气液混合系统及具有该系统的硅片制绒线的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种应用于硅片湿法蚀刻工艺中的气液混合系统及具有该系统的硅片制绒线。

背景技术：

黑硅电池片指电池片外观是黑色或近于黑色的电池，其独特的微观纳米结构使其具备卓越的减反射性能。关于黑硅电池片的制备，目前有多种方法可以实现，主要包括：金属诱导湿法黑硅(MCCE)、反应离子刻蚀(RIE)、激光加工(LP)、化学气相沉积(CVD)和等离子体浸没离子注入(PIII)等。其中，金属诱导湿法黑硅(MCCE)技术是利用硝酸银中Ag/Ag⁺系统能量远低于硅的价带，使Ag⁺得到硅的价带电子，从而加速H2O2/HF与Ag周围的硅反应，使得腐蚀系统能在硅片表面腐蚀出纳米级绒面。具体过程为，于硅片表面沉积Ag颗粒，金属Ag粒子与硅在接触位置处分别形成电池的正负极，并和周围的溶液形成一个完整的电流回路；如此在反应过程中，H2O2优先氧化金属Ag颗粒下方的硅以形成SiO2，形成SiO2随即被HF刻蚀掉；随着Ag金属粒子往下沉积，硅片表面可形成具有大量坑洞的绒面结构。

为优化硅片的绒面结构，需要坑洞作进一步修饰，现有技术中通常采用HNO3/HF溶液体系对硅片进行蚀刻处理以扩开坑洞(即扩孔)。然在此过程中，HNO3的用量通常比较大，大量使用HNO3存在以下问题：HNO3腐蚀性较强，味道较刺鼻，对操作员工危害性较大；HNO3不稳定，见光或高温下易分解成NOX，继续溶于水生成HNO3与HNO2，反应比较复杂，难以控制量产过程的稳定性；废液中含有氮元素，对环境污染影响较大，需要特殊处理，成本相对较高。

有鉴于此，有必要提供一种改进的技术方案以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种气液混合系统，其具体设计方式如下。

一种气液混合系统，包括气体供给装置、储液槽、循环泵以及气液混合装置，所述气体供给装置用以向所述气液混合装置提供气体，所述储液槽具有出液口及进液口，所述循环泵连接至所述出液口以在运行时将所述储液槽内溶液泵入所述气液混合装置并与所述气体供给装置所提供的气体混合，所述气液混合装置的输出端连接至所述进液口以将混合有气体的溶液输送至所述储液槽。

进一步，所述气体供给装置为臭氧供给装置，所述气液混合装置用以将臭氧与HF溶液混合，所述储液槽内设置有供硅片放置以使所述硅片与混合有臭氧的HF溶液反应的硅片放置区。

进一步，所述气液混合装置包括至少一个射流器。

进一步，所述气液混合装置包括2-4个并联设置于所述循环泵与所述储液槽进液口之间的射流器。

进一步，所述储液槽包括内槽及外槽，所述进液口与所述出液口分别连通至所述内槽与所述外槽，所述外槽设置于所述内槽槽壁外以供收容由所述内槽上端口向外溢流的溶液。

进一步，所述储液槽具有用以储存溶液的收容空间，所述进液口与所述出液口均连通至所述收容空间，且所述进液口所在位置的水平高度低于所述出液口所在位置的水平高度。

进一步，所述气液混合系统还具有用以测量所述储液槽内溶液中气体溶解量的浓度检测仪。

进一步，所述气液混合系统具有连接所述储液槽、循环泵与气液混合装置以供溶液流动的管路，所述浓度检测仪连接有供所述管路中溶液进入所述浓度检测仪的进液管及供所述浓度检测仪内溶液排出至所述管路中的回液管。

进一步，所述储液槽顶部设置有盖板，所述气液混合系统还具有用以排出所述储液槽内溶液表面与所述盖板之间气体的排气装置。

进一步，所述气液混合系统还具有检测所述储液槽内溶液温度的温度探测仪、加热所述储液槽内溶液的加热装置、冷却所述储液槽内溶液的冷却装置以及根据所述温度探测仪温度探测信号控制所述加热装置或冷却装置工作的控制器。

本实用新型还提供了一种硅片制绒线，硅片制绒线包括在硅片表面加工形成坑洞的绒面粗制模块以及对所述硅片表面坑洞进行扩孔处理的绒面精制模块，其中，所述绒面精制模块包括以上所述的气液混合系统，所述气体供给装置提供氧化性气体，所述储液槽内溶液为混合有氧化性气体的刻蚀溶液。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供气液混合系统可对气体与液体进行混合，并形成一个稳定且溶解有气体的溶液体系，基于该系统的结构及功能，在黑硅电池片制作的具体应用场景中，该系统可以实现臭氧与HF溶液的混合，进而可提供一种能够替代传统HNO3/HF溶液体系的臭氧/HF溶液体系，臭氧/HF溶液体系能够满足黑硅电池片制作构成中的扩孔需求，且反应过程不会产生对环境有害的气体。

附图说明

图1所示为本实用新型气液混合系统的第一种实施方式结构示意图；

图2所示为本实用新型气液混合系统的第二种实施方式结构示意图；

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施结构对本实用新型进行详细描述，请参照图1、图2所示，其为本实用新型的两具体实施方式。

如图1、图2中所示，本实用新型中所涉及的气液混合系统包括气体供给装置1、储液槽2、循环泵3以及气液混合装置4。其中，气体供给装置1用以向气液混合装置4提供气体，储液槽2具有出液口201及进液口202，循环泵3连接至出液口201以在运行时将储液槽2内溶液泵入气液混合装置4并与气体供给装置1所提供的气体混合，气液混合装置4的输出端连接至进液口202以将混合有气体的溶液输送至储液槽2。

在黑硅电池片制作的具体应用场景中，该气液混合系统可以实现臭氧与HF溶液的混合，进而可提供一种能够替代传统HNO3/HF溶液体系的臭氧/HF溶液体系，臭氧/HF溶液体系能够满足黑硅电池片制作构成中的扩孔需求，且反应过程不会产生对环境有害的气体。

具体地，于该应用场景中，所涉及的气体供给装置为臭氧供给装置，由于臭氧稳定性不高，不易储存，所以在实际应用过程中，臭氧供给装置是现场生成臭氧并通过导气管10输送至气液混合装置4，臭氧供给装置1具体可以是通过电击氧气等方式来产生臭氧。

进一步，所涉及的气液混合装置4用以将臭氧供给装置提供的臭氧与HF溶液混合，储液槽2内设置有供硅片放置以使硅片与混合有臭氧的HF溶液反应的硅片放置区(图中未示出)。

在黑硅电池片制作过程中，经金属诱导湿法黑硅(MCCE)技术处理后，硅片表面会形成大量圆形坑洞，将表面形成有圆形坑洞的硅片放置于储液槽2内，溶解于溶液中的强氧化性臭氧会与硅片表面反应以生成SiO2氧化层，HF可进一步与SiO2反应以实现氧化层的去除，即完成扩孔。在此过程中，硅片表面的圆形坑洞会被修饰成多边形凹孔结构，以形成较好的纳米绒面结构。如此有利于提高最终太阳能电池片的开压和填充因子，从而进一步提高太阳能电池的转换效率和组件功率。

在具体实施过程中，本实用新型中所涉及的气液混合装置4包括至少一个射流器。作为本实用新型的优选实施结构，本实用新型中气液混合装置4包括2-4个并联设置于循环泵3与储液槽2进液口202之间的射流器。其中，每个射流器均可以实现溶液与气体的混合。

参考图1所示，本实施例中气液混合装置4包括并联设置于循环泵3与储液槽2进液口202之间的第一射流器41及第二射流器42。气体供给装置1通过导气管10将气体引出，与导气管10连通的第一分支气管11、第二分支气管12用以将气体供给装置1提供的气体分别导入第一射流器41及第二射流器42。

与图1所示实施方式不同，参考图2中所示，本实施例中的气液混合装置4还于循环泵3与储液槽2进液口202之间增设有第三射流器43，导气管10通过第三支气管13向第三射流器43提供气体。

参考图1所示，本实施例中所涉及的储液槽2包括内槽21及外槽22。其中，进液口202连通至内槽21，出液口201连通至外槽22，内槽21具有槽壁210，外槽22设置于内槽21槽壁210外以供收容由内槽21上端口向外溢流的溶液。具体地，在图1所示储液槽2的结构中，外槽22的槽壁(即图1中储液槽2的最外层槽壁，未具体标示)的上边缘高度高于内槽21的槽壁210上边缘高度，如此可避免内槽21外溢的溶液从外槽22溢出。

基于该实施例的设计结构，在循环泵3运行过程中，于储液槽2内部，溶液可由内槽21上端口周边向外槽22流动，从而实现内槽21内溶液的充分循环，确保内槽21中溶液的气体含量具有较好的均匀性。在黑硅电池片制作的具体应用场景中，硅片放置区设置于内槽21内。

在本实用新型的其它实施例中，储液槽2还可以是以下结构：储液槽2具有用以储存溶液的收容空间(图中未标示)，进液口202与出液口201均连通至该收容空间，且进液口202所在位置的水平高度低于出液口201所在位置的水平高度。具体参考图2而言，于该实施例中，储液槽2呈筒状形态，进液口202与出液口201均形成于储液槽2筒壁上，由于进液口202所在位置的水平高度低于出液口201所在位置的水平高度，在循环泵3运行过程中，储液槽2内溶液可自下向上流动，从而确保储液槽2内溶液的具有较好的循环效果，在黑硅电池片制作的具体应用场景中，硅片放置区设置于储液槽2的收容空间内。

本实用新型所涉及的气液混合系统还具有用以测量储液槽2内溶液中气体溶解量的浓度检测仪5。基于浓度检测仪5的设置，用户可以实时获取储液槽2内溶液中气体溶解量的具体参数。在具体应用过程中，用户可根据浓度检测仪5检测的参数调整气液混合装置4中气体与溶液的混合比，从而使得储液槽2内的溶液具有合适的气体溶解量。

本实用新型中，气液混合系统具有连接储液槽2、循环泵3与气液混合装置4以供溶液流动的管路。参考图1、图2所示，管路具体包括连接储液槽2与循环泵3的第一管路61以及连接循环泵3与气液混合装置4的第二管路62。浓度检测仪5连接有供管路中溶液进入浓度检测仪5的进液管51及供浓度检测仪5内溶液排出至管路中的回液管52。

具体于图1所示实施例中，进液管51、回液管52分别与第一管路61、第二管路62连通，此时，浓度检测仪5与循环泵3形成并联，为确保浓度检测仪5顺畅实现浓度检测，浓度检测仪5自带一个用于获取管路中溶液的泵体(图中未展示)。于图2所示实施例中，进液管51、回液管52均连通至第一管路61，此时，浓度检测仪5与第一管路61的一部分形成并联，第一管路61中溶液进入浓度检测仪5的动力可由循环泵3直接提供。在本实用新型的其它实施例中，进液管51、回液管52还可以均连通至第二管路62，具体可参考连通至第一管路61的实施方式，在此不作进一步展开。

参考图中所示，本实用新型中管路还包括连接气液混合装置4与储液槽2的的第三管路63。

本实用新型中的储液槽2顶部设置有盖板203，气液混合系统还具有用以排出储液槽2内溶液表面与盖板203之间气体的排气装置7。排气装置7通常靠近盖板203安装，其可以是风机，基于排气装置7的设置，可以及时将储液槽2内溶液释放的气体排除。

在黑硅电池片制作的具体应用场景中，储液槽2内溶液释放的气体为臭氧，臭氧具有强氧化能力，在浓度高于1.5ppm以上时，会刺激人的呼吸系统，危害到人的健康。排气装置7及时将储液槽2内溶液释放的臭氧排出，可以有效避免用户打开盖板203时高浓度的臭氧损害人体健康。在具体实施过程中，被排气装置7排出的臭氧或其它气体需要进一步处理才能释放至空气中，具体过程在此不作详述。

为提供一个稳定且溶解有气体的溶液体系，本实用新型的气液混合系统还具有检测储液槽2内溶液温度的温度探测仪、加热储液槽2内溶液的加热装置、冷却储液槽2内溶液的冷却装置以及根据温度探测仪温度探测信号控制加热装置或冷却装置工作的控制器(图中均未展示)。在具体实施过程中，加热装置可以是电加热管，冷却装置可以是内部可供冷却水流动的水管；电加热管及水管可以嵌设于储液槽2内的槽壁内，也可以延伸至储液槽2内部。

基于以上，储液槽2内溶液温度的一种具体控制方法为：控制器内预设一个温度范围；当储液槽2内溶液的温度低于预设温度范围的最小值时，控制器控制加热装置运行；当储液槽2内溶液的温度高于预设温度范围的最大值时，控制器控制冷却装置运行。从而确保储液槽2内溶液温度处于合适的温度范围内。

在黑硅电池片制作的具体应用场景中，储液槽2内混合有臭氧的HF溶液温度需要控制在10℃～40℃温度范围内，于该温度范围内，经金属诱导湿法黑硅(MCCE)技术处理后的硅片需要在储液槽2的臭氧/HF溶液内浸泡处理50～500s。

应当理解，本实用新型所提供气液混合系统可实现其它类型气体与液体进行混合，而不局限于臭氧与HF溶液的混合，具体在此不作展开。

本实用新型还提供了一种硅片制绒线，该硅片制绒线包括在硅片表面加工形成坑洞的绒面粗制模块以及对硅片表面坑洞进行扩孔处理的绒面精制模块。

更为具体地，本实用新型中所涉及的绒面精制模块包括以上所描述的气液混合系统，其中，气体供给装置1提供的气体为臭氧，储液槽2内溶液为混合有臭氧的HF溶液；绒面精制模块的具体扩孔过程可参考前述内容。

在具体实施过程中，硅片制绒线中所涉及的绒面粗制模块可以是能够实现金属诱导湿法黑硅(MCCE)技术的模块，该模块的具体结构可参考现有设计，具体在此不作详述。金属诱导湿法黑硅(MCCE)技术是利用硝酸银中Ag/Ag⁺系统能量远低于硅的价带，使Ag⁺得到硅的价带电子，从而加速H2O2/HF与Ag周围的硅反应，使得腐蚀系统能在硅片表面腐蚀出纳米级绒面。具体过程为，于硅片表面沉积Ag颗粒，金属Ag粒子与硅在接触位置处分别形成电池的正负极，并和周围的溶液形成一个完整的电流回路；如此在反应过程中，H2O2优先氧化金属Ag颗粒下方的硅以形成SiO2，形成SiO2随即被HF刻蚀掉；随着Ag金属粒子往下沉积，硅片表面可形成具有大量坑洞的绒面结构。

当然可以理解的是，本实用新型中所涉及的绒面粗制模块也可以是其它能够在硅片表面形成大量坑洞的模块。

此外，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。