一种铸造单晶硅的前处理方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种铸造单晶硅的前处理方法。


背景技术：

2.太阳能作为新兴能源，已成为21世纪大力发展的产业。太阳能电池的研发与制作，主要围绕着降本增效方向展开。
3.硅片是生产硅基太阳能电池片所用的载体，一般分为单晶硅片、铸造单晶硅硅片和多晶硅片。采用低成本的硅片材料是降低太阳电池制造成本的有效方式之一。在高效异质结太阳电池制作中，采用铸造单晶硅片来取代传统单晶硅片，有利降低生产成本，提高企业竞争力。铸造单晶硅是近年来新开发的定向铸造技术，其利用置于坩埚底部的籽晶进行定向生长，铸造出类似于单晶的硅锭。相对于传统的单晶硅片，铸造单晶硅具有制造成本低，铸锭硅片尺寸灵活，电阻率分布窄，氧含量低等优势。由于铸造工艺的特点，在铸造单晶硅片表面上既存在单晶区域也存在多晶区域，因此在硅片内部存在着位错、小角度晶界、缺陷密度大等缺点，而且铸锭多晶硅片含有大量的铁、镍、铜和钴等金属杂质，这些金属杂质会形成大量的复合中心，从而降低少子寿命，影响电池的电学性能。
4.然而铸锭单晶，由于铸造工艺的特点，在同一硅片表面上既存在单晶区域也存在多晶区域，因此硅片内部一般存在着位错、小角度晶界、缺陷密度大等缺点，这给太阳能电池的钝化带来了一定的难度，按照常规异质结太阳电池的制备方法，即使施加了高质量的表面清洁和表面钝化，总体少子寿命依旧不高，以致影响最终电池的转换效率。
5.因此，为了解决上述存在的技术问题，需要寻找一种适合铸锭单晶硅片有效的前处理方式，来减少硅片体内和表面的缺陷密度，减少载流子的复合，提升钝化水平和载流子的传输水平，使得铸造单晶硅片能按照传统的高效电池片制作流程进行，获得高效的电池转换效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种铸造单晶硅的前处理方法，解决现有技术中，少子寿命低，转换效率不高的问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种铸造单晶硅的前处理方法，包括以下步骤：使用砂浆线切割设备将铸造单晶硅锭切割成铸造单晶硅片；利用酸性溶液清洗去除铸造单晶硅片表面的油污、金属颗粒以及其他杂质；在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，并进行退火处理；将处理后的硅片用溶剂去除表面反应层和吸附的杂质。
8.优选的，所述砂浆由碳化硅和切削液组成。
9.优选的，切割厚度为110微米-180微米。
10.优选的，所述酸性溶液为hf酸、盐酸、硝酸的一种或多种组合。
11.优选的，所述酸性溶液的溶度为5％-20％；清洗时间为120s-500s。
12.优选的，所述在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，并进行退火处理，为通过三氯氧磷
扩散法、磷烷离子注入法或者表面沉积掺磷非晶硅法进行，然后再进行退火处理；
13.优选的，磷到硅片表面的深度范围为0.001微米-10微米。
14.优选的，所述在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，处理温度在800-1100℃之间。
15.优选的，所述退火处理，处理温度在300-800℃之间。
16.本发明利用砂浆线切割的硅片在切割过程中形成的蓬松表面状态，用酸性溶液简单地去除硅片表面的油污、金属颗粒以及其他杂质，最大程度的保留的硅片的表面粗糙度和蓬松多孔形貌，使得硅片的比表面积增大，吸杂效果显著；具有蓬松多孔形貌的铸造单晶硅片在表面形成磷硅玻璃层，有利于磷更充分地扩散到体硅中，与金属杂质及其他无机杂质结合，并在高温中析出，起到除杂效果；本发明中将铸造单晶硅片进行磷扩散退火处理，有利于将铸造单晶中晶粒位错进行重整，减少晶格缺陷；将磷扩散退火后的硅片进行本征非晶硅钝化，少子寿命最高可以提升20倍以上；
附图说明
17.图1是本发明铸造单晶硅前处理流程示意图。
18.图2是本发明铸造单晶为衬底的非晶硅异质结电池片的el图。
19.图3是本发明砂浆线切割铸造单晶硅表面形貌图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步说明。
21.本发明提供一种铸造单晶硅的前处理方法，如图1所示，包括以下步骤：s1、使用砂浆线切割将铸造单晶硅顶切割成铸造单晶硅片；砂浆由碳化硅和切削液混合而成，铸造单晶硅片切割厚度范围为110微米-180微米。砂浆切割的硅片具有比表面积大，表面呈现蓬松多孔状的优点。本发明所述的铸造单晶硅片基底为砂浆线切割的铸造单晶硅片，现有铸造单晶硅使用的金刚石线切割是将金刚石采用粘结和电镀的方式固定在直拉钢线上进行高速往返切削，金刚石磨粒作为固定磨料其切割面相对较为平整，而砂浆的切割方式是游离式的切割模式，靠悬浮液的悬浮碳化硅，再通过线网的带动，进行磨削切割。在磨料滚动切割过程中会留下大孔、小孔和微孔，使硅片表面呈蜂窝状。
22.s2、将s1切割好的铸造单晶硅片进行酸洗处理；首先使用传统的预清洗方式清洗180-300s后利用去离子水清洗120-240s去除表面残留的溶液，接着使用氢氟酸溶液清洗180-300s，hf酸质量百分比为5-15％，最后在利用去离子水清洗清洗表面120-240s并烘干；酸性溶液清洗后，砂浆线切割的铸造单晶硅片能够保留比表面积大，表面呈现蓬松多孔状的优点。
23.s3、将s2清洗后的硅片进行含磷层(psg)镀膜与退火处理，使用三氯氧磷扩散法，在高温扩散过程中通如pocl3、o2、n2；在退火过程中可以通入o2和n2。扩散温度范围为800℃-1100℃之间，退火温度范围为300℃-800℃之间，降温速率范围在2-10℃/min；退火气体流量为500sccm-5000sccm；炉管的压力扩散时为50mbar-300mbar之间、退火时为100mbar-500mbar之间；扩散时间控制在5min-30min，退火时间控制在60min-180min。
24.s4、将s3磷扩散退火后的硅片进行再清洗，本实施例中所形成的反应物为磷硅酸
玻璃，优选地，所述再清洗溶液为hf酸，hf酸质量百分比为5-20％，去离子水质量百分比为80-95％，硅片在hf酸溶液中的处理时间为5-10分钟，处理温度为20℃-30℃。
25.对比实验：按照本发明中所提及的针对铸造单晶异质结优化后的工艺参数，对比铸造单晶按常规异质结流程的少子寿命，具体如下表1所示：
26.表1、非晶硅镀膜后的少子寿命及implied voc对比
27.实验名称in/ip少子寿命(us)implied voc(v)常规流程铸造单晶硅片非晶硅镀膜后1150.645本发明中铸造单晶硅片非晶硅镀膜后23520.737
28.如图2所示，本发明铸造单晶电池片所测试的el，铸造单晶的晶界缺陷已明显改善。


技术特征：
1.一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：使用砂浆线切割设备将铸造单晶硅锭切割成铸造单晶硅片；利用酸性溶液清洗去除铸造单晶硅片表面的油污、金属颗粒以及其他杂质；在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，并进行退火处理；将处理后的硅片用溶剂去除表面反应层和吸附的杂质。2.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：所述砂浆由碳化硅和切削液组成。3.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：切割厚度为110微米-180微米。4.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：所述酸性溶液为hf酸、盐酸、硝酸的一种或多种组合。5.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：所述酸性溶液的溶度为5％-20％；清洗时间为120s-500s。6.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：所述在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，并进行退火处理，为通过三氯氧磷扩散法、磷烷离子注入法或者表面沉积掺磷非晶硅法进行，然后再进行退火处理。7.根据权利要求6所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：磷到硅片表面的深度范围为0.001微米-10微米。8.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：所述在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，处理温度在800-1100℃之间。9.根据权利要求1所述的一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于：所述退火处理，处理温度在300-800℃之间。

技术总结
本发明提供了一种铸造单晶硅的前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：使用砂浆线切割设备将铸造单晶硅锭切割成铸造单晶硅片；利用酸性溶液清洗去除铸造单晶硅片表面的油污、金属颗粒以及其他杂质；在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层，并进行退火处理；将处理后的硅片用溶剂去除表面反应层和吸附的杂质。剂去除表面反应层和吸附的杂质。剂去除表面反应层和吸附的杂质。


技术研发人员：许志
受保护的技术使用者：福建新峰二维材料科技有限公司
技术研发日：2020.10.23
技术公布日：2022/5/16