一种光伏电池的制备方法及刻蚀辅助试剂与流程

本发明涉及光伏和半导体，尤其涉及一种能够控制刻蚀多晶硅指状微观结构（poly-finger）的topcon电池的制备方法以及polyfinger喷墨图形化工艺的刻蚀辅助试剂。

背景技术：

1、晶体硅太阳能电池是光伏发电的核心部件。近年来，光伏电池技术路线经历了从传统的bsf（铝背场）电池到perc（钝化发射极和背面接触）电池的演进。随着perc电池的量产效率逐渐逼近其理论极限（约24.5%），以topcon（隧穿氧化层钝化接触）为代表的n型电池技术因其更高的理论效率极限（28.7%）、更高的双面率、更低的温度系数和几乎无光致衰减等优势，已成为光伏产业发展的新方向。

2、标准的topcon电池在硅片的背面制备了一层超薄的隧穿氧化硅（siox）和一层磷掺杂的多晶硅（n-poly-si），共同形成钝化接触结构。该结构能有效减少载流子复合，提升电池的开路电压和转换效率。然而，在产业化推进过程中，传统的整面沉积多晶硅层的方案暴露出一个显著问题：多晶硅层对光线，特别是对长波光线存在较强的寄生吸收效应。这意味着部分本应被硅基底吸收用于发电的光子被上层的多晶硅层吸收并浪费掉，导致电池的短路电流（jsc）和最终转换效率受损。

3、为克服光子被寄生吸收问题，本领域提出了局部钝化接触的概念，即采用多晶硅指状微观结构（poly-finger）。该技术旨在将多晶硅层仅保留在需要与金属电极接触的区域（栅线下），而非金属电极接触区域则将多晶硅层移除或减薄，从而在保证良好欧姆接触和钝化效果的同时，最大化的减少红外区的光学损失，提升了红外光利用效率0.3%~0.5%。典型的制备流程是先在硅片的背面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，再通过激光开膜、湿法刻蚀等指状图形化工艺将非栅线区的多晶硅层去除。非栅线区经过刻蚀后，电池片表面形成poly-finger区凸起、非指状（finger）区凹陷的微台阶结构。但是，采用激光开膜往往导致刻蚀过深，可能损伤硅基底；若激光开膜能量不足，则无法实现有效刻蚀。因此，图形化工艺对激光等设备的加工精度和稳定性提出了极高的要求，如何使用高精度、低损伤的指状图形化来实现高效poly finger结构是产业化的关键瓶颈之一。

4、在光伏电池制备过程中，采用湿法制绒工序在硅片的表面做出绒面，该绒面微观下类似金字塔结构。在后续制程中需要保留硅片正面的绒面，而背面的绒面需要通过碱抛光或碱刻蚀的方式把原有的粗糙的类似金字塔的立体结构抛平，在硅片表面留下一个个矩形的“底座”，业界称为“塔基”。 通常通过所述塔基侧边长度的变化，来推测控制刻蚀微台阶结构的深度和宽度，从而获得高精度、低损伤的指状图形化来实现高效poly finger结构。

5、由于当下在polyfinger工艺过程中，需要先采用酸刻蚀混合液对硅片的非掩膜区进行酸刻蚀；再使用碱刻蚀混合液对所述硅片非掩膜区的poly层进行碱刻蚀，以获得高精度、低损伤的指状图形化。然而，业内用于polyfinger工艺的碱刻蚀药剂基本为常规topcon中rca段的刻蚀添加剂，并不是专门针对polyfinger工艺的特殊要求而匹配的药剂。尤其在喷墨图形化技术中，当采用常规刻蚀添加剂进行碱刻蚀，会引起硅片背面塔基不均匀、掩膜区与非掩膜区之间的异常过渡、侧边刻蚀不完全等各种异常问题，以致刻蚀效果不稳定，而刻蚀的微台阶结构产生的缺陷降低了指状图形化的精度，影响电池的效率和良率。

6、因此，本领域需要解决现有polyfinger喷墨图形化中碱刻蚀环节出现的各种异常的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有polyfinger喷墨图形化中碱刻蚀环节出现的硅片背面塔基不均匀、掩膜区与非掩膜区之间的异常过渡、侧边刻蚀不完全的各种异常的技术问题，提出一种刻蚀辅助试剂、具有该试剂的碱刻蚀混合液及使用该碱刻蚀混合液的光伏电池的制备方法，以解决现有图形化工艺出现的问题，使得碱刻蚀效果稳定可控，保证电池的效率和良率。

2、为解决所述问题，本发明提供的能够控制刻蚀微观结构的光伏电池的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤1、将poly后硅片的背面的金属电极区进行图形化掩膜；

4、步骤2、采用酸刻蚀混合液对所述硅片的非掩膜区的psg层进行酸刻蚀，去除非掩膜区的psg层或psg层和部分poly层，接着使用溢流水清洗；

5、步骤3、使用碱刻蚀混合液对所述硅片非掩膜区的poly层进行碱刻蚀；

6、其中，所述碱刻蚀混合液包括体积百分比的碱溶液2% ~10%vol、刻蚀辅助试剂0.01%~1%vol、剩余为去离子水；所述碱刻蚀温度为65~90℃，碱刻蚀时间为50s~600s；碱溶液的碱为koh或naoh，有效含量为45%；

7、步骤4、对于碱刻蚀后的硅片进行后续处理。

8、优选的，所述刻蚀辅助试剂，包括下列质量百分比的原料：

9、促进剂0.2%~3%、脱泡剂0.5%~2%，稳定剂0.1%~1%、螯合剂0.3%~2%，表面活性剂0.05%~0.6%，分散剂0.1%~1%，余量为超纯水。

10、优选的，所述促进剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧单磺酸钾、乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或六亚甲基四胺中的至少两种。

11、优选的，所述脱泡剂为壳聚糖、羧甲基壳聚糖、壳寡糖、淀粉水解寡糖、瓜儿豆胶、阿拉伯树胶、卡拉胶或黄原胶中的至少一种。

12、优选的，所述稳定剂为β-环糊精、γ-环糊精、麦芽三糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、单宁酸或没食子酸中的至少两种。

13、优选的，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、氮川三乙酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠、苹果酸钠或葡萄糖酸钠中的至少一种。

14、优选的，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、月桂醇硫酸钠、月桂酰谷氨酸钠、月桂酰肌氨酸钠或n-辛基吡咯烷酮中的至少两种。

15、优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、偏硅酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺的至少一种。

16、优选的，所述酸刻蚀混合液为hf和去离子水的混合液、hf加hno3和去离子水的混合液、或者，hf加添加剂和去离子水的混合液。

17、优选的，所述步骤2中，所述酸刻蚀混合液中，hf的体积分数比为6%，常温下将硅片浸入酸刻蚀混合液中反应时间为60-100s。

18、在polyfinger工艺过程中，先采用酸刻蚀混合液对硅片的非掩膜区进行酸刻蚀；再使用本发明提供的碱刻蚀混合液对所述硅片非掩膜区的poly层进行碱刻蚀。通过控制碱刻蚀混合液浓度、碱刻蚀的温度和时间的变化，以精准控制非电极区的poly层碱刻蚀的深度和宽度；同时由于碱刻蚀采用本发明特别配制的刻蚀辅助试剂，因此，可控制刻蚀深度和宽度的均匀、过度扩大等问题， 从而有效解决了硅片背面塔基不均匀、掩膜区与非掩膜区之间的异常过渡、侧边刻蚀不完全等各种异常问题，以致刻蚀效果稳定可控，保证电池的效率和良率。本发明特别配制的刻蚀辅助试剂适用于碱刻蚀体系。