一种异质结电池片圆化度的测试方法及CP槽补液的方法与流程

一种异质结电池片圆化度的测试方法及cp槽补液的方法
技术领域
1.本发明涉及异质结太阳能电池绒面金字塔领域，特别是涉及一种异质结电池片圆化度的测试方法以及利用异质结电池片圆化度进行cp槽补液的方法。


背景技术：

2.制备硅基异质结太阳能电池(hjt)的主要过程如下：以(100)晶向单晶硅片为衬底进行清洗制绒，双面沉积非晶硅薄膜，双面沉积透明导电氧化薄膜，丝网印刷制备金属电极，构成具有对称结构的hjt太阳能电池。
3.通常利用碱和添加剂的混合溶液对(100)晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成“类金字塔”的绒面结构，以增加硅片对入射光的吸收。再采用pecvd镀膜法在绒面结构上生长一层纳米级厚度的氢化本征非晶硅薄膜(i-a:si:h)，以钝化该表面。由碱刻蚀自然形成的金字塔的塔顶、棱和金字塔底部峡谷处大多尖锐不平，在这些尖点和棱锋处沉积生长的非晶硅钝化膜质量相对较差，影响钝化效果。
4.对此，一般利用氢氟酸(hf)和盐酸(hcl)的臭氧(o3)水溶液，简称cp溶液(chemicalpolish)对绒面金字塔进行圆化。cp溶液刻蚀绒面金字塔的原理为：高浓度臭氧将硅氧化为氧化硅，hf对生成的氧化硅进行各向同性腐蚀、抛光及打磨金字塔，使绒面更平滑。在cp 后的绒面沉积的氢化非晶硅薄膜(i-a:si:h)质量更佳，钝化效果更显著。
5.在实际生产过程中，随着生产批次的增加，cp溶液中的hf和hcl会逐渐消耗，其浓度不断发生变化，药液稳定性较差，药液寿命逐渐变低，这些因素都会影响绒面金字塔的修饰效果，cp溶液配比的稳定性是控制绒面金字塔圆化度稳定的关键。
6.目前一般依靠技术人员的生产经验来对cp槽进行药液补加，以控制cp溶液的浓度，导致cp溶液的浓度不能精准控制，金字塔圆化程度不一，引起产线的波动。hf补加过少时会达不到反应刻蚀量，金字塔圆化度不足，影响非晶硅薄膜的沉积质量，少子寿命降低，电池效率下降；hf补加过多时则会破坏金字塔的结构，反射率增加，同样造成电池效率降低，同时还会增加氟离子的排放，增加生产成本。hcl的补加量不当时cp溶液的ph值会不稳定，导致臭氧浓度的不稳定，影响圆化效果，造成产线的波动，进而导致良率降低。
7.因此，控制绒面金字塔圆化程度的稳定性是提高hjt电池生产过程的稳定性、电池的良率和效率的关键。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题是提供一种异质结电池片圆化度的测试方法以及利用异质结电池片圆化度进行cp槽补液的方法，通过测量不同批次电池片制绒后的绒面的表面粗造度计算得到表征金字塔圆化度的定量参数y值，然后通过监控金字塔圆化度y值对cp药液进行定量补加，从而精准控制药液浓度，保持药液批次间的稳定性，使金字塔圆化度保持稳定，提高本征非晶硅薄膜(i-a:si:h)的沉积质量以及电池的效率和良率。
9.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
10.一种异质结电池片圆化度的测试方法，包括以下步骤：
11.s1.将硅片经过清洗槽制绒处理，制绒后的硅片表面形成金字塔状绒面，测定金字塔状绒面的表面粗糙度r0；
12.s2.将制绒后的硅片放置于盛有cp溶液的cp槽中，cp溶液对金字塔状绒面进行圆化处理，测定圆化后金字塔状绒面的表面粗糙度r1；
13.s3.利用圆化度公式计算金字塔状绒面的圆化度y1，圆化度公式为：y1＝(r
0-r1)/r0；
14.s4.重复步骤s1至s3，得到一系列圆化度。
15.进一步地，步骤s2中，cp溶液中hf的浓度为2-10％，hcl的浓度为0.5％-15％，臭氧的浓度为30-50ppm。
16.进一步地，测定所述金字塔绒面表面粗糙度的设备为共聚焦显微镜。
17.一种利用异质结电池片圆化度进行cp槽补液的方法，包括以下步骤：
18.步骤a.将多个批次的硅片依次经过相同的清洗槽和cp槽，其中每个批次的硅片包括多个硅片，从中抽选n个硅片，使用权利要求1-3任一项所述测试方法测试硅片的圆化度，并计算获得n个硅片的圆化度的平均值y’，平均值y’位于8～12％内时，不对cp槽进行补液，平均值y’不位于8～12％内时，对cp槽进行补液。
19.进一步地，在步骤a后还包括步骤b：
20.持续将多个批次的硅片依次经过相同的清洗槽和cp槽，直至抽选硅片的圆化度的平均值y”不位于8～12％之间，假设平均值y”不位于8～12％之间的硅片位于第n个批次，相邻的前一个批次为n-1个批次，第n-1个批次与第n个批次之间的cp槽的补液量为m1，然后重新依据步骤a，判断测试和计算获得硅片的圆化度的平均值是否位于8～12％内。
21.进一步地，当硅片的圆化度的平均值位于8～12％内时，多次重复步骤a，进行补液量m1 的稳定性验证试验，当硅片的圆化度的平均值仍位于8～12％内时，则第n-1个批次与第n个批次之间的cp槽的补液量为m1，同时继续完成测试第n个批次之后的第n 1批次硅片的圆化度的平均值。
22.进一步地，所述cp槽中的cp溶液中hf的浓度为2-10％，hcl的浓度为0.5-15％，臭氧的浓度为30-50ppm。
23.进一步地，当硅片的圆化度的平均值不位于8～12％内时，重新设定cp槽的补液量为m2，然后重新依据步骤a，判断测试和计算获得硅片的圆化度的平均值是否位于8～12％内。
24.测试cp清洗前绒面表面粗糙度r0，以hf浓度为2％-10％，hcl浓度为0.5％-15％，臭氧浓度为30-50ppm初配cp溶液，进行首批反应，反应时间为180s，反应温度为15℃。反应完成后测试cp后绒面表面粗糙度r1，利用公式y＝(r
0-r)/r0计算得到cp槽初配后首批绒面金字塔圆化值位于8％-20％之间，继续第二批反应，选取硅片测试经过第二次cp后的金字塔粗糙度，得到第二批金字塔圆化度。
25.第二批金字塔圆化度位于8％-20％内，可以不补加药液，进行下一批反应，不在预定范围内则要进行药液补加，反应后继续测试圆化度值。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.本发明根据圆化度值的反馈进行药液补加，使药液浓度在稳定范围内，从而使金
字塔圆化度在预定范围内，达到了对药液浓度精准控制的目的，提高了药液批次间的稳定性，使绒面金字塔圆化度稳定性得到控制，整体的非晶硅薄膜沉积质量更佳，电池的效率、良率、钝化效果更好。
具体实施方式
28.下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
29.实施例1：异质结电池片圆化度的测试方法
30.hjt电池一般采用高浓度臭氧溶液(hf，hcl，o3的混合液)对制绒后的金字塔形貌进行抛光圆化，其一般工艺流程为，以n型单晶硅作为衬底，对其进行抛光制绒，形成具有良好陷光结构的金字塔绒面，再对金字塔进行抛光圆化，为了克服现有技术下补液不精确导致的金字塔形貌圆化度不稳定，影响非晶硅薄膜钝化效果的技术问题，本方法利用绒面金字塔圆化度值来精准控制药液浓度。
31.采用n型硅片，完成抛光清洗和制绒，硅片的厚度为140μm，以hf浓度为3.57％和hcl 浓度为4.28％(hf:hcl＝1:1.2)，臭氧浓度为50ppm初配cp溶液，得到不同电池的圆化度，圆化度测试方法包括以下步骤：
32.s1.将厚度为140μm的硅片经过清洗槽制绒处理，制绒后的硅片表面形成金字塔状绒面，利用共聚焦显微镜测定金字塔状绒面的表面粗糙度r0；
33.s2.将制绒后的硅片放置于盛有cp溶液的cp槽中，cp溶液对金字塔状绒面进行圆化处理，测定圆化后金字塔状绒面的表面粗糙度r1；
34.s3.利用圆化度公式计算金字塔状绒面的圆化度y1，圆化度值通过表面粗糙度相对于未圆化处理表面粗糙度的相对降低百分数来定量表征，即圆化度公式为：y1＝(r
0-r1)/r0；
35.s4.重复步骤s1至s3，得到一系列圆化度。
36.依据现有工艺继续完成电池制备，测得不同电池的少子寿命，测试结果如表1所示：
[0037][0038]
表1
[0039]
通过表1可发现，不同的圆化度值对应不同的少子寿命，圆化度在8-20％之间时少子寿命在3000us左右，而圆化度在小于8％和大于20％时少子寿命下降幅度较大，因此本发明将决定是否补液的圆化度范围设定为8-20％。少子寿命为钝化效果的量化指标，少子寿命高，钝化效果较好。
[0040]
实施例2：利用异质结电池片圆化度进行cp槽补液的方法
[0041]
通常地，制绒设备为硅片清洗设备，包括多个并列设置的清洗槽，依据工艺需求，每一个清洗槽内盛有药液或纯水，还包括至少一个cp槽，槽内盛有cp溶液，硅片(通常情况下多个硅片承载在载具内)经过多个清洗槽以完成硅片的制绒。
[0042]
利用异质结电池片圆化度进行cp槽补液的方法包括以下步骤：
[0043]
步骤a.将多个批次的硅片依次经过相同的清洗槽和cp槽，其中每个批次的硅片包括多个硅片，从中抽选n个硅片，使用实施例1中的测试方法测试硅片的圆化度，并计算获得n 个硅片的圆化度的平均值y’(如表1所示)，平均值y’位于8～12％内时，不对cp槽进行补液，平均值y’不位于8～12％内时，对cp槽进行补液。
[0044]
步骤b.持续将多个批次的硅片依次经过相同的清洗槽和cp槽，直至抽选硅片的圆化度的平均值y”不位于8～12％之间，假设平均值y”不位于8～12％之间的硅片位于第n个批次，相邻的前一个批次为n-1个批次，第n-1个批次与第n个批次之间的cp槽的补液量为m1，然后重新依据步骤a，判断测试和计算获得硅片的圆化度的平均值是否位于8～12％内。
[0045]
当硅片的圆化度的平均值位于8～12％内时，多次重复步骤a，进行补液量m1的稳定性验证试验，当硅片的圆化度的平均值仍位于8～12％内时，则第n-1个批次与第n个批次之间的 cp槽的补液量为m1，之后继续完成测试第n个批次之后的第n 1批次硅片的圆化度的平均值。
[0046]
当硅片的圆化度的平均值不位于8～12％内时，重新设定cp槽的补液量为m2，然后重新依据步骤a，判断测试和计算获得硅片的圆化度的平均值是否位于8～12％内其中，每次圆化反应的反应时间为180s，反应温度为15℃。通过圆化度值确定批次与批次之间的补液量，控制圆化度波动范围在1％-2％。具体地：
[0047]
采用n型硅片，完成抛光清洗和制绒，硅片厚度为140μm
[0048]
以hf浓度为3.57％和hcl浓度为4.28％，臭氧浓度为50ppm初配cp溶液
[0049]
设定400片硅片(每100装载在一个载具内，四个载具同时进出一个清洗槽或cp槽)为一个批次，依次检测每个批次中的多片硅片进行圆化度检测。
[0050][0051]
表2
[0052]
从此表2可以得出第一批圆化度平均值y1、第二批圆化度平均值y2、第三批圆化度平均值y3等多批硅片圆化度的平均值，将圆化度平均值与范围值8-20％进行比较。圆化度平均值位于8-20％内时不用补液，圆化度小于8％时，需要补充适量药液。
[0053]
补充完成后，在溶液参数、设备参数相同的情况下，重复同样的圆化度测试试验。同样进行圆化度平均值与范围值的比较，然后再进行重复试验，直至圆化度平均值在8-20％内。若第一批次的试验结果没有出现圆化度不符合要求的数值，则继续多个批次的试验，直至出现硅片圆化度不符合要求时，在此基础上测试补液量。
[0054]
每一批次间的补液量如表3所示：
[0055] 原始试验组试验一试验二试验三
……
补液值补液量1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
y1补液量2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
y2补液量3
ꢀꢀꢀꢀꢀ
y3
……………………………………
[0056]
表3
[0057]
补液量1为第一批次与第二批次之间的补液量，补液量2为第二批次与第三批次之间的补液量，以此类推，第一次出现圆化度平均值不符合要求的批次假设为n批次，则设定n批次与n-1批次之间的补液量为m1，重复原始试验组(即试验一)，保持n-1批次前的试验条件不变，在n-1批次结束后添加补液量m1，测试圆化度平均值是否在范围内，若在则符合范围要求，多次重复试验一进行验证性试验，测试补液量m1的稳定性，若没有变化，则继续在试验一的基础上完成n 1批次的圆化度检测，若同样出现圆化度不符合要求的批次，参照n批次的补液方法。若不符合范围要求，则重复原始试验组(试验二)，保持n-1批次前的试验条件不变，在n-1批次结束后添加补液量m2，测试圆化度平均值是否在范围内，若符合范围要求，多次重复试验二进行验证性试验，测试补液量m2的稳定性，若没有变化，则继续在试验二的基础上完成n 1批次的圆化度检测，若同样出现圆化度不符合要求的批次，参照n批次的补液方法。若不符合范围要求，则重复原始试验组(试验三)
……
，循环上述步骤，直至尝试到符合要求的m值，能够使圆化度的指标在范围内。
[0058]
验证性试验：原始试验组至出现的n批次圆化度不符合要求范围值后，直接进行补液量的添加，然后再进行圆化度的测试进行验证，测得圆化度符合圆化度范围值的要求，若不符合则再进行增量或者减量的重复验证。
[0059]
经过上述方式，最终确定n个批次之间的补液量，如表4所示：mn表示第n批次与第n 1 批次之间的补液量。
[0060] 补液量第一批次m1第二批次m2第三批次m3…………
第n批次mn…………
[0061]
表4
[0062]
应用例
[0063]
太阳能电池的制备工艺包括多种，例如：异质结、topcon、perc等电池的制备工艺，清洗制绒是从硅片制成电池的必要步骤，因此，以异质结电池制备工艺为例，来说明通过圆化度y来建立的补液系统可以得到圆化度稳定的绒面金字塔，经测试以该方法制得的电池的平均效率有0.1-0.2％的提升。
[0064]
异质结电池的主要制备工艺为：清洗制绒
→
pevcd镀膜
→
pvd镀膜
→
丝网印刷。
[0065]
试验一：以确定的补液量(如表4所示)，按批次补充药液，完成硅片的清洗制绒，及
后续工艺流程，测定电池的效率。
[0066]
试验二：在确定补液量的过程中，圆化度满足指标前的上一次试验中的补液量(如表5 所示)，按批次补充药液，其他条件相同，完成硅片的清洗制绒，及后续工艺流程，测定电池的效率。
[0067]
批次上一试验的补液量第一批次w1第二批次w2第三批次w3…………
第n批次wn…………
[0068]
表5
[0069]
通过圆化度值建立的稳定的补液体系，得到圆化度稳定的绒面金字塔，平均效率提高 0.1％-0.2％。
[0070]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。