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CN104393094B - 一种用于hit电池的n型硅片清洗制绒方法 - Google Patents

一种用于hit电池的n型硅片清洗制绒方法 Download PDF

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刘文峰
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Abstract

本发明涉及一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，它包括以下步骤：(1)采用I号清洗液预清洗,然后去离子水冲洗；(2)高浓度碱性液中反应去除损伤层,然后去离子水冲洗；(3)各向异性腐蚀液中进行制绒,然后去离子水冲洗；(4)RCA清洗,然后去离子水冲洗；(5)HF酸溶液中浸渍去除自然氧化层,然后去离子水冲洗N2吹干。该方法能够更有效的去除硅片表面损伤层，减少表面污染，增大硅片表面金字塔的尺寸，最终得到表面质量较好的N型硅片，在后续的a‑Si:H钝化中能得到较好的钝化效果，从而有效的提高HIT电池的效率。

Description

一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法
技术领域
本发明涉及N型硅片的清洗制绒方法，具体涉及一种用于HIT电池的N型硅片的清洗制绒方法。
背景技术
HIT太阳电池作为一种高效电池，既利用了低温的薄膜沉积工艺，又发挥了晶体硅高迁移率的优势，同时制备工艺简单，其中晶体硅部分一般为N型硅片，它具有开路电压高、转换效率高等特点。一方面，HIT电池在结构与制作工艺上与传统的晶硅太阳电池完全不同，现有的工艺过程在HIT电池上已基本不适用；但另一方面，其能在薄片化的同时保证较高的效率(国际最高效率已达25.6％)，应用前景非常广阔，是未来电池发展的主要方向之一。
磷掺杂的N型硅片是制造HIT电池的主要衬底材料，在用于制造HIT电池具有更高的转换效率。在制造太阳电池时，一般在硅片表面形成绒面结构可以降低电池表面的反射率，提高短路电流Isc，而且还可以在电池的内部形成光陷阱，从而显著地提高太阳电池的转换效率。因此，优化硅片表面的减反射绒面是提高太阳电池转换效率的基础。对于单晶硅制绒来说，技术已较为成熟，普遍采用碱表面制绒技术已能取得较好的减反射效果。而对用于HIT电池的N型单晶硅片，由于其表面的界面态对太阳电池性能影响较大，与传统晶硅太阳电池相比需去除更多的表面损伤层，需要单面损伤层去除达15μm以上，以降低硅片表面的界面态密度，减少对载流子的复合，而现阶段传统P型单晶硅制绒损伤层只需去除3～5μm即可；另一方面由于HIT电池pn结是通过沉积a-Si:H以获得，与传统的扩散制结不同，对硅片表面洁净度要求更高，需要尽可能减少表面污染，与传统晶硅电池清洗过程相比，需要更高要求的清洗工艺；同时，为更有利于a-Si:H的沉积及钝化效果，还需要尽可能增大硅片表面金字塔的尺寸。因此，需要一种满足上述要求新的适用于HIT电池的N型硅片清洗制绒工艺。而目前来说，对用于HIT电池的N型清洗制绒工艺还未成熟，现存的清洗制绒工艺过程很难满足HIT电池的要求。因此，如何提供一种有效较优的用于HIT电池N型硅片清洗制绒工艺已成为HIT电池制备亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是提供一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，该方法能够更有效的去除硅片表面损伤层，减少表面污染，增大硅片表面金字塔的尺寸，最终得到表面质量较好的N型硅片，在后续的a-Si:H钝化中能得到较好的钝化效果，从而有效的提高HIT电池的效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，依次包括以下步骤：
(1)预清洗：采用I号清洗液对N型硅片进行预清洗去除有机物和颗粒，清洗温度为70℃～85℃，清洗时间为5min～10min；其中I号清洗液为NH4OH、H2O2和H2O的混合液，其NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:(1～2.5):(4～7)；预清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(2)损伤层去除：将N型硅片在高浓度碱性液中浸渍5min～10min去除损伤层，使得损伤层单面去除为18μm-22μm；所述高浓度碱性液为质量浓度为15％～20％的KOH溶液；完成损伤层去除后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(3)制绒：将N型硅片置入各向异性腐蚀液中进行制绒25min～35min，使得N型硅片表面形成尺寸为5μm～12μm的金字塔结构的绒面，从而降低硅片表面反射率；所述各向异性腐蚀液为KOH与异丙醇的混合液，混合液中KOH的质量浓度为1.5％～3％、异丙醇的体积浓度为5％～10％，所述混合液的温度为70℃～80℃；制绒完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(4)RCA清洗：用I号清洗液和II号清洗液分别清洗N型硅片5min～10min，进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质，以减少硅片表面的污染，其中I号清洗液成分如步骤(1)所述，II号清洗液为HCL、H2O2和H2O的混合液，其HCL、H2O2与H2O的体积比1:(1～2.5):(4～7)，I号清洗液和II号清洗液的清洗温度均为70℃～85℃；RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(5)自然氧化层去除：将N型硅片在HF酸溶液中浸渍10s～20s，以去除硅片表面的自然氧化层，HF酸溶液的体积浓度为1％～3％；自然氧化层去除完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗，N2吹干。
优选，步骤(1)中所述I号清洗液中NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:1:5。
优选，步骤(3)中所述金字塔结构的尺寸为8～10μm。所述金字塔结构的尺寸是指金字塔俯视形貌对角线长度。
优选，步骤(3)中所述硅片表面反射率降低至12％以下。
优选，步骤(4)中所述II号清洗液中HCL、H2O2与H2O的体积比为1:1:5。
与现有技术相比，本发明的优势在于:
采用本发明的方法对用于HIT电池的N型硅片进行清洗制绒，硅片损伤层双面共去除40μm左右，硅片表面机械损伤层已完全去除；优化了硅片表面金字塔绒面结构，硅片表面金字塔尺寸8μm以上，提高了硅片表面的洁净质量的同时降低硅片表面反射率至12％以下；经RCA清洗工艺、HF完全去除硅片表面损伤层后，获得高质量的硅片表面，双面沉积a-Si:H后，得到很好的钝化效果，少子寿命达400μs以上(体少子寿命<1ms)，N型硅片表面复合速率<100cm/s。
附图说明
图1是用于HIT电池的N型硅片清洗制绒工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1
步骤1：预清洗
将用于HIT电池的N型硅片置入NH4OH、H2O2、H2O的混合液，体积比为1:1:5，温度70℃下预清洗5～10min，并对溶液进行持续鼓泡，完成后将硅片取出用去离子水冲洗。
步骤2：损伤层去除
硅片经预清洗后，将其置入15％KOH溶液中，刻蚀5～10min，去除硅片表面的损伤层，使得损伤层单面去除为18μm；完成后取出用去离子水冲洗干净。
步骤3：制绒
损伤层去除后，需进行硅片表面制绒过程，制绒采用KOH、异丙醇体系，将硅片置入1.5％KOH、5％IPA，温度70℃的混合液中反应25～35min。得到表面金字塔尺寸为8μm，表面反射率12％以下的硅片，制绒完成后取出用去离子水冲洗。
步骤4：RCA清洗
硅片制绒完成后将硅片进行后续的清洗过程，清洗采用RCA清洗工艺过程，将硅片分别置入I号清洗液NH4OH、H2O2、H2O，体积比为1:1:5，温度在70～85℃，II号清洗液HCL、H2O2、H2O，体积比1:1:5，温度在75℃中清洗5～10min，清洗完成后将硅片用去离子水冲洗干净。
步骤5：自然氧化层去除
在HIT电池用N型硅片进行a-Si:H钝化前，需要对RCA清洗后的硅片进行表面自然氧化层的去除，以进一步提高硅片表面的质量，将硅片置入1.5％HF溶液中浸渍20s，硅片表面成疏水性后，将硅片取出用去离子水冲洗干净后吹干以待使用。
经以上处理方法所制得的N型硅片损伤层双面共去除约36μm，硅片表面金字塔尺寸8μm左右，硅片表面反射率至12％以下，双面沉积a-Si:H后，得到很好的钝化效果，少子寿命达400μs以上(体少子寿命<1ms)，N型硅片表面复合速率<100cm/s。
实施例2
步骤1：预清洗
将用于HIT电池的N型硅片置入NH4OH、H2O2、H2O的混合液，体积比为1:1:5，温度85℃下预清洗5～10min，并对溶液进行持续鼓泡，完成后将硅片取出用去离子水冲洗。
步骤2：损伤层去除
硅片经预清洗后，将其置入20％KOH溶液中，刻蚀5～10min，去除硅片表面的损伤层，使得损伤层单面去除为22μm；完成后取出用去离子水冲洗干净。
步骤3：制绒
损伤层去除后，需进行硅片表面制绒过程，制绒采用KOH、异丙醇体系，将硅片置入3％KOH、10％IPA，温度80℃的混合液中反应25～35min。得到表面金字塔尺寸为10μm，表面反射率12％以下的硅片，制绒完成后取出用去离子水冲洗。
步骤4：RCA清洗
硅片制绒完成后将硅片进行后续的清洗过程，清洗采用RCA清洗工艺过程，将硅片分别置入I号清洗液NH4OH、H2O2、H2O，体积比为1:2:6，温度在70～85℃，II号清洗液HCL、H2O2、H2O，体积比1:2:6，温度在70～85℃中清洗5～10min，清洗完成后将硅片用去离子水冲洗干净。
步骤5：自然氧化层去除
在HIT电池用N型硅片进行a-Si:H钝化前，需要对RCA清洗后的硅片进行表面自然氧化层的去除，以进一步提高硅片表面的质量，将硅片置入3％HF溶液中浸渍15s，硅片表面成疏水性后，将硅片取出用去离子水冲洗干净后吹干以待使用。
经以上处理方法所制得的N型硅片损伤层双面共去除约44μm，硅片表面金字塔尺寸约10μm，硅片表面反射率至12％左右，双面沉积a-Si:H后，得到很好的钝化效果，少子寿命达400μs(体少子寿命<1ms)，N型硅片表面复合速率<100cm/s。

Claims (5)

1.一种用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，其特征是，依次包括以下步骤：
(1)预清洗：采用I号清洗液对N型硅片进行预清洗去除有机物和颗粒，清洗温度为70℃～85℃，清洗时间为5min～10min；其中I号清洗液为NH4OH、H2O2和H2O的混合液，其NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:(1～2.5):(4～7)；预清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(2)损伤层去除：将N型硅片在高浓度碱性液中浸渍5min～10min去除损伤层，使得损伤层单面去除为18μm-22μm；所述高浓度碱性液为质量浓度为15％～20％的KOH溶液；完成损伤层去除后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(3)制绒：将N型硅片置入各向异性腐蚀液中进行制绒25min～35min，使得N型硅片表面形成尺寸为5μm～12μm的金字塔结构的绒面，从而降低硅片表面反射率；所述各向异性腐蚀液为KOH与异丙醇的混合液，混合液中KOH的质量浓度为1.5％～3％、异丙醇的体积浓度为5％～10％，所述混合液的温度为70℃～80℃；制绒完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(4)RCA清洗：用I号清洗液和II号清洗液分别清洗N型硅片5min～10min，进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质，以减少硅片表面的污染，其中I号清洗液成分如步骤(1)所述，II号清洗液为HCL、H2O2和H2O的混合液，其HCL、H2O2与H2O的体积比1:(1～2.5):(4～7)，I号清洗液和II号清洗液的清洗温度均为70℃～85℃；RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗；
(5)自然氧化层去除：将N型硅片在HF酸溶液中浸渍10s～20s，以去除硅片表面的自然氧化层，HF酸溶液的体积浓度为1％～3％；自然氧化层去除完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗，N2吹干。
2.根据权利要求1所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，其特征是，步骤(1)中所述I号清洗液中NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:1:5。
3.根据权利要求1或2所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，其特征是，步骤(3)中所述金字塔结构的尺寸为8～10μm。
4.根据权利要求1或2所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，其特征是，步骤(3)中所述硅片表面反射率降低至12％以下。
5.根据权利要求1或2所述用于HIT电池的N型硅片清洗制绒方法，其特征是，步骤(4)中所述II号清洗液中HCL、H2O2与H2O的体积比为1:1:5。
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