一种硅片的刻蚀方法及刻蚀设备与流程

本发明涉及一种太阳能电池的刻蚀方法及设备，尤其涉及一种硅片的刻蚀方法及刻蚀设备。

背景技术：

太阳能电池是将太阳能转换成电能的装置，可以分成薄膜型及硅片(芯片)型。而硅片型太阳能电池又可分为单晶硅片太阳能电池及多晶硅片太阳能电池，目前市售产品以硅元素作为其主要原料。此处，单晶硅片包含单晶硅片及类单晶硅片，类单晶硅片是指单晶相为主但含有局部多晶相的混合晶相硅片。

P型硅片型太阳能电池的制造流程包含表面制绒(刻蚀)步骤、磷扩散步骤、表面氧化层去除步骤、抗反射镀膜步骤、电极形成步骤及利用激光方式进行边缘隔离的步骤。另一制造流程为表面制绒(刻蚀)步骤、磷扩散步骤、利用湿式刻蚀进行边缘隔离的步骤、表面氧化层去除步骤、抗反射镀膜步骤及电极形成步骤。

现有技术中有两种刻蚀工艺，一种是采用高浓度酸液对硅片进行刻蚀抛光，反射率仅在27％～32％，且会排放大量的氮氧化合物；另一种是采用TMAH有机碱进行刻蚀，成本很高，而且有机碱本身具有毒性，会污染环境。

因此，有必要提供一种环保且能提高硅片反射率的硅片刻蚀方法，同时提供一种刻蚀设备。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种硅片的刻蚀方法及刻蚀设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置传送至第一水洗槽中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽中对硅片进行碱性刻蚀处理；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽中，去除硅片上表面的磷硅玻璃；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置中进行干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置传出。

优选地，所述步骤S2中氢氟酸溶液的质量分数为3-10％，处理时间为5-60s。

优选地，所述步骤S4中刻蚀溶液为质量分数为2-8％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，刻蚀温度为60-75℃，时间为50-200s。

优选地，所述酸洗槽中的酸性溶液包括质量分数为3-12％的盐酸和质量分数为5-15％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为40-100s。

优选地，所述步骤S8中的干燥温度为50-60℃。

进一步地，所述硅片的刻蚀深度≥5μm。

进一步地，所述硅片成品的反射率为48-52％。

进一步地，所述硅片成品表面85-90％的区域为近似平面。

本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置、第一水洗槽、预处理槽，第二水洗槽、刻蚀槽、第三水洗槽、酸洗槽、第四水洗槽、烘干装置和出料装置。

进一步地，所述入料装置、第一水洗槽、预处理槽，第二水洗槽、刻蚀槽、第三水洗槽、酸洗槽、第四水洗槽、烘干装置和出料装置之间相互独立设置。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的硅片刻蚀方法对硅片的刻蚀深度≥5μm；

(2)本发明的硅片刻蚀方法得到的硅片成品的反射率为48-52％；

(3)本发明的硅片的刻蚀方法得到的硅片成品表面85-90％的区域为近似平面；

(4)本发明的硅片刻蚀方法采用氢氧化钠或氢氧化钾作为刻蚀溶液，减少了氨碳的排放，有利于环保；

(5)本发明的硅片刻蚀方法利用玻璃层的亲水性，刻蚀之前在硅片表面形成水膜，当硅片刻蚀时，水膜中的水会稀释流动到玻璃层上的化学试剂，从而避免化学试剂腐蚀硅片基体的PN结；

(6)本发明的硅片刻蚀设备结构简单，实现了硅片的自动化刻蚀技术。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例1中硅片成品的SEM图；

图2是本发明实施例2中硅片成品的SEM图；

图3是本发明实施例3中硅片成品的SEM图；

图4是本发明的一种硅片刻蚀设备俯视图。

其中，图中附图标记对应为：1-入料装置，2-第一水洗槽，3-预处理槽，4-第二水洗槽，5-刻蚀槽，6-第三水洗槽，7-酸洗槽，8-第四水洗槽，9-烘干装置，10-出料装置。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置1传送至第一水洗槽2中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽3中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃，所述氢氟酸溶液的质量分数为10％，处理时间为10s；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽4中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽5中对硅片进行碱性刻蚀处理，刻蚀溶液为质量分数为2％的氢氧化钾溶液，刻蚀温度为60℃，时间为200s；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽6中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽7中，去除硅片上表面的磷硅玻璃，酸性溶液包括质量分数为3％的盐酸和质量分数为15％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为100s；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽8中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置9中在60℃下干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置10传出。

图1为本实施例制备得到的硅片成品的SEM图，如图1所示，硅片成品表面90％的区域为近似平面，此外，该硅片成品的刻蚀深度为7μm，反射率为52％。

如图4所示，本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10；所述入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10之间相互独立设置。

实施例2

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置1传送至第一水洗槽2中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽3中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃，所述氢氟酸溶液的质量分数为5％，处理时间为60s；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽4中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽5中对硅片进行碱性刻蚀处理，刻蚀溶液为质量分数为8％的氢氧化钠溶液，刻蚀温度为75℃，时间为100s；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽6中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽7中，去除硅片上表面的磷硅玻璃，酸性溶液包括质量分数为12％的盐酸和质量分数为5％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为60s；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽8中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置9中在50℃下干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置10传出。

图2为本实施例制备得到的硅片成品的SEM图，如图2所示，本实施例制备得到的硅片成品表面88％的区域为近似平面，此外，该硅片成品的刻蚀深度为5μm，反射率为50％。

本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10；所述入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10之间相互独立设置。

实施例3

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置1传送至第一水洗槽2中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽3中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃，所述氢氟酸溶液的质量分数为3％，处理时间为60s；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽4中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽5中对硅片进行碱性刻蚀处理，刻蚀溶液为质量分数为5％的氢氧化钠溶液，刻蚀温度为55℃，时间为150s；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽6中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽7中，去除硅片上表面的磷硅玻璃，酸性溶液包括质量分数为6％的盐酸和质量分数为10％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为80s；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽8中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置9中在55℃下干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置10传出。

图3为本实施例制备得到的硅片成品的SEM图，如图3所示，本实施例制备得到的硅片成品表面90％的区域为近似平面，硅片中单格的直径分别为12.3μm、13.2μm和13.9μm，此外，该硅片成品的刻蚀深度为8μm，反射率为51％。

本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10；所述入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10之间相互独立设置。

实施例4

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置1传送至第一水洗槽2中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽3中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃，所述氢氟酸溶液的质量分数为8％，处理时间为50s；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽4中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽5中对硅片进行碱性刻蚀处理，刻蚀溶液为质量分数为6％的氢氧化钠溶液，刻蚀温度为70℃，时间为150s；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽6中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽7中，去除硅片上表面的磷硅玻璃，酸性溶液包括质量分数为10％的盐酸和质量分数为7％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为80s；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽8中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置9中在50℃下干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置10传出。

本实施例制备得到的硅片成品表面89％的区域为近似平面，此外，该硅片成品的刻蚀深度为5μm，反射率为50％。

本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10；所述入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10之间相互独立设置。

实施例5

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置1传送至第一水洗槽2中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽3中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃，所述氢氟酸溶液的质量分数为6％，处理时间为60s；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽4中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽5中对硅片进行碱性刻蚀处理，刻蚀溶液为质量分数为8％的氢氧化钠溶液，刻蚀温度为65℃，时间为180s；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽6中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽7中，去除硅片上表面的磷硅玻璃，酸性溶液包括质量分数为10％的盐酸和质量分数为8％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为90s；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽8中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置9中在60℃下干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置10传出。

本实施例制备得到的硅片成品表面90％的区域为近似平面，此外，该硅片成品的刻蚀深度为9μm，反射率为51％。

本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10；所述入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10之间相互独立设置。

实施例6

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，包括如下步骤：

S1.第一次水洗处理：将硅片通过入料装置1传送至第一水洗槽2中，在硅片表面形成水膜，保护硅片表面的磷硅玻璃；

S2.预处理：在预处理槽3中采用氢氟酸溶液洗去硅片边缘和下表面的磷硅玻璃，所述氢氟酸溶液的质量分数为9％，处理时间为60s；

S3.第二次水洗处理：在第二次水洗槽4中用水洗去硅片表面残留的氢氟酸溶液；

S4.刻蚀处理：在刻蚀槽5中对硅片进行碱性刻蚀处理，刻蚀溶液为质量分数为8％的氢氧化钠溶液，刻蚀温度为70℃，时间为100s；

S5.第三次水洗处理：在第三次水洗槽6中用水洗去硅片表面残留的碱性溶液；

S6.酸洗处理：将硅片置于酸洗槽7中，去除硅片上表面的磷硅玻璃，酸性溶液包括质量分数为8％的盐酸和质量分数为10％的氢氟酸，温度为室温，酸洗时间为60s；

S7.第四次水洗处理：在第四次水洗槽8中用水洗去硅片表面残留的酸性溶液；

S8.干燥处理：将硅片置于烘干装置9中在50℃下干燥处理得到硅片成品，然后将硅片成品通过出料装置10传出。

本实施例制备得到的硅片成品表面89％的区域为近似平面，此外，该硅片成品的刻蚀深度为7μm，反射率为50％。

本发明还公开了一种硅片的刻蚀设备，包括依次顺序连接的入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10；所述入料装置1、第一水洗槽2、预处理槽3，第二水洗槽4、刻蚀槽5、第三水洗槽6、酸洗槽7、第四水洗槽8、烘干装置9和出料装置10之间相互独立设置。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的硅片刻蚀方法对硅片的刻蚀深度≥5μm；

(2)本发明的硅片刻蚀方法得到的硅片成品的反射率为48-52％；

(3)本发明的硅片的刻蚀方法得到的硅片成品表面85-90％的区域为近似平面；

(4)本发明的硅片刻蚀方法采用氢氧化钠或氢氧化钾作为刻蚀溶液，减少了氨碳的排放，有利于环保；

(5)本发明的硅片刻蚀方法利用玻璃层的亲水性，刻蚀之前在硅片表面形成水膜，当硅片刻蚀时，水膜中的水会稀释流动到玻璃层上的化学试剂，从而避免化学试剂腐蚀硅片基体的PN结；

(6)本发明的硅片刻蚀设备结构简单，实现了硅片的自动化刻蚀技术。

以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。