一种降低铸锭多晶硅片表面反射率的方法与流程

本发明涉及到多晶硅片表面的织构化技术，特别是一种降低铸锭多晶硅片表面反射率的方法。

背景技术：

当今化石能源已经进入紧缺时代，太阳能已成为比较具有代表性的新型能源。对于太阳能大规模发电的关键在于如何提高效率、降低生产成本。单晶硅太阳能电池的效率较高，但是由于其成本也较高、工艺复杂，而不能普遍应用。多晶硅的铸锭工艺比较简单，且材料利用率高，在市场上形成了比较显著的优势。太阳能电池的制作过程主要有制绒、扩散、刻蚀、镀膜、丝网印刷和电池烧结等几个方面。制绒技术主要就是促进光吸收，进而提高太阳能电池的转换效率。

目前，市场上普遍的酸腐蚀制绒技术能得到反射率大约为30％的多晶硅片，本发明采用酸碱混合制绒的方式对制绒技术进行优化，能显著的降低铸锭多晶硅片的表面反射率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种降低铸锭多晶硅片表面反射率的方法。铸锭多晶硅片在线切割工艺中会在表面形成损伤层，在本发明的工艺流程中，首先就是除去部分损伤层，再用酸碱混合的方式对表面进行制绒，在表面形成深度、宽度和均匀性都比较理想的腐蚀坑，从而促进陷光作用，显著降低铸锭多晶硅片表面的反射率，提高太阳能电池的光电转换效率。

本发明是通过以下工艺流程来实现的：一种降低铸锭多晶硅片表面反射率的方法，包括如下步骤：

(1)清洗：采用标准RCA清洗方法清洗铸锭多晶硅片；

(2)第一次酸腐蚀：按体积比HNO₃：HF：CH₃COOH＝1:7:3～10:7:3配置腐蚀液，腐蚀液温度为2～10℃，将清洗后的铸锭多晶硅片浸入其中腐蚀40～80s；该步骤的目的是除去表面线切割带来的损伤层以及微制绒；

(3)碱腐蚀：将处理后的硅片浸入温度为40～90℃、质量分数为5％～15％的NaOH溶液进行碱腐蚀40～120s，然后用去离子水冲洗干净。

(4)第二次酸腐蚀：按体积比HNO₃：HF：H₂O：CH₃COOH＝1:1:2.5:1.5～10:1:2.5:1.5配置腐蚀液，腐蚀液温度为2～10℃，将上述硅片浸入其中腐蚀100～180s，在前两步腐蚀的基础上继续腐蚀，增加腐蚀坑的深度和宽度；

(5)碱洗：采用温度为40～90℃、质量分数为1％～10％的NaOH溶液对上述硅片进行清洗10～60s，除去残留的酸腐蚀液以及腐蚀坑上覆盖的疏松结构；

(6)表面钝化：先用标准的RCA液清洗上述硅片，再用质量分数为1～10％的HF溶液浸泡1～10min，最后去离子水冲洗干净，用氮气吹干。

本发明的有益效果为：

本发明采用多次酸碱结合的方法对多晶硅片表面进行腐蚀，经过大量的实验验证，这种工艺能有效的降低多晶硅片的表面反射率。首先采用RCA液清洗技术能有效地除去表面的金属和有机杂质，其次第一步的酸腐蚀能除去表面的部分损伤层，再次碱腐蚀能除去剩余损伤层和第一步酸腐蚀过程中产生的微氧化斑痕，但是碱腐蚀液浓度不宜过高、腐蚀时间不宜过长，否则会在表层产生大量的缺陷，不利于后期电池的制作。碱腐蚀能有效地调节表面的质量，为第二步制绒提供比较理想的条件。第二步酸腐蚀主要就是对表面进行深度制绒，在这一步工艺中，能在表面形成深度、宽度和均匀性都比较理想的腐蚀坑。最后的表面钝化是用稀释的HF溶液对材料进行浸泡，浸泡不仅能除去工艺流程中产生的微氧化，还更有利于后期的PECVD镀膜和保存。本发明的具体优点是：(1)通过本发明的方法处理后，多晶硅片的平均反射率能达到18.92％左右，显著低于传统酸腐蚀技术的表面反射率；(2)与传统酸腐蚀制绒技术生产的太阳能电池相比，使用本发明方法有利于提高生产制备的太阳能电池的效率。

附图说明

图1本发明工艺流程示意图；

图2本发明制绒技术得到的表面反射率图；

图3传统酸腐蚀技术(对比例)得到的表面反射率图；

图4金相显微镜下的表面形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

一种降低铸锭多晶硅片表面反射率的方法，包括如下步骤：

实验采用的铸锭P型多晶硅片面积为156×156cm²，厚度200μm±10μm，电阻率为2Ω·cm左右。

(1)清洗：先采用标准的RCA一号液APM清洗，溶液配比为NH₃·H₂O:H₂O₂:H₂O＝1:1:5，溶液温度为80℃，再加入硅片，超声清洗10min。超声完后，用去离子水冲洗4遍左右；再采用RCA二号液HPM清洗，溶液配比HCl:H₂O₂:H₂O＝1:1:6，溶液温度同样为80℃，再加入硅片，超声清洗10min钟。超声完后，用去离子水冲洗4遍左右。

(2)第一次酸腐蚀：目的是除去表面线切割带来的损伤层以及微制绒，腐蚀液配比为HNO₃：HF：CH₃COOH＝1:7:3(体积比)，腐蚀液温度为6℃，腐蚀时间为60s。

(3)碱腐蚀：用浓度为10％的NaOH溶液进行碱腐蚀，腐蚀液温度为60℃，腐蚀时间为80s，然后用去离子水冲洗干净。

(4)第二次酸腐蚀：目的是在前两步酸腐的基础上继续腐蚀，增加腐蚀坑的深度和宽度，腐蚀液配比为HNO₃：HF：H₂O：CH₃COOH＝5:1:2.5:1.5(体积比)，腐蚀液温度为6℃，腐蚀时间为140s。

(5)碱洗：用浓度为5％NaOH溶液对材料进行清洗，溶液温度为70℃，清洗时间为40s，除去残留的酸腐蚀液以及腐蚀坑上覆盖的疏松结构。

(6)表面钝化：先用标准的RCA液清洗(同步骤1的流程)，目的是除去实验过程中新引入的杂质，再用质量分数为5％的HF溶液浸泡，浸泡时间为5min，除去产生的微氧化，最后去离子水冲洗干净，用氮气吹干。

实施例2

一种降低铸锭多晶硅片表面反射率的方法，包括如下步骤：

实验采用的铸锭P型多晶硅片面积为156×156cm²，厚度200μm±10μm，电阻率为2Ω·cm左右。

(1)清洗：先采用标准的RCA一号液APM清洗，溶液配比为NH₃·H₂O:H₂O₂:H₂O＝1:1:5，溶液温度为80℃，再加入硅片，超声清洗10min钟。超声完后，用去离子水冲洗4遍左右；再采用RCA二号液HPM清洗，溶液配比HCl:H₂O₂:H₂O＝1:1:6，溶液温度同样为80℃，再加入硅片，超声清洗10min钟。超声完后，用去离子水冲洗4遍左右。

(2)第一次酸腐蚀：目的是除去表面线切割带来的损伤层以及微制绒，腐蚀液配比为HNO₃：HF：CH₃COOH＝5:7:3(体积比)，腐蚀液温度为10℃，腐蚀时间为40s。

(3)碱腐蚀：用浓度为15％的NaOH溶液进行碱腐蚀，腐蚀液温度为90℃，腐蚀时间为40s，然后用去离子水冲洗干净。

(4)第二次酸腐蚀：目的是在前两步酸腐的基础上继续腐蚀，增加腐蚀坑的深度和宽度，腐蚀液配比为HNO₃：HF：H₂O：CH₃COOH＝10:1:2.5:1.5(体积比)，腐蚀液温度为10℃，腐蚀时间为100s。

(5)碱洗：用浓度为10％NaOH溶液对材料进行清洗，溶液温度为90℃，清洗时间为10s，除去残留的酸腐蚀液以及腐蚀坑上覆盖的疏松结构。

(6)表面钝化：先用标准的RCA液清洗(同步骤1的流程)，目的是除去实验过程中新引入的杂质，再用质量分数为10％的HF溶液浸泡，浸泡时间为1min，除去产生的微氧化，最后去离子水冲洗干净，用氮气吹干。

对比例

实验采用的铸锭P型多晶硅片面积为156×156cm²，厚度200μm±10μm，电阻率为2Ω·cm左右。首先采用标准的RCA进行清洗，制绒采用生产中普遍的酸腐蚀技术，酸腐蚀液的配比为HNO₃：HF：H₂O＝5:1:3(体积比)，腐蚀液温度为8℃，腐蚀时间80s，最后用去离子水冲洗干净。用紫外分光光度计测试表面反射率。

由图2、3可知，本发明方法处理后多晶硅片的平均反射率能达到18.92％左右，显著低于对比例中传统酸腐蚀技术获得的多晶硅片表面反射率。通过金相显微镜观测表面，可以看出本发明方法处理后多晶硅片表面腐蚀坑的深度、宽度和均匀性都比较理想。