一种多晶硅表面处理方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池制备方法领域，特别是一种多晶硅表面处理方法。


背景技术：

2.太阳能发电技术是利用光生伏特效应将光能直接转换为电能储存的新技术，特别是硅基半导体太阳能电池发电技术，自从1954年第一块c-si太阳能电池问世以来，更是迎来了硅太阳能电池的发展春天。c-si太阳能电池研制成功后，非晶硅电池的研究也逐步走进世界各地的实验室，二十年后，即1974年由美国科学家主导的rca实验室成功制备出非晶硅太阳能电池。随后，太阳能电池的发展更为迅猛，如常见的晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、量子点太阳能电池等等。其中，研究较为成熟的晶硅太阳能电池的组件效率能达到20％左右，占据市场主流位置，限制其发展的主要因素就是材料的纯度要求较为严格、制备工艺复杂，致使效率的提高到了一定的瓶颈；非晶硅太阳能电池虽然研制成本低、适合大面积生产，但是其效率不容易提高，并且没有很好的重复性，故而其市场应用不能推广开来。
3.目前光伏发电的成本相对于化石燃料、水能、核能、风能还很高，这严重制约了光伏产业的发展。为了发挥光伏发电的优势，迫切要求降低电池的成本。近些年来，带有本征薄层的太阳能电池(hit)发电技术开始引起了科学家的兴趣，因其具有较高的转换效率并且成本相对低廉等优点，故而这种简单而新颖的结构在世界各国广泛研究。这种电池结构的主体仍然是非晶硅和晶体硅材料，与传统工艺的不同之处就是在pn结中加入一层本征硅薄膜。 hit太阳能电池结构中的本征层使电池在形成pn结的同时钝化晶体硅的表面，所以能得到较好的界面质量，有利于提高电池的光电转换效率。此外，比之传统电池，hit电池的优点更为突出，如开压高、稳定、成本低等，且通过研究发现，hit结构的电池几乎没有光致衰退现象。中山大学的研究人员通过不同区域的对比，认为单晶硅hit太阳能电池组件更适合阳光辐射强、面积广阔的区域使用。
4.晶硅表面制绒是太阳能电池工业制造过程中常用的工艺之一。制绒的主要目的就是为了增加入射光的吸收，工艺流程就是采用不同的技术对多晶硅表面进行织构化处理，进而提高电池的最终转换效率。目前对于晶体硅的制绒方面，主要采用湿法腐蚀，具体包括酸腐蚀法和碱腐蚀法。碱腐蚀法主要针对单晶硅而言，碱液对于不同晶向的晶粒腐蚀速度会有所不同，即各向异性腐蚀，这样就会在表面形成凹凸不平的表面结构，这些结构能增加入射光在表面的多次反射几率，达到增加光吸收的目的。研究发现酸腐蚀工艺在多晶硅的制绒过程中效果更为明显，酸腐蚀液在腐蚀晶硅表面时其腐蚀速度是相同的，即各向同性腐蚀，当多晶硅浸入酸腐蚀液后，表面缺陷处或机械损伤处会优先腐蚀，之所以会表现出优先腐蚀的现象，是因为这些晶格结构相对较差的地方能级低，反应更加容易进行，经过一定时间的腐蚀后，枝状腐蚀坑会遍布整个多晶硅表面，这些腐蚀坑能显著增加光在晶硅表面的吸收，hit电池的光电转换效率就会有所提高。
5.因此，需要对多晶硅表面处理方法进行进一步的改进。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种多晶硅表面处理方法，能够提高多晶硅衬底hit太阳能电池光电转换效率。
7.为达到上述发明的目的，提供了一种多晶硅表面处理方法，包括以下步骤：
8.准备4cm
×
4cm的多晶硅片，厚度为200
±
10μm，电阻率范围在1-3ω
·
cm；
9.s1：实验前，先要对多晶硅片进行前期处理；多晶硅中金属杂质较多，要先进行吸杂，使硅片达到良好的质量，并且因为多晶硅片在制造过程中表面会引入油污和金属颗粒等杂质，所以要对表面进行清洗，达到理想的表面清洁度；清洗过程采用rca液进行处理；首先，采用rca一号液清洗，其配比为nh4oh:h2o2:h2o＝1:1:5，nh4oh浓度为25％～28％，h2o 2浓度为为30％，将溶液倒入烧杯中，再加入硅片，在80℃中超声清洗10min，超声完后，用去离子水冲洗4遍左右；再用rca二号液处理，其配比hcl:h2o2:h2o＝1:1:6，hcl浓度为36％-38％，将溶液倒入烧杯中，再加入硅片，在80℃中超声清洗10min，超声完后，用去离子水冲洗4遍左右；
10.s2：完成以上两步清洗过程后，再配比6％的hf稀溶液，把清洗完的硅片放入溶液中浸泡两分钟，作用是清除掉表面残余的氧化层，以及防止硅片进一步氧化；清洗完后直接用氮气吹干待下一步实验处理；
11.s3：由于碱腐蚀的各向异性腐蚀特性，碱腐蚀制绒中naoh溶液对不同晶向的腐蚀速率都不相同，所以多晶硅片在经过碱液腐蚀后，硅片表面会形成凹凸不平的结构；
12.固定naoh的浓度为15％，腐蚀液温度为80℃，腐蚀时间设定为10～20min，此时改变碱液浓度，设定碱腐蚀液的浓度分别为10～20％。
13.优选的，所述步骤s3中的腐蚀时间为15min。
14.优选的，所述步骤s3中的碱腐蚀浓度为15％。
15.经过反射率测试数据分析可知，当碱腐蚀液的浓度设定为10％时，多晶硅表面的反射率约为26.17％，比之原硅片的反射率有所降低(原硅片反射率为35.43％)；当继续增加碱液浓度至15％后，多晶硅片表面的反射率已经下降到24.39％，此时已经低于原硅片十多个百分点，有效增加了入射光的利用率；但是当碱液浓度加到20％后，多晶硅表面的反射率又上升了，达到25.19％，和上述的原理分析一致，此时浓度过大，反应过程不易控制，导致反应时碱腐蚀液继续腐蚀原形貌的棱角，使之变得光滑，陷光作用有所降低。
16.本发明一种多晶硅表面处理方法跟现有技术相比具有以下优点：
17.通过改变碱腐蚀时间和碱腐蚀浓度等参数，得出结论：当碱腐蚀浓度为15％、温度为80℃、碱腐蚀时间15min条件下，多晶硅的平均反射率为24.37％，低于原硅片35.43％的反射率，能有效增加光能利用率。
具体实施方式
18.以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。
19.实施例
20.准备4cm
×
4cm的多晶硅片，厚度为200
±
10μm，电阻率范围在1-3ω
·
cm。
21.s1：实验前，先要对多晶硅片进行前期处理。多晶硅中金属杂质较多，要先进行吸杂，使硅片达到良好的质量，并且因为多晶硅片在制造过程中表面会引入油污和金属颗粒
等杂质，所以要对表面进行清洗，达到理想的表面清洁度。清洗过程采用rca液进行处理。首先，采用rca一号液清洗，其配比为nh4oh:h2o2:h2o＝1:1:5(nh4oh浓度为25％-28％，h2o2 浓度为为30％)，将溶液倒入烧杯中，再加入硅片，在80℃中超声清洗10min，超声完后，用去离子水冲洗4遍左右；再用rca二号液处理，其配比hcl:h2o2:h2o＝1:1:6(hcl浓度为36％-38％)，将溶液倒入烧杯中，再加入硅片，在80℃中超声清洗10min，超声完后，用去离子水冲洗4遍左右。
22.s2：完成以上两步清洗过程后，再配比6％的hf稀溶液，把清洗完的硅片放入溶液中浸泡两分钟，作用是清除掉表面残余的氧化层，以及防止硅片进一步氧化。清洗完后直接用氮气吹干待下一步实验处理。
23.由于碱腐蚀的各向异性腐蚀特性，碱腐蚀制绒中naoh溶液对不同晶向的腐蚀速率都不相同，所以多晶硅片在经过碱液腐蚀后，硅片表面会形成凹凸不平的结构。碱腐蚀过程的化学反应方程式如下：
24.si 2naoh h2o＝na2sio3 2h2
↑
25.固定naoh的浓度为15％，腐蚀液温度为80℃，腐蚀时间设定为10min、15min和20mi n，腐蚀时间固定为15min、碱液温度固定为80℃反射率较好，此时改变碱液浓度，研究浓度对反射率的影响。设定碱腐蚀液的浓度分别为10％、15％和20％。
26.经过反射率测试数据分析可知，当碱腐蚀液的浓度设定为10％时，多晶硅表面的反射率约为26.17％，比之原硅片的反射率有所降低(原硅片反射率为35.43％)；当继续增加碱液浓度至15％后，多晶硅片表面的反射率已经下降到24.39％，此时已经低于原硅片十多个百分点，有效增加了入射光的利用率；但是当碱液浓度加到20％后，多晶硅表面的反射率又上升了，达到25.19％，和上述的原理分析一致，此时浓度过大，反应过程不易控制，导致反应时碱腐蚀液继续腐蚀原形貌的棱角，使之变得光滑，陷光作用有所降低。
27.晶硅表面的制绒的作用主要有：(1)去除硅片表面机械损伤层。硅片制造时会经过线切、磨片等工艺，这些工艺在硅片表面产生的损伤层可达几十微米。在电池制造过程中，损伤层不利于镀膜，也会在晶硅表面形成大量的复合中心，致使衬底的少数载流子寿命降低，最终影响到太阳能电池的光电转换效率；(2)获得洁净表面。在工厂生产多晶硅片时，晶硅表面避免不了接触金属器械和油污，这将会在晶硅表面产生大量的金属和有机杂质，在制绒过程中，随着表面的腐蚀，这些金属和有机杂质，会在腐蚀和清洗过程中去掉，使硅片表面保持洁净；(3)增加光吸收，这也是晶硅表面制绒的主要目的，当入射光照射到多晶硅衬底表面后，在光的反射和折射的作用下，入射光会在表面进行多次吸收，这就是陷光作用。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人
员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本说明书中的具体含义。
30.在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。