CN104752551A - 一种太阳能硅片的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能硅片的清洗方法，包括对太阳能硅片进行RCA清洗，RCA清洗包括：对太阳能硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，进行刻蚀处理；其中，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理。该清洗方法，在对太阳能硅片进行RCA清洗时，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的太阳能硅片进行刻蚀处理，利用硅片与双氧水、氢氟酸和水的混合溶液的界面化学变化，促进对硅片表面进行微刻蚀，从而降低硅片表面的金属污染，进而降低硅片表面的金属原子与硅片中的少子的复合，提高太阳能硅片中少子的寿命，从而提高太阳能电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能硅片的清洗方法。
背景技术
随着太阳能电池***平衡部件成本比例的增大，提高太阳能电池的转换效率变得尤为重要。目前，太阳能电池主要市场份额由晶硅电池占据，典型的晶硅高效技术有：选择性发射极技术，背接触高效技术、金属穿孔卷绕技术和晶硅/非晶硅异质节技术等。其中，晶硅/非晶硅异质节电池技术具有低温制备、低温度系数和高效特点，被认为是最有竞争力的晶硅高效技术。
晶硅/非晶硅异质节电池的核心点在于晶硅表面的钝化技术，其性能与界面清洗方法直接相关，通常用少子寿命表征，硅片表面的金属污染越少，硅片的少子寿命越长，晶硅/非晶硅异质节电池的性能越好。
目前，常用的晶硅/非晶硅清洗技术一般为RCA清洗技术，即首先对硅片进行去除硅片表面杂质的清洗，以去除硅片表面的有机物、颗粒和金属元素等；然后对硅片进行氧化和络合处理，以去除硅片表面的金属原子；最后利用氢氟酸溶液，对硅片表面进行刻蚀处理，以去除硅片表面的氧化层。但是，目前现有的硅片清洗方法不能达到更高效的异质节电池需求，因此，如何降低清洗后硅片表面的金属污染已成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种太阳能硅片的清洗方法，用以降低硅片表面的金属污染，从而提高硅片的少子寿命。
本发明实施例提供的一种太阳能硅片的清洗方法，包括对太阳能硅片进行RCA清洗，其中，所述RCA清洗包括：
对太阳能硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，进行刻蚀处理；其中，
采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理。
本发明实施例提供的上述太阳能硅片的清洗方法，在对太阳能硅片进行RCA清洗时，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的太阳能硅片进行刻蚀处理，利用硅片与双氧水、氢氟酸和水的混合溶液的界面化学变化，促进对硅片表面进行微刻蚀，从而降低硅片表面的金属污染，进而降低硅片表面的金属原子与硅片中的少子的复合，提高太阳能硅片中少子的寿命，从而提高太阳能电池的效率。
较佳地，为了进一步地提高硅片少子的寿命，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在对太阳能硅片进行所述刻蚀处理之后，还包括：
对所述太阳能硅片进行氧化处理；
采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对所述氧化处理后的太阳能硅片进行刻蚀处理。
较佳地，为了进一步地提高硅片少子的寿命，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，所述氧化处理和所述刻蚀处理交替执行，重复1-3次。
较佳地，为了达到较好的清洗效果，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在所述双氧水、氢氟酸和水的混合溶液中，浓度为30%的双氧水、浓度为49%的氢氟酸和水的体积比为0.1～1:1:20～500。
较佳地，为了达到较好的清洗效果，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行一次刻蚀处理的时间为30秒至5分钟。
较佳地，为了达到较好的清洗效果，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，对所述太阳能硅片进行氧化处理，具体包括：
采用双氧水的水溶液对太阳能硅片进行氧化处理。
较佳地，为了达到较好的清洗效果，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在双氧水的水溶液中，浓度为30%的双氧水和水的体积比为0.1～10:20。
较佳地，为了达到较好的清洗效果，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，采用双氧水的水溶液对太阳能硅片进行一次氧化处理的时间为30秒至5分钟。
较佳地，为了达到较好的清洗效果，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，所述预清洗包括：
采用硫酸和双氧水的混合溶液或者氢氧化铵、双氧水和水的混合溶液对太阳能硅片进行去除硅片表面杂质的清洗；
和/或采用盐酸、双氧水和水的混合溶液对经过前述去除硅片表面杂质的清洗后的太阳能硅片进行氧化和络合处理。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在对太阳能硅片进行RCA清洗之前，还包括：
对所述太阳能硅片进行制绒处理。
附图说明
图1为本发明实施例提供的太阳能硅片的清洗方法的流程图之一；
图2为本发明实施例提供的太阳能硅片的清洗方法的流程图之二；
图3为本发明实施例提供的太阳能硅片的清洗方法的流程图之三；
图4为本发明实施例提供的清洗槽的结构示意图；
图5为本发明实例一提供的太阳能硅片的清洗方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的太阳能硅片的清洗方法的具体实施方式进行详细地说明。
本发明实施例提供的一种太阳能硅片的清洗方法，包括对太阳能硅片进行RCA清洗，如图1所示，RCA清洗具体包括以下步骤：
S101、对太阳能硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化；
具体地，在RCA清洗中，对太阳能硅片进行预清洗是要去除硅片表面的有机沾污、颗粒和部分金属污染等，在这过程中，硅片表面产生了氧化。在具体实施时，对太阳能硅片进行去除硅片表面杂质的清洗可以包括：
采用硫酸H2SO4和双氧水H2O2的混合溶液或者氢氧化铵NH4OH、双氧水H2O2和水H2O的混合溶液对太阳能硅片进行去除硅片表面杂质的清洗；
和/或采用盐酸、双氧水和水的混合溶液对经过前述去除硅片表面杂质的清洗后的太阳能硅片进行氧化和络合处理。
具体地，采用H2SO4和H2O2的混合溶液对太阳能硅片进行去除硅片表面杂质的清洗，由于H2SO4和H2O2的混合溶液有很高的氧化能力，不仅可以将附着在硅片表面的金属污染物氧化后溶于该混合溶液中，并且能将附着在硅片表面的有机物氧化成CO2和H2O，从而去除硅片表面的有机物沾污和部分金属污染。
具体地，采用NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液对太阳能硅片进行去除硅片表面杂质的清洗，由于H2O2的氧化作用，硅片的表面会生成一层氧化硅薄膜层(SiO2)，使硅片的表面呈亲水性，从而使硅片的表面和粒子之间可被NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液浸透；同时，由于硅片表面的氧化硅薄膜层与硅片表面的Si被NH4OH腐蚀，因此可以使附着在硅片表面的颗粒易于落入NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液中，从而达到去除硅片表面的颗粒的目的。
具体地，采用盐酸、双氧水和水的混合溶液对经过前述去除硅片表面杂质的清洗后的太阳能硅片进行氧化和络合处理，主要用于去除硅片表面的钠Na、铁Fe、镁Mg等金属沾污。
S102、对进行预清洗之后的太阳能硅片进行刻蚀处理；具体采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理。
具体地在RCA清洗中，采用H2O2、HF和H2O混合后的刻蚀溶液对对太阳能硅片进行刻蚀处理，利用硅片与H2O2、HF和H2O的混合溶液的界面化学变化，促进对硅片表面进行微刻蚀，从而进一步降低硅片表面的金属污染。
本发明实施例提供的上述太阳能硅片的清洗方法，在对太阳能硅片进行RCA清洗时，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的太阳能硅片进行刻蚀处理，利用硅片与双氧水、氢氟酸和水的混合溶液的界面化学变化，促进对硅片表面进行微刻蚀，从而降低硅片表面的金属污染，进而降低硅片表面的金属原子与硅片中的少子的复合，提高太阳能硅片中少子的寿命，从而提高太阳能电池的效率。
进一步地，本发明实施例提供的上述清洗方法，适用于对单晶硅片进行清洗，也适用于对多晶硅片进行清洗，在此不做限定。
进一步地，本发明实施例提供的上述清洗方法，适用于对N型硅片进行清洗，也适用于对P型硅片进行清洗，在此不做限定。
较佳地，为了进一步地提高硅片少子的寿命，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在步骤S102对太阳能硅片刻蚀处理之后，如图2所示，还包括：
S103、对太阳能硅片进行氧化处理；
具体地，在具体实施时，对太阳能硅片进行氧化处理，具体可以包括：
采用双氧水H2O2的水溶液对太阳能硅片进行氧化处理。
当然，在具体实施时，也可以采用硝酸HNO3、氢氟酸HF和水H2O2的混合溶液对太阳能硅片进行氧化处理，在此不做限定。
S104、采用双氧水H2O2、氢氟酸HF和水H2O混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理。
具体地，采用H2O2、HF和H2O的混合溶液对太阳能硅片再次进行刻蚀处理，利用硅片与H2O2、HF和H2O的混合溶液的界面化学变化，促进对硅片表面进行微刻蚀，从而进一步降低硅片表面的金属污染。
具体地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在对太阳能硅片进行刻蚀处理之后对太阳能硅片进行氧化处理，可以在硅片的表面生成一层薄的具有亲水性的氧化硅薄膜，从而使硅片表面可被H2O2的水溶液浸透，然后再对硅片进行刻蚀处理，利用硅片与双氧水的水溶液之间的界面化学变化，对进硅片的进行微刻蚀，刻蚀掉硅片表面的氧化层，形成疏水性的表面，当硅片表面的氧化硅薄膜被完全刻蚀掉时，硅片表面的硅几乎不再被腐蚀，从而不仅可以降低硅片表面的金属污染，提过太阳能硅片的少子的寿命，还可以降低硅片表面的粗糙度，提高硅片的钝化质量，进而进一步地提高太阳能硅片的少子的寿命和太阳能电池的效率。
具体地，在具体实施时，本发明实施例提供的上述清洗方法，如图3所示，步骤S103氧化处理和步骤S104刻蚀处理交替执行，重复1-3次，经过反复氧化和刻蚀处理的交替执行，清洗效果较佳。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在双氧水、氢氟酸和水的混合溶液中，浓度为30%的双氧水、浓度为49%的氢氟酸和水的体积比控制在0.1～1:1:20～500之间，对硅片的刻蚀效果较佳。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在双氧水、氢氟酸和水的混合溶液中，浓度为30%的双氧水、浓度为49%的氢氟酸和水的体积比可以为：0.1:1:20，0.1:1:500，1:1:20，1:1:500，0.5:1:30或者0.5:1:300。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行一次刻蚀处理的时间控制在30秒至5分钟之间为佳。较佳地，为了能够充分反应，刻蚀处理的时间控制在2分钟以上。采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理的温度可以为室温，在此不做限定。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在双氧水的水溶液中，浓度为30%的双氧水和水的体积比控制在0.1～10:20之间，对太阳能硅片的氧化效果较佳。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在双氧水的水溶液中，浓度为30%的双氧水和水的体积比可以为：0.1:20，0.5:20，1:20，2:20，5:20，8:20或者10:20。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，采用双氧水的水溶液对太阳能硅片进行一次氧化处理的时间控制在30秒至5分钟之间为佳。较佳地，为了能够充分反应，氧化处理的时间控制在2分钟以上。采用双氧水的水溶液对太阳能硅片进行氧化处理的的温度可以为室温，在此不做限定。
或者，较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在硝酸、氢氟酸和水的混合溶液中，浓度为70%的硝酸、浓度为49%的氢氟酸和水的体积比控制在0.1～5：1：20之间，对太阳能硅片的氧化效果较佳。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液对太阳能硅片进行一次氧化处理的时间控制在为30秒至5分钟为佳。较佳地，为了能够充分反应，氧化处理的时间控制在2分钟以上。采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液对太阳能硅片进行氧化处理的温度可以为室温，在此不做限定。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在硫酸和双氧水的混合溶液中，浓度为98%的硫酸和浓度为30%的双氧水的体积比控制在2～5：1之间，对太阳能硅片的清洗效果较佳。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，硫酸、双氧水和水的混合溶液的温度控制在100℃～130℃之间为佳。
或者，较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在氢氧化铵、双氧水和水的混合溶液中，浓度为29%为氢氧化铵、浓度为30%的双氧水和水的体积比控制0.5～1：1：5之间，对太阳能硅片的清洗效果较佳。最佳地，浓度为29%为氢氧化铵、浓度为30%的双氧水和水的体积比为1：1：5。
较佳地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在盐酸、双氧水和水的混合溶液中，浓度为37%的盐酸、浓度为30%的双氧水和水的体积比控制在0.5～2：1：6之间，对太阳能硅片的清洗效果较佳。最佳地，浓度为37%的盐酸、浓度为30%的双氧水和水的体积比为=1：1：6。
进一步地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在对太阳能硅片进行RCA清洗之前，还包括：对太阳能硅片进行制绒处理。具体地，对太阳能硅片进行制绒处理主要是利用制绒溶液和硅片的化学反应在硅片表面产生各向异性腐蚀，从而形成密集的显微金字塔角锥体结构的绒面，制绒处理属于现有技术，在此不做详述。
进一步地，在本发明实施例提供的上述清洗方法中，在对太阳能硅片进行RCA清洗之后，还包括：采用等离子体增强化学气相沉积法在太阳能硅片的表面沉积一层非晶硅薄膜，以维持太阳能硅片表面的洁净度。具体地，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积非晶硅薄膜属于现有技术，在此不做详述。
具体地，在具体实施时，太阳能硅片的清洗过程一般是在一个清洗槽装置中进行的，清洗槽装置的结构如图4所示，包括：清洗槽01和位于清洗槽01中用于放置硅片的硅片花篮02。
下面通过一个具体的实例对本发明实施例提供的上述的清洗方法进行详细的说明。
实例一：
具体地，对经氢氧化钠、硅酸钠、水和异丙醇的制绒溶液进行制绒处理后的N型单晶硅片进行清洗，并且按照如图5所示的S501去除硅片表面杂质的清洗、S502氧化和络合处理、S503蚀处理、S504氧化处理、S505刻蚀处理的顺序对单晶硅片进行清洗，具体包括以下步骤：
（1）、将单晶硅片装入清洗槽中的硅片花篮中；
（2）、对单晶硅片进行去除硅片表面杂质的清洗；
具体地，在具体实施时：
在清洗槽中加入30升去离子水；
将去离子水加热到65℃左右时，开始在清洗槽中加入0.3升浓度为29%的氢氧化铵NH4OH和4升浓度为30%的双氧水H2O2并搅拌均匀；
大约10分钟之后，采用去离子水在清洗槽中溢流6分钟左右，将残留在单晶硅片表面的氢氧化铵和双氧水清洗掉；
将清洗槽中的溶液都排放干净。
（3）、对单晶硅片进行氧化和络合处理；
在清洗槽中加入16升去离子水；
将去离子水加热到65℃左右时，开始在清洗槽中加入3升浓度为37%的盐酸HC升和3升浓度为30%的双氧水H2O2并搅拌均匀；
大约10分钟之后，采用去离子水在清洗槽中溢流6分钟左右，将残留在单晶硅片表面的盐酸和双氧水清洗掉；
将清洗槽中的溶液都排放干净。
（4）对单晶硅片进行刻蚀处理；
具体地，在具体实施时：首先，在清洗槽中加入15升去离子水、0.5升浓度为49%的氢氟酸HF和0.25升浓度为30%的双氧水H2O2并搅拌均匀；
大约2分钟之后，采用去离子水在清洗槽中溢流1分钟左右，将残留在单晶硅片表面的氢氟酸和双氧水清洗掉；
最后，将清洗槽中的溶液都排放干净。
（5）对单晶硅片进行氧化处理；
具体地，在具体实施时：首先，在清洗槽中加入20升去离子水和2升浓度为30%的双氧水H2O2并搅拌均匀；
大约2分钟之后，采用去离子水在清洗槽中溢流6分钟左右，将残留在单晶硅片表面的双氧水清洗掉；
最后，将清洗槽中的溶液都排放干净。
（6）对单晶硅片进行刻蚀处理；
具体地，在具体实施时：首先，在清洗槽中加入15升去离子水、0.5升浓度为49%的氢氟酸HF和0.25升浓度为30%的双氧水H2O2并搅拌均匀；
大约2分钟之后，采用去离子水在清洗槽中溢流1分钟左右，将残留在单晶硅片表面的氢氟酸和双氧水清洗掉；
最后，将清洗槽中的溶液都排放干净。
（7）将单晶硅片放入甩干机甩干。
具体地为了说明经本发明实施例提供的上述太阳能硅片的清洗方法的清洗效果，将经实例一方法清洗后的单晶硅片与采用现有的清洗方法清洗后的单晶硅片做比较，具体地，现有的清洗方法，包括实例一的步骤（1）-步骤（3），在步骤（3）之后，现有的清洗方法采用15升去离子水和0.5升浓度为49%的氢氟酸HF的混合溶液对单晶硅片进行刻蚀处理2分钟，然后采用去离子水将残留在单晶硅片表面的氢氟酸清洗掉；最后，将单晶硅片放入甩干机甩干。
进一步地，为了比较实例一和现有方法的清洗效果，采用等离子体增强化学气相沉积法，在经实例一的方法和现有的方法清洗后的单晶硅片的表面分别沉积40nm非晶硅的薄膜，然后分别对经实例一方法清洗后的单晶硅片和经现有方法清洗后的单晶硅片做少子寿命测试和电池效率测试，测试结果如表1a和表1b所示，其中，表1a为单晶硅片的少子寿命的测试结果，表1b为采用上述单晶硅片制成的太阳能电池的效率的测试结果。
表1a
表1b
从表1a中的测试结果可以看出，经本发明实施例提供的清洗方法清洗后的单晶硅片，硅片的少子的寿命远远大于经现有的清洗方法清洗后的单晶硅片的少子寿命；从表1b中的测试结果可以看出，经本发明实施例提供的清洗方法清洗后的单晶硅片，电池的效率比经现有的清洗方法清洗后的单晶硅片的电池效率的平均值高了0.2个百分点。
综上测试结果可知，经本发明实施例提供的清洗方法清洗后的单晶硅片，硅片的少子的寿命较长，且采用该单晶硅片制成的太阳能电池的效率较高。
本发明实施例提供的一种太阳能硅片的清洗方法，包括对太阳能硅片进行RCA清洗，RCA清洗包括：对太阳能硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，进行刻蚀处理；其中，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理。该清洗方法，在对太阳能硅片进行RCA清洗时，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的太阳能硅片进行刻蚀处理，利用硅片与双氧水、氢氟酸和水的混合溶液的界面化学变化，促进对硅片表面进行微刻蚀，从而降低硅片表面的金属污染，进而降低硅片表面的金属原子与硅片中的少子的复合，提高太阳能硅片中少子的寿命，从而提高太阳能电池的效率。
显然，本领域的技术人员可以对本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 (10)
1.一种太阳能硅片的清洗方法，包括对太阳能硅片进行RCA清洗，其特征在于，所述RCA清洗包括：
对太阳能硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，进行刻蚀处理；其中，
采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行刻蚀处理。
2.如权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在对太阳能硅片进行所述刻蚀处理之后，还包括：
对所述太阳能硅片进行氧化处理；
采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对所述氧化处理后的太阳能硅片进行刻蚀处理。
3.如权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述氧化处理和所述刻蚀处理交替执行，重复1-3次。
4.如权利要求1-3任一项所述的清洗方法，其特征在于，在所述双氧水、氢氟酸和水的混合溶液中，浓度为30%的双氧水、浓度为49%的氢氟酸和水的体积比为0.1～1:1:20～500。
5.如权利要求2或3所述的清洗方法，其特征在于，采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对太阳能硅片进行一次刻蚀处理时间为30秒至5分钟。
6.如权利要求2或3所述的清洗方法，其特征在于，对所述太阳能硅片进行氧化处理，具体包括：
采用双氧水的水溶液对太阳能硅片进行氧化处理。
7.如权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，在双氧水的水溶液中，浓度为30%的双氧水和水的体积比为0.1～10:20。
8.如权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，采用双氧水的水溶液对太阳能硅片进行一次氧化处理的时间为30秒至5分钟。
9.如权利要求1-3任一项所述的清洗方法，其特征在于，所述预清洗包括：
采用硫酸和双氧水的混合溶液或者氢氧化铵、双氧水和水的混合溶液对太阳能硅片进行去除硅片表面杂质的清洗;
和/或采用盐酸、双氧水和水的混合溶液对经过前述去除硅片表面杂质的清洗后的太阳能硅片进行氧化和络合处理。
10.如权利要求1-3任一项所述的清洗方法，其特征在于，在对太阳能硅片进行RCA清洗之前，还包括：
对所述太阳能硅片进行制绒处理。
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