双面PERC太阳能电池的背面结构刻蚀方法及其刻蚀液与流程

双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法及其刻蚀液
技术领域
1.本发明属于双面perc太阳能电池技术领域，具体涉及一种双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法及其刻蚀液。


背景技术：

2.晶硅太阳能电池一直占据着光伏发电市场的主导位置，提高电池的转换效率和降低成本是整个行业的发展目标。钝化发射极及背表面电池(perc)技术只需要在常规铝背场(al-bsf)太阳能电池的工艺基础上增加背面钝化和激光开槽的步骤，就可以较大幅度提升电池效率，是目前市场上最主流的高效太阳能电池技术。相较于传统的单面受光太阳能电池，双面太阳能电池利用正反两个受光面，能大幅度地提高短路电流，进而提升太阳能电池的转换效率，降低了成本。
3.双面太阳能电池的背面结构能有效地提高地面和环境反射光的吸收，是双面太阳能电池的重要组成部分。perc电池整个工艺过程包括：1.制绒—2.扩散—3.激光se—4.刻蚀(背抛)—5.高温退火—6.背面镀膜(氧化铝加氮化硅)—7.正面镀膜(氮化硅)—8.激光开槽—9.丝网印刷—10.烧结。目前，行业内通用的刻蚀抛光方式有两种，酸抛和碱抛。酸抛采用的是氢氟酸和硝酸的混合酸液对扩散后的硅片背面进行抛光刻蚀。酸抛后背表面的反射率在25-30％，抛光效果一般，为了提高背面反射率，通常需要很高的硝酸浓度(60％以上)，化学液耗量成本较高。此外，由于硝酸中的氮排放对环保造成了极大的压力，酸废液的处理成本很高。为了减少氮排放，开发出了碱抛工艺，但是碱抛工艺在链式设备的基础上需要新增碱抛光槽式设备。此外，碱抛工艺与目前的se工艺不兼容，叠加se过程需要额外增加氧化工艺对se区域进行保护，增加了制程污染的风险，工艺复杂且不稳定。
4.综上所述，现有技术具有以下缺陷：1.酸刻蚀工艺酸液成本高，废水含有硝氮不环保，废水处理成本高；2.碱背抛工艺需要增加三套设备(氧化炉，链式去背面磷硅玻璃，槽式碱抛)，设备投入成本高，与se工艺兼容性差，整体工艺复杂，增加制程污染风险，且工艺不稳定。此外，碱抛还需要配合购买使用额外的碱抛添加剂进行使用。
5.此外，采用酸刻蚀制备的双面电池结构，正面效率不高，电流和开压偏低，钝化效果欠佳。采用碱抛制备的双面电池正面效率高，钝化效果好，但是背面反射率较高导致背面电池的效率偏低，使得perc太阳能电池的双面率较低。因此，采用上述两种方法得到的背面结构，不能有效地权衡背面反射率和钝化效果，没有发挥双面电池的优势。


技术实现要素：

6.针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种工艺简单，能够对晶硅片背面的金字塔形貌结构的塔尖进行刻蚀削平形成四棱台形貌结构，同时兼顾背面反射率和钝化效果的双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法及其刻蚀液。
7.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
8.一种双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法，其包括以下步骤：
9.(1)预备扩散后的晶硅片,该晶硅片的背面上具有金字塔形貌结构，该金字塔形貌结构的底边长1～5微米，高度为0.7～3.5微米；
10.(2)配置刻蚀液：将氟离子源、含氯的离子源、氧化剂和去离子水相混合获得刻蚀液，其中所述氟离子源的浓度为0.1mol/l～8mol/l，所述含氯的离子源的浓度为0.01mol/l～13mol/l，所述氧化剂的浓度为0.01mol/l～3mol/l；
11.(3)背面刻蚀：将晶硅片平放于输送设备上，由输送设备向前输送，使晶硅片的背面浸入刻蚀液中，在温度8℃～40℃下刻蚀30s～180s，对晶硅片背面的金字塔形貌结构的塔尖进行刻蚀削平形成四棱台形貌结构，该四棱台形貌结构的底面边长1～5微米，顶面边长为0.3～3微米，高度为0.3～3微米；四棱台形貌结构的顶面为平面，易于钝化。
12.作为本发明的一种优选方案，所述晶硅片为p型硅片或n型硅片。
13.作为本发明的一种优选方案，所述氟离子源选自氢氟酸。
14.作为本发明的一种优选方案，所述含氯的离子源选自盐酸、次氯酸钠、亚氯酸钠、二氧化氯、氯气、氯酸钠或高氯酸钠。
15.作为本发明的一种优选方案，所述氧化剂选自过硫酸钠、双氧水、乙酸、过氧乙酸、高锰酸钾、浓硫酸中的一种或多种。
16.作为本发明的一种优选方案，所述输送设备优选为链式设备。其他实施例中，该输送设备也可以为其它设备，只要能让晶硅片在输送时能使该晶硅片的背面浸入刻蚀液即可。
17.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)还添加有添加剂，该添加剂与刻蚀液的质量比为0.2～5:100。
18.作为本发明的一种优选方案，所述添加剂由以下质量份数比组分组成：0.1～5质量份十二烷基硫酸钠、1～3质量份柠檬酸钠、0.5～3质量份瓜尔豆胶、100质量份水。
19.作为本发明的一种优选方案，所述添加剂为十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸钠、瓜尔豆胶中的一种或多种混合。
20.一种双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法中采用的刻蚀液。
21.本发明的有益效果为：本发明提供的双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法工艺简单，与目前的刻蚀工艺兼容，能对晶硅片背面的金字塔形貌结构的塔尖进行刻蚀削平形成四棱台形貌结构，该四棱台形貌结构的顶面为平面，易于后续钝化膜的沉积，反射率可控，同时兼顾电池的光学和电学性能，得到的双面太阳能电池背面效率高，双面率高；同时所采用的刻蚀液不含氮，有效避免了现有技术酸刻蚀中的硝酸排放，废液处理成本低，对环保压力小，而且原料化学药液成本低，易于获得，降低生产成本的同时也减少了对环境的污染。
22.下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
23.图1为晶硅片背面在刻蚀前的sem表面结构图。
24.图2为晶硅片背面在刻蚀前的sem截面结构图。
25.图3为本发明实施例1的sem表面结构图。
26.图4为本发明实施例1的sem截面结构图。
27.图5为本发明实施例2的sem表面结构图。
28.图6为本发明实施例2的sem截面结构图。
29.图7为本发明实施例3的sem表面结构图。
30.图8为本发明实施例4的sem截面结构图。
31.图9为本发明对比例1的sem表面结构图。
32.图10为本发明对比例1的sem截面结构图。
具体实施方式
33.实施例1：本实施例提供了一种双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法，预备有氢氟酸、次氯酸钠、去离子水和添加剂，本实施例中，次氯酸钠同时具有氧化剂功效，可以无需再额外添加氧化剂，当然，在其他实施例中，也可以添加氧化剂。将氢氟酸、次氯酸钠和去离子水混合后获得刻蚀液，其中次氯酸钠的浓度为0.15mol/l，所述氢氟酸的浓度为0.8mol/l，将添加剂加入刻蚀液，所述添加剂与刻蚀液的质量比为2：100。其中，所述添加剂由2质量份十二烷基苯磺酸钠、2质量份柠檬酸钠、0.3质量份瓜尔豆胶、100质量份水。
34.本实施例中，以扩散后的p型单晶硅片为例，参见图1和图2，单晶硅片的背面上具有金字塔形貌结构，该金字塔形貌结构的底边长1～5微米，高度为底边的的边长，即高度约为0.7～3.5微米，具体参见图1和图2。其他实施例中，该单晶硅片也可以为p型硅片。其他实施例中，该单晶硅片也可以为n型硅片。
35.将扩散后的单晶硅片放置于所述刻蚀液中，在反应温度为25℃下刻蚀90s,实现对单晶硅片背面的金字塔形貌结构的塔尖进行刻蚀削平得到四棱台形貌结构，如图3和图4所示。四棱台形貌结构的顶面为光滑平面，易于钝化膜沉积，同时兼顾电池的光学和电学性能。
36.实施例2：本实施例提供了一种双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法，其与实施例中1基本相同，区别点在于，预备有氢氟酸、双氧水、盐酸和添加剂。将氢氟酸、双氧水和盐酸相混合获得刻蚀液，其中氢氟酸浓度为0.5mol/l，双氧水浓度为0.5mol/l，盐酸浓度为9mol/l；将添加剂加入刻蚀液，所述添加剂与刻蚀液的质量比为1：100。所述添加剂由3质量份十二烷基苯磺酸钠、1质量份柠檬酸钠、1.5质量份瓜尔豆胶、100质量份水。
37.将扩散后的单晶硅片放置于所述刻蚀液中，在反应温度为15℃下刻蚀60s,实现对单晶硅片背面的金字塔形貌结构的塔尖进行刻蚀削平得到四棱台形貌结构，如图5和图6所示。
38.实施例3：本实施例提供了一种双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法，其与实施例中1基本相同，区别点在于，预备有氢氟酸、高氯酸钠和盐酸。本实施例中，高氯酸钠同时具有氧化剂功效，可以无需再额外添加氧化剂，当然，在其他实施例中，也可以再添加氧化剂。将氢氟酸、高氯酸钠和盐酸相混合获得刻蚀液，其中氢氟酸浓度为2mol/l，高氯酸钠浓度为0.3mol/l，盐酸浓度为8mol/l；
39.将扩散后的单晶硅片放置于所述刻蚀液中，在反应温度为30℃下刻蚀120s,实现对单晶硅片背面的金字塔形貌结构的塔尖进行刻蚀削平得到四棱台形貌结构，如图7和图8所示。
40.对比例1：将扩散后的单晶硅片放置于hf和hno3混合酸液中，在反应温度为15℃处理下处理50s；其中，混合酸液中hf的质量百分比为15％，hno3的质量百分比为60％，刻蚀后的结构如图9和图10所示，背面的金字塔形貌结构整体被刻蚀成球冠状凸起结构，外表面为圆滑面。
41.将实施例1-3和对比例1按照双面perc电池工艺流程制备成太阳能电池并进行对比测试太阳能电池性能，具体结果参见表1：
42.表1
[0043] 正面效率(％)背面效率(％)双面率(％)实施例122.3117.5678.71实施例222.2817.7179.49实施例322.3517.3877.76对比例122.316.5474.17
[0044]
通过表1的对比，采用本发明双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法处理后的单晶硅片按照双面perc电池工艺流程制备成太阳能电池的正面效率基本持平，背面效率分别提升了1.02％，1.17％和0.84％，双面率分别提升4.54％，5.32％和3.59％。背面效率和双面率均得到了较大的提升，最终提升电池效率。
[0045]
本发明双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法通过合理控制刻蚀时间和温度，对金字塔形貌结构的塔尖进行选择性刻蚀，因为氯离子和硅表面的悬挂键结合，而不同面取向的硅悬挂键的强度不一样，金字塔形貌结构的(100)晶面最弱，而刻蚀方向朝向(100)晶面，实现金字塔形貌结构的塔尖被优先刻蚀削平，最终获得四棱台形貌结构，该四棱台形貌结构的底面边长保持不变，依然为1～5微米，削平之后的高度为0.3～3微米，四棱台形貌结构的顶面为平面，顶面边长为0.3～3微米。使得单晶硅片背面不完全平，有减反结构，提升背面电池的吸光即提升短路电流，最终提升背面电池效率，提高双面率。而且本发明双面perc太阳能电池的背面结构刻蚀方法中采用的刻蚀液配方合理，不含氮，有效避免了hf/hno3混酸刻蚀液中氮的排放，废液处理成本低，对环保压力小，降低生产成本的同时也减少了对环境的污染。
[0046]
上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。
[0047]
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似方法而得到的其它方法，均在本发明保护范围内。