一种碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法与流程

1.本发明是有关采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片的方法，特别是涉及采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法。本发明采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法具有应用广，生产成本低，所产生的废水容易处理等诸多优点。


背景技术：

2.采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片在半导体工业和太阳能电池制造工业有着广泛应用。在太阳能电池制造工业中，最典型的采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片的工艺是单晶硅片的制绒工艺。该单晶硅片制绒工艺的具体方法是，首先把碱腐蚀溶液加热到单晶硅片的制绒温度（一般在60~90度之间），然后把单晶硅片浸泡在已经被加热的碱腐蚀溶液中，在碱腐蚀溶液不断地腐蚀下，单晶硅片表面上逐渐形成绒面。该单晶硅片制绒工艺的特征之一是，由于单晶硅片是被浸泡在碱腐蚀溶液中，所以碱腐蚀溶液同时润湿单晶硅片的二个表片，即同时腐蚀单晶硅片的二个表面。在单晶硅片制绒工艺步骤完成后，单晶硅片的二个表面同时生成绒面。
3.理论上，优化的太阳能电池的结构仅要求太阳能电池的受光面有绒面，而要求太阳能电池的非受光面越光滑越好。单晶硅片表面上绒面的作用是降低反射率，使太阳能电池的受光面尽可能的多吸收光，多产生电能。而对于太阳能电池的另一个表面，即非受光表面，并不需要绒面。相反，为了提高太阳能电池的光电转化率，要求太阳能电池的非受表面越光滑越好。一个光滑的太阳能电池非受表面有助于减小表面复合速率和增加光在太阳能电池的内部反射。
4.专利申请cn105845778a和cn107123702a公开了一种使单晶硅片太阳能电池的受光面具有绒面，而非受光表面没有绒面的方法。具体的方法是，在单晶硅片的非受光表面镀上掩膜，然后把单晶硅片放入碱腐蚀溶液中，对单晶硅片的受光实施制绒工艺步骤。在完成对单晶硅片的受光表面制绒步骤后，清洗在单晶硅片非受光面上的掩膜，即达到了在单晶硅片的非受光面没有绒面，单晶硅片的受光面有绒面的目的。
5.专利申请cn109887841a和cn108922941a公开了另外一种使单晶硅片太阳能电池的受光面有绒面，非受光面没有绒面的方法。具体的方法是，cn108922941a是利用扩散后在单晶硅片表面上生成的磷硅玻璃作为掩膜，采用碱腐蚀溶液，对晶体硅片的另一表面实施碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅的反应。在碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅的过程中，晶体硅片的一个表面在磷硅玻璃的保护下，其绒面可以得到一定程度的保护，而另一表面由于没有磷硅玻璃的保护，被碱腐蚀溶液腐蚀，最终达到晶体硅片的二个表面中一个表面具有绒面，而另一表面是抛光面的效果。cn109887841a是在单晶硅片其中一个表面的绒面上镀一层氮化硅作为掩膜，再对另一表面实施碱腐蚀溶液的腐蚀反应，从而在有氮化硅的表面保留了绒面，而另一表面被抛光。
6.为了达到仅对晶体硅片其中一个表面实施碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅的目的，尽管以上所公开的方法有所不同，它们的共同特征是，1）对不需要被碱腐蚀溶液腐蚀的晶体硅表
面采用掩膜实施保护，2）晶体硅片的二个表面都浸泡在碱腐蚀溶液中。
7.因此，以上各种采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的缺陷是明显的。为了达到在晶体硅片的二个表面的其中一个表面有绒面，另一表面是抛光面的目的，必须使用掩膜技术对晶体硅片的其中一个表面实施掩膜保护。然而，在使用掩膜技术后，不仅增加了生产步骤，例如至少需要增加镀膜和清洗膜的步骤，更增加了生产成本，例如需要增加掩膜成本，清洗膜成本和废水处理成本。


技术实现要素：

8.针对以上现有技术问题，本发明公开一种新颖的利用碱腐蚀溶液对晶体硅片其中一个表面实施腐蚀反应的方法。
9.本发明的目的之一是，寻求一种新颖的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法，该方法使碱腐蚀溶液仅对晶体硅片的其中一个表面实施腐蚀反应。
10.本发明的另一个目的是，寻求一种新颖的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法，该方法不仅适用于碱腐蚀溶液对晶体硅片实施单面制绒，也适用于碱腐蚀溶液对晶体硅片实施单面抛光，或者还适用于碱腐蚀溶液对晶体硅片的其中一个表面实施其它工艺，例如腐蚀清洗工艺。
11.本发明的最后一个目的是，寻求一种新颖的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法，该方法不仅适用于水平前进式连续操作（inline operation），也适用于间隙操作（batch operation），不仅适用于腐蚀单晶硅片，也适用于腐蚀其它晶体硅片。
12.为实现上述目的，本发明公开了一种碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法。该方法的特征之一是，把碱腐蚀溶液润湿晶体硅片的其中一个表面，使碱腐蚀溶液在晶体硅片的其中一个表面生成一层碱腐蚀溶液膜，所述的碱腐蚀溶液膜厚度小于5毫米，确保碱腐蚀溶液仅对该其中一个表面实施碱腐蚀反应。
13.更具体地说，本发明的方法首先在需要被碱腐蚀溶液腐蚀的晶体硅片的其中一个表面涂布一层碱腐蚀溶液，使碱腐蚀溶液在该表面形成一层碱腐蚀溶液膜，所述的碱腐蚀溶液膜厚度小于5毫米；然后加热该晶体硅片，或者加热该碱腐蚀溶液膜，或者同时加热晶体硅片和碱腐蚀溶液膜，使该晶体硅片和碱腐蚀溶液膜同时达到所设计的反应温度，并保持该反应温度至所设计的碱腐蚀反应结束，完成采用碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的工艺步骤。
14.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的优点之一是，不需要对晶体硅片不需要被碱腐蚀的表面使用任何掩膜，就可以达到对晶体硅片实施碱腐蚀溶液单面腐蚀晶体硅片的目的。在半导体工业或者太阳能电池工业，传统的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片的方法是把晶体硅片浸泡在碱腐蚀溶液中。这种方法使晶体硅片的二个表面都接触到碱腐蚀溶液。因此，如果没有对任何表面实施保护的话，即没有对其中一个表面做掩膜的话，晶体硅片的二个表面会同时被腐蚀。与传统的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片的方法相比较，本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法是将碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片需要被腐蚀的表面，而另一个表面不与碱腐蚀溶液接触，实现仅对晶体硅片的其中一个表面实施碱腐蚀溶液腐蚀的目的。
15.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的另一个优点是节省生
产能耗。在半导体工业或者太阳能电池工业，传统的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片的方法是把晶体硅片投入碱腐蚀溶液槽，这样需要对碱腐蚀溶液槽内的所有碱腐蚀溶液加热。本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法仅需要加热硅片和润湿硅片的碱腐蚀溶液，大大降低了所需达到和保持反应温度的热能。
16.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法还有一个优点是可以根据各种工艺要求，灵活的使用各种加热方法。除了可以采用传统的电阻丝加热方法外，还可以使用其它节能加热方法，例如，超声波加热和远红外等加热等方法。
17.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的进一步优点是本发明不仅适用于间隙操作（batch operation），也适用于连续前进式（inline operation）操作。
18.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的其它优点包括本发明不仅适用于碱腐蚀溶液腐蚀多晶硅片，也适用腐蚀单晶硅片，或者类单晶片，或者是各种掺杂的晶体硅片，例如n型硅片，或者p型硅片。
19.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法适用于各种工艺目的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片。例如，本发明不仅适用碱腐蚀溶液腐蚀抛光工艺，也适用于碱腐蚀溶液腐蚀制绒工艺，或者碱腐蚀溶液腐蚀清洗工艺。
20.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法还具有一个非常独特的优点，即具有自停止腐蚀反应（self-stopetch）的优点。当采用传统的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片时，碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片的进度是控制其反应时间，反应温度和碱腐蚀溶液的浓度，在生产过程中，反应温度，特别是碱腐蚀溶液的浓度，很容易随生产条件的变化而变化，导致腐蚀结果的波动。本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法，碱腐蚀溶液的浓度可以直接由配制控制，不会随生产而波动，所以只要控制好涂布在晶体硅片上的碱腐蚀溶液的量，当涂布在晶体硅片上的碱腐蚀溶液消耗完毕后，反应自动停止。
附图说明
21.图1. 碱腐蚀溶液润湿晶体硅片其中一个表面后所生成的碱腐蚀溶液膜的示意图。
22.图2. 碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的间隙操作示意图。
23.图3. 碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式操作示意图。
具体实施方式
24.在以下的描述中，为了解释目的，阐述了本发明的详细实施方式，帮助对本发明的全面理解。显然，这些说明并不是用于限制本发明。在不背离本发明精神及其实质情况下，本领域的技术人员可根据本发明做出各种其它相应的组合，变更或修改。这些相应的组合，变更和修改都属于本发明所附权利要求的保护范围内。
25.本发明所公开的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的特征是：把碱腐蚀溶液润湿晶体硅片的其中一个表面，或者说把碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片的其中一个表面，使碱腐蚀溶液在该晶体硅片的其中一个表面上生成一层碱腐蚀溶液膜，并且确保该碱腐蚀容液膜不会溢流到晶体硅片的另外一个表面，使碱腐蚀溶液仅对该晶体硅片的被润湿的表面实施碱腐蚀反应。
26.参照附图，可以对本发明做进一步详细说明。附图1展示了本发明的碱腐蚀溶液润湿晶体硅片其中一个表面后所生成的碱腐蚀溶液膜的示意图。在附图1中，碱腐蚀溶液被涂布在晶体硅片100的上表面后形成一层碱腐蚀溶液膜200。本发明所述的晶体硅片100可以是各种类型晶体硅片。例如，可以是单晶硅片，或者是多晶硅片，或者是铸造单晶硅片，或者是直接硅片（ direct wafer）。可以是n型晶体硅片，也可以是p型晶体硅片。
27.本发明所述的碱腐蚀溶液是ph值大于7的溶液。例如，本发明所述的碱腐蚀溶液可以是在太阳能电池行业被常用的各种浓度的氢氧化钠（naoh），或者氢氧化钾（koh）溶液。也可以是其它碱腐蚀溶液，例如四甲基氢氧化铵溶液等。为了满足碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的各种要求，在碱腐蚀溶液中可以加入各种添加剂，例如，可以添加抛光剂使被腐蚀后的晶体硅片表面更光滑。
28.本发明可以采用喷洒放方法把碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片100的其中一个表面。也可以其它方法把碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片100的其中一个表面。例如，可以采用刷子把碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片100的其中一个表面，或者，也可以直接把碱腐蚀溶液倒在晶体硅片100的其中一个表面。
29.在实施本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法时，根据不同的应用，晶体硅片100可以水平放置，也可以垂直放置，或者可以以一定角度斜放。本发明的优化方案是把晶体硅片100水平摆放，水平摆放的优点之一是可以比较容易的把碱腐蚀溶液比较均匀地涂布在晶体硅片100的表面。特别是，如果晶体硅片被水平放置并把碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片100的上表面，可以提高碱腐蚀溶液膜200的均匀性。
30.碱腐蚀容液膜200的厚度应该至少能保证均匀的润湿整个晶体硅片100的一个表面，确保该碱腐蚀溶液能均匀地腐蚀晶体硅片其中一个表面。另一方面，碱腐蚀容液膜200的厚度也不能太厚，以确保碱腐蚀溶液不溢流出晶体硅片100的上表面，使碱腐蚀溶液仅仅腐蚀晶体硅片100的上表面。因此，碱腐蚀溶液膜200的厚度应该控制在小于5毫米之内。
31.碱腐蚀溶液膜200中可以含有足够完成本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面所需的碱腐蚀溶液的碱浓度，这样，在本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的过程中就不需要再额外添加碱腐蚀溶液了。当然，如果需要，也可以在碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的过程中添加适当量的碱腐蚀溶液。
32.根据各种腐蚀反应的需要，可以在碱腐蚀溶液中添加各种添加剂，用以增加和改善本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的效果。在其它应用中，也可以把各种添加剂先涂布在晶体硅片的其中一个表面，然后再把碱腐蚀溶液涂布在晶体硅片该表面上。
33.图2展示了本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法一个间隙操作实施例。所谓的间隙操作是指在实施本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的过程中，晶体硅片100相对于支撑晶体硅片100的操作平台300的相对位置不发生变化。
34.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法中的操作平台300可以是放置一片晶体硅片100的操作平台300，也可以是可以放置多片晶体硅片100的操作平台300。操作平台300可以是静止不动，操作平台300也可以在实施本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法中不断地被移动位置，例如，不断地在一个烘箱内被移动位子。操作平台300可以是与晶体硅片100表面完全接触的一个平面平台300，也可以采用支撑点
的方式支撑晶体硅片100。
35.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法可以预先加热碱腐蚀溶液，当在晶体硅片100的其中一个表面生成碱腐蚀溶液膜200后，被预热的碱腐蚀溶液就可以加热晶体硅片100。同样，也可以先预热晶体硅片，当在晶体硅片100的其中一个表面生成碱腐蚀溶液膜200后，被预热的晶体硅片100就可以加热碱腐蚀溶液。
36.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法也可以在碱腐蚀溶液在晶体硅片100的其中一个表面上生成一层碱腐蚀溶液膜200后，再加热晶体硅片100，或者加热碱腐蚀溶液膜200，或者同时加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束，从而完成本发明的腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的目的。
37.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法可以采用各种方法加热晶体硅片100，或者加热碱腐蚀溶液膜200，或者同时加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。
38.进一步，本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法可以采用接触式加热方法，或者非接触式加热的方法加热晶体硅片100，或者加热碱腐蚀溶液膜200，或者同时加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。
39.例如，接触式解热方法可以采用电磁感应加热操作平台300的方法，或者电阻器加热操作平台300的方法，然后由操作平台300接触式加热晶体硅片100，使晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200达到所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。
40.非接触式加热方法可以采用微波加热碱腐蚀溶液膜200，然后由碱腐蚀溶液膜200加热晶体硅片100，使晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200达到所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。也可以采用热气流加热晶体硅片100，使晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200达到所需的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的反应结束。
41.进一步，还可以使用红外线非接触式的加热方法同时加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200，使晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200达到所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。
42.更进一步，本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法可以同时采用接触式加热方法和非接触式加热的方法加热晶体硅片100，或者加热碱腐蚀溶液膜200，或者同时加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。如图2所示，可以采用加热操作平台300后直接加热晶体硅片，并且同时采用红外加热器400加热碱腐蚀溶液膜200和晶体硅片100。
43.根据需要，本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法可以是对该表面做碱腐蚀清洗，也可以对该表面实施抛光腐蚀，或者可以对该表面实施制绒腐蚀。
44.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的腐蚀温度在40~100度
之间。 例如，如果要对晶体硅片的某个表面实施碱腐蚀溶液清洗，可以把温度控制在40~60度之间；如果要对晶体硅片的某个表面实施碱腐蚀溶液抛光腐蚀，可以把反应温度控制在70～90度之间；如果要对晶体硅片的某个表面实施碱腐蚀溶液制绒，可以把反应温度控制在60～80度之间。根据不同的应用，反应时间可以从几秒到几分钟。
45.图3展示了本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式（inline operation）操作实施例。如图3所示，晶体硅片100是由传输滚轮500支撑并朝着一个方向被传输。晶体硅片100也可以在传输网带，或者在传输滚轮上，随传输网带或传输滚轮的传动而移动。与图2的实施例的区别在于，图3的实施例在实施本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法时，晶体硅片100相对于操作平台，或者支撑点，是往一个方向移动。因此，图3的实施例更有利于大规模生产。
46.参照图3，在实施本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法时，支撑滚轮500是处在顺时针方向转动的状态，因此晶体硅片被不断地从左向右移动，完成本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式（inline operation）操作。
47.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式（inline operation）操作不仅可以采用滚轮驱动的方式完成，也可以采用传送带的方法完成，即，可以把晶体硅片放置在传送带上，在传送带的带动下，使晶体硅片100向一个方向移动。事实上，本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式（inline operation）操作可以使用任何一种可以使晶体硅片100往一个方向移动的方法，例如气浮传送方法。
48.与图2实施例类似，本实施例可以预先加热碱腐蚀溶液，当在晶体硅片100的其中一个表面生成碱腐蚀溶液膜200后，预热的碱腐蚀溶液就可以加热晶体硅片100。同样，也可以先预热晶体硅片100，当在晶体硅片100的其中一个表面生成碱腐蚀溶液膜200后，预热的晶体硅片100就可以加热碱腐蚀溶液膜200。也可以在碱腐蚀溶液在晶体硅片100的其中一个表面上生成一层碱腐蚀溶液膜200后，再加热晶体硅片100，或者加热碱腐蚀溶液膜200，或者同时加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束，从而完成本发明的腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的目的。
49.在图3的实施例中，上加热装置700和下加热装置600负责对晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200加热至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束，从而完成本发明的腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的方法的目的。
50.根据实际应用，可以选择仅采用上加热装置700单独完成加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束，也可以仅采用下加热装置600单独完成加热晶体硅片100和碱腐蚀溶液膜200至所需要的反应温度，并保持该反应温度至所需要的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片一个表面的反应结束。
51.进一步，上加热装置700和下加热装置600可以红外加热装置，也可以是电阻器加热装置，或者也可以是其它具有加热功能的装置。上加热装置700和下加热装置600可以使用同一种加热装置，也可以使用不同的加热装置。例如，上加热装置700可以采用红外加热装置，下加热装置600采用电阻器加热装置。
52.同样，根据需要，本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式（inline operation）操作可以是对该表面做碱腐蚀清洗，也可以对该表面实施抛光腐蚀，或者可以对该表面实施制绒。
53.本发明的碱腐蚀溶液腐蚀晶体硅片其中一个表面的连续前进式（inline operation）操作的腐蚀温度在40~100度之间。 例如，如果要对晶体硅片的某个表面实施碱腐蚀溶液清洗，可以把温度控制在40~60度之间；如果要对晶体硅片的某个表面实施碱腐蚀溶液抛光腐蚀，可以把反应温度控制在70～90度之间；如果要对晶体硅片的某个表面实施碱腐蚀溶液制绒，可以把反应温度控制在60～80度之间。根据不同的应用，反应时间可以从几秒到几分钟。