需要在洁净环境下进行。目前，在太阳能电池生产制绒过程当中，尽管用到的都是电子级的化学品，但难免在制造过程当中引入金属杂质，这些金属杂质残留在硅片表面经过高温扩散到硅片后形成复合中心，必然会影响太阳能电池的开路电压及短路电流，最终对太阳能电池效率产生影响，导致太阳能电池效率的下降。因此，制绒工艺后的硅片清洗工艺就显得特别重要。 
目前，传统单晶太阳能电池制程中，均在制绒后采用常规的酸洗工艺，即利用氢氟酸和盐酸对制绒后的单晶硅片进行清洗，其采用的设备为常规的单晶制绒设备，该设备具体为槽式制绒设备，分为制绒槽、水洗槽、酸洗槽 等。其中，酸洗槽又分为盐酸槽和氢氟酸槽。具体地，常规的酸洗工艺为：经制绒槽制绒后的硅片先放置于水洗槽清洗，之后放入盐酸槽内用盐酸对制绒后的硅片进行清洗，然后放置于水洗槽清洗，最后放入氢氟酸槽内采用氢氟酸进行清洗。也就是对制绒后的硅片先进行盐酸清洗，再进行氢氟酸清洗。 
然而，上述常规清洗工艺存在以下问题： 
(1)工业生产过程中，由于氢氟酸不具备去除金属杂质的功能，而盐酸槽到氢氟酸槽之间长时间生产会有金属杂质的积累，造成金属杂质不断上升，最终在硅片表面引入杂质； 
(2)在制绒槽到盐酸槽之间，硅片表面会形成薄层二氧化硅，该氧化层内部的杂质不易被盐酸清洗，同样会造成硅片表面杂质清洗不彻底。 
因此，如何提供一种有效的清洗工艺对制绒工艺中的硅片进行有效清洗已成为目前业界亟需解决的技术问题。 
发明内容
本发明的一目的在于提供一种单晶硅片制绒的清洗方法，以对硅片进行有效清洗。 
本发明的另一目的在于提供一种单晶制绒设备，以方便对单晶硅片进行制绒清洗。 
为了实现上述目的，本发明提供一种单晶硅片制绒的清洗方法，对制绒后的单晶硅片进行清洗，该方法包括以下步骤： 
对制绒后的单晶硅片用纯水清洗1～2次； 
将经纯水清洗后的单晶硅片置于第一清洗液中进行浸泡清洗； 
对经第一清洗液清洗后的单晶硅片用纯水清洗； 
将经纯水清洗后的单晶硅片置于第二清洗液中进行浸泡清洗； 
对经第二清洗液清洗后的单晶硅片进行纯水清洗并烘干； 
其中，所述第一清洗液及所述第二清洗液均为HF、HCl与H2O的混合溶液，且HF、HCl与H2O的体积比为(1～3)：(1～4)：(5～7)，并且所述第一清洗液中的HCl的比重大于所述第二清洗液中的HCl的比重，所述第二清洗液中的HF的比重大于所述第一清洗液中的HF的比重。 
较佳地，所述第一清洗液中的HF、HCl与H2O的体积比为1：3：6。 
较佳地，所述第二清洗液中的HF、HCl与H2O的体积比为3：1：6。 
较佳地，所述第一清洗液浸泡清洗的时间为3-7min。 
较佳地，所述第二清洗液浸泡清洗的时间为3-7min。 
较佳地，所述第一清洗液通过在单晶制绒设备中的盐酸槽中同时引入盐酸管道与氢氟酸管道形成。 
较佳地，所述第二清洗液通过在单晶制绒设备中的氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道形成。 
同时，为了实现上述目的，本发明还提供一种单晶制绒设备，包括水洗槽、制绒槽、盐酸槽以及氢氟酸槽，所述盐酸槽在引入盐酸管道的同时还引入氢氟酸管道，所述氢氟酸槽在引入氢氟酸管道的同时还引入盐酸管道。 
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果： 
1)本发明提供的单晶硅片制绒的清洗方法通过在单晶制绒后用氢氟酸加盐酸的混酸清洗溶液进行两次清洗，第一次氢氟酸加盐酸清洗可以有效去除钠离子、钾离子等主要金属杂质，并去除硅片表面的薄层二氧化硅；第二次氢氟酸加盐酸清洗更进一步清洗硅片浅表层金属杂质(第一次清洗后残留的金属杂质)，另外去除硅片表面的二氧化硅层，达到有效的脱水效果。 
2)本发明提供的单晶制绒设备通过在盐酸槽中同时引入盐酸管道与氢氟酸管道，在氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道；从而可方便地获得盐酸与氢氟酸的混合溶液，方便进行上述单晶硅片制绒的清洗方法。 
附图说明
图1为本发明一实施例提供的单晶硅片制绒的清洗方法的流程图； 
图2A为使用传统单晶硅片制绒的清洗方法清洗后的硅片表面的SEM图； 
图2B为使用本发明实施例提供的单晶硅片制绒的清洗方法清洗后的硅片表面的SEM图。 
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的单晶硅片制绒的清洗方法及单晶制绒设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 
请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的单晶硅片制绒的清洗方法的流程图，如图1所示，本发明提供的单晶硅片制绒的清洗方法包括以下步骤： 
S101、对制绒后的单晶硅片用纯水清洗1～2次； 
S102、将经纯水清洗后的单晶硅片置于第一清洗液中进行浸泡清洗；以有效地去除单晶硅片上的钠离子、钾离子等主要金属杂质，并去除单晶硅片表面的薄层二氧化硅；具体地，浸泡清洗的时间为3-7min； 
S103、对经第一清洗液清洗后的单晶硅片用纯水清洗； 
S104、将经纯水清洗后的单晶硅片置于第二清洗液中进行浸泡清洗；以进一步清洗硅片浅表层金属杂质(即第一次清洗后残留的金属杂质)，另外去除硅片表面的二氧化硅层，达到有效的脱水效果；具体地，浸泡清洗的时间为3-7min； 
S105、对经第二清洗液清洗后的单晶硅片进行纯水清洗并烘干。 
其中，第一清洗液及第二清洗液均为HF、HCl与H2O的混合溶液，且HF、HCl与H2O的体积比为(1～3)：(1～4)：(5～7)，并且第一清洗液中的 HCl的比重大于第二清洗液中的HCl的比重，第二清洗液中的HF的比重大于第一清洗液中的HF的比重；即第一清洗液以盐酸为主，以氢氟酸为辅，从而可有效地去除单晶硅片上的钠离子、钾离子等主要金属杂质，并去除单晶硅片表面的薄层二氧化硅；第二清洗液以氢氟酸为主，以盐酸为辅，从而可进一步清洗硅片浅表层金属杂质(即第一次清洗后残留的金属杂质)，另外可去除硅片表面的二氧化硅层，达到有效的脱水效果。 
具体地，第一清洗液通过在单晶制绒设备中的盐酸槽中同时引入盐酸管道与氢氟酸管道形成。第二清洗液通过在单晶制绒设备中的氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道形成。在盐酸槽及氢氟酸槽中同时引入盐酸管道和氢氟酸管道后，可实现两种混酸的自动配液，从而可方便地得到上述的第一清洗液以及第二清洗液。 
以下给出具体的实施例对本发明提供的硅片制绒的清洗方法进行更详细的描述。 
实施例1 
本实施例提供的单晶硅片制绒的清洗方法为： 
步骤一：首先对制绒后的单晶硅片用纯水清洗1-2次，以去除单晶硅片表面的颗粒杂质； 
步骤二：将经步骤一处理好的单晶硅片置于第一清洗液中进行浸泡清洗3-7min；其中，第一清洗液按照HF、HCl与H2O按1：3：6的体积比进行配置； 
步骤三：将经步骤二处理好的单晶硅片用纯水清洗； 
步骤四：将经步骤三处理好的单晶硅片置于第二清洗液中进行浸泡清洗3-7min；其中，第二清洗液按照HF、HCl与H2O按3：1：6的体积比进行配置； 
步骤五：对经步骤四处理好的单晶硅片进行纯水清洗并烘干。 
关于本发明提供的单晶硅片制绒的清洗方法的效果，请参考图2A及图2B，其中，图2A为使用传统单晶硅片制绒的清洗方法清洗后的硅片表面的SEM图，图2B为使用本发明实施例提供的单晶硅片制绒的清洗方法清洗后的硅片表面的SEM图；比较图2A与图2B可知，在图2A中，硅片的绒面表面仍然存在一些污染物(如图2A中圆圈部分所示)；而在图2B中，硅片的绒面表面几乎没有污染物存在。该实验结果显示本发明提供的硅片制绒的清洗方法对硅片表面洁净度有明显改善。 
为了进一步验证本发明提供的单晶硅片制绒的清洗方法的效果，申请人对传统单晶硅片制绒的清洗方法与本发明提供的单晶硅片制绒的清洗方法进行跟踪，进一步制备了两组太阳能电池，并测试最终成品太阳能电池的电性能，其电性能的测试结果请参考表1，该结果表明，相对于采用传统清洗方法制成的太阳能电池，采用本发明提供的清洗方法制成的太阳能电池的开路电压(Uoc)有1-2mv的提升，短路电流(Isc)有20mA的提高，且漏电流(Irev)更小，最终电池效率(Eff)提高约0.1％，效果明显。 
表1：太阳能电池电性能比较 
本发明提供的单晶硅片制绒的清洗方法的有益效果为：可有效降低单晶硅片表面有机物的污染及金属离子的附着，扩散后少子寿命得到提升，从而可提升成品太阳能电池的短路电流，改善开路电压，并使得其漏电流减小，最终有利于太阳能电池效率的提升。 
并且，本发明还提供一种单晶制绒设备，通过在盐酸槽中同时引入盐酸 管道与氢氟酸管道，在氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道；从而可方便地获得盐酸与氢氟酸的混合溶液，方便进行上述单晶硅片制绒的清洗方法。 
上述实施例仅是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于所述实施例。 
综上所述，本发明提供了一种单晶硅片制绒的清洗方法，通过在单晶制绒后用氢氟酸加盐酸的混酸清洗溶液进行两次清洗，第一次氢氟酸加盐酸清洗可以有效去除钠离子、钾离子等主要金属杂质，并去除硅片表面的薄层二氧化硅；第二次氢氟酸加盐酸清洗更进一步清洗硅片浅表层金属杂质(第一次清洗后残留的金属杂质)，另外去除硅片表面的二氧化硅层，达到有效的脱水效果。同时，本发明还提供了一种单晶制绒设备，通过在盐酸槽中同时引入盐酸管道与氢氟酸管道，在氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道；从而可方便地获得盐酸与氢氟酸的混合溶液，方便进行上述单晶硅片制绒的清洗方法。 
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (8)

1.一种单晶硅片制绒的清洗方法，对制绒后的单晶硅片进行清洗，其特征在于，该方法包括以下步骤：
对制绒后的单晶硅片用纯水清洗1～2次；
将经纯水清洗后的单晶硅片置于第一清洗液中进行浸泡清洗；
对经第一清洗液清洗后的单晶硅片用纯水清洗；
将经纯水清洗后的单晶硅片置于第二清洗液中进行浸泡清洗；
对经第二清洗液清洗后的单晶硅片进行纯水清洗并烘干；
其中，所述第一清洗液及所述第二清洗液均为HF、HCl与H2O的混合溶液，且HF、HCl与H2O的体积比为(1～3)：(1～4)：(5～7)，并且所述第一清洗液中的HCl的比重大于所述第二清洗液中的HCl的比重，所述第二清洗液中的HF的比重大于所述第一清洗液中的HF的比重。
2.如权利要求1所述的单晶硅片制绒的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗液中的HF、HCl与H2O的体积比为1：3：6。
3.如权利要求1或2所述的单晶硅片制绒的清洗方法，其特征在于，所述第二清洗液中的HF、HCl与H2O的体积比为3：1：6。
4.如权利要求1所述的单晶硅片制绒的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗液浸泡清洗的时间为3-7min。
5.如权利要求1所述的单晶硅片制绒的清洗方法，其特征在于，所述第二清洗液浸泡清洗的时间为3-7min。
6.如权利要求1所述的单晶硅片制绒的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗液通过在单晶制绒设备中的盐酸槽中同时引入盐酸管道与氢氟酸管道形成。
7.如权利要求1所述的单晶硅片制绒的清洗方法，其特征在于，所述第二清洗液通过在单晶制绒设备中的氢氟酸槽中同时引入氢氟酸管道与盐酸管道形成。
8.一种单晶制绒设备，包括水洗槽、制绒槽、盐酸槽以及氢氟酸槽，其特征在于，所述盐酸槽在引入盐酸管道的同时还引入氢氟酸管道，所述氢氟酸槽在引入氢氟酸管道的同时还引入盐酸管道。
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