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CN101423942A - 一种制备单晶硅绒面的碱腐蚀溶液及方法 - Google Patents

一种制备单晶硅绒面的碱腐蚀溶液及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于制造单晶硅太阳能电池领域，公开了一种制备单晶硅绒面的碱腐蚀溶液及方法。该溶液为碱溶液、异丙醇和Na2SiO3的混合液，其结构特点是还含有重量百分比为0.02‰～0.1‰的Pb(NO3)2或Pb；碱溶液的重量百分比为1％～3.5％，异丙醇的重量百分比为5％～7％，Na2SiO3的重量百分比为0.2％～2％。该方法为将单晶硅片浸泡在该碱腐蚀溶液中进行腐蚀反应，反应时间为20～30分钟，碱腐蚀溶液的温度为75～85℃。本发明具有使单晶硅片表面反射率降低、制备的绒面金字塔细密、成本低、操作简单、稳定有效制备单晶硅绒面的优点。

Description

一种制备单晶硅绒面的碱腐蚀溶液及方法
技术领域
本发明属于制造单晶硅太阳能电池领域，涉及一种制备单晶硅绒面的碱腐蚀溶液及方法。
背景技术
自从太阳能电池问世以来，至目前为止整个市场仍以单晶硅太阳能电池为主导，提高单晶硅片绒面制备稳定性和将单晶硅片绒面金字塔制备成纳米级一直是该领域技术人员努力追求的目标之一。提高单晶硅片绒面制备稳定性可以减少溶液配制频率，大大提供生产效率；缩小单晶硅绒面金字塔的体积可以杜绝太阳能电池生产过程中的许多隐患。因此，在单晶硅太阳能电池领域中，怎样稳定、有效地制备绒面是一个非常热门的课题。
所谓的绒面就是指存在于物体表面上的一系列有规则或无规则的高低不同和大小不同的表面形状。由于绒面的存在，物体表面的反射率就会大大降低。换句话说，物体表面的绒面可增加光的吸收。因此，绒面技术被广泛应用在太阳能电池领域。
单晶硅片绒面制备技术虽然开发得较早，传统工艺可以投入批量生产，但在传统工艺中，碱腐蚀制备单晶硅片绒面时，对碱溶液浓度、温度、腐蚀时间、异丙醇添加量、Na2SiO3添加量等一系列相关工艺参数要求控制的非常精确，否则会造成制绒过程的极不稳定，以及更换溶液频率和绒面制备返工率的上升，浪费不必要的财物和时间；并且制备的绒面不均匀就会加大光的反射，最终影响太阳能电池片的转化效率。
随着工艺的不断改进，硅片减薄工艺已被绒面过程所取代，传统工艺要保证绒面制备过程中损伤层去除彻底，又相对减小绒面金字塔的体积是几乎不可能的；而金字塔体积相对较大，会提高电池片生产过程的碎片发生率，同时不同角度的光反射也会上升，最终影响太阳能电池片的转化效率。
此外，现有采用线切割的方法由硅棒切割而成的单晶硅片厚度一般在200微米以下，这种单晶硅片应该是干净的，没有任何有机物质污染。在切割硅棒过程中，单晶硅片表面与碳化硅微粒和钢丝剧烈摩擦，在单晶硅片的表面生成了一层厚度不均匀的损伤层，这层损伤层是半导体电子和空穴的复合源。所以在太阳能电池生产过程中，首先要把这层损伤层清除干净，清除这层损伤层的传统工艺是采用碱溶液腐蚀单晶硅片。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使单晶硅片表面反射率降低、制备的绒面金字塔细密、成本低、操作简单、稳定有效制备单晶硅绒面的碱腐蚀溶液及方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该溶液为碱溶液、异丙醇和Na2SiO3的混合液，其结构特点是还含有重量百分比为0.02‰～0.1‰的Pb(NO3)2或Pb。
所述碱溶液的重量百分比为1％～3.5％，异丙醇的重量百分比为5％～7％，Na2SiO3的重量百分比为0.2％～2％。
所述的碱溶液为NaOH或KOH溶液。
该方法为将单晶硅片浸泡在该碱腐蚀溶液中进行腐蚀反应，反应时间为20～30分钟，碱腐蚀溶液的温度为75～85℃。
所述的单晶硅片经过碱腐蚀溶液腐蚀后，表面形成大小为0.5～1.5微米的绒面。
被腐蚀的单晶硅片厚度为5～20微米。
该单晶硅片绒面是在对损伤层的清洗过程中完成的。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1、该碱腐蚀溶液中添加适量的化学添加剂Pb(NO3)2或单质Pb，单晶硅片浸泡在该溶液中，不仅可以形成均匀的绒面，降低制绒后反射率和提高太阳能电池转化效率，且制备的绒面金字塔大小比传统工艺制备的绒面金字塔大小要小10倍以上，同时一槽溶液制备单晶硅片绒面的数量比传统工艺制备的数量可以提高3倍以上，制绒过程非常稳定；2、该碱腐蚀溶液所添加的Pb(NO3)2或单质Pb用量少，市场上普遍供应、价格便宜、制造成本上升极小，几乎可以忽略；3、该碱腐蚀溶液配制的工艺参数控制范围很广，不需控制地非常精确，这样制备绒面时就非常稳定；4、该制备方法不需要特殊的制绒过程，也不需要添加额外的生产设备，损伤层的清洗过程就是制绒过程，具有操作简单和成本低的优点。
附图说明
图1为传统工艺制备的单晶硅片绒面的扫描图。
图2为本发明制备的单晶硅片绒面的扫描图。
图3为本发明制备的单晶硅片绒面与传统工艺制备的单晶硅片绒面的反射率比较图。
图4为采用本发明制备的单晶硅片太阳能电池的量子效应及反射率图。
具体实施方式
该溶液由碱溶液、异丙醇、Na2SiO3以及Pb(NO3)2或Pb组成，其中碱溶液的重量百分比为1％～3.5％，异丙醇的重量百分比为5％～7％，Na2SiO3的重量百分比为0.2％～2％，Pb(NO3)2或Pb的重量百分比为0.02‰～0.1‰。碱溶液为NaOH或KOH溶液，且碱溶液的浓度与配制传统碱腐蚀溶液时所用的碱溶液相同。
该制备方法为将单晶硅片浸泡在上述碱腐蚀溶液中进行腐蚀反应，反应时间为20～30分钟，碱腐蚀溶液的温度为75～85℃。单晶硅片经过碱腐蚀溶液腐蚀后，被腐蚀的厚度为5～20微米，表面形成大小为0.5～1.5微米的绒面。单晶硅片绒面是在对损伤层的清洗过程中完成的。
本发明所用的单晶硅片一般是P型单晶硅片，还适用于N型单晶硅片或者其它半导体材料。
参见图1～图4，与传统工艺相比，本发明所制备出来的单晶硅片绒面明显更为细密，反射率有所降低。
实施例1：
本实施例中NaOH溶液的重量百分比为2％，异丙醇的重量百分比为6％，Na2SiO3的重量百分比为0.5％，Pb(NO3)2的重量百分比为0.05‰。该碱腐蚀溶液温度为80℃，单晶硅片的碱腐蚀时间为20分钟，制备的绒面金字塔大小测量结果为0.9μm。
实施例2：
本实施例中NaOH溶液的重量百分比为3％，异丙醇的重量百分比为5％，Na2SiO3的重量百分比为1％，Pb(NO3)2的重量百分比为0.02‰。该碱腐蚀溶液温度为85℃，单晶硅片的碱腐蚀时间为28分钟，制备的绒面金字塔大小测量结果为1.5μm。
实施例3：
本实施例中NaOH溶液的重量百分比为1.5％，异丙醇的重量百分比为7％，Na2SiO3的重量百分比为0.2％，Pb(NO3)2的重量百分比为0.1‰。该碱腐蚀溶液温度为82℃，单晶硅片的碱腐蚀时间为25分钟，制备的绒面金字塔大小测量结果为0.7μm。
以上实施例中NaOH溶液可以用同量的KOH溶液代替，Pb(NO3)2可以用同量的Pb代替。

Claims (7)

1、一种制备单晶硅片绒面的碱腐蚀溶液，该溶液为碱溶液、异丙醇和Na2SiO3的混合液，其特征是：还含有重量百分比为0.02‰～0.1‰的Pb(NO3)2或Pb。
2、根据权利要求1所述的制备单晶硅片绒面的碱腐蚀溶液，其特征是：所述碱溶液的重量百分比为1％～3.5％，异丙醇的重量百分比为5％～7％，Na2SiO3的重量百分比为0.2％～2％。
3、根据权利要求1或2所述的制备单晶硅片绒面的碱腐蚀溶液，其特征是：所述的碱溶液为NaOH或KOH溶液。
4、一种使用权利要求1所述碱腐蚀溶液的制备单晶硅片绒面的方法，其特征是：将单晶硅片浸泡在该碱腐蚀溶液中进行腐蚀反应，反应时间为20～30分钟，碱腐蚀溶液的温度为75～85℃。
5、根据权利要求4所述的制备单晶硅片绒面的方法，其特征是：所述的单晶硅片经过碱腐蚀溶液腐蚀后，表面形成大小为0.5～1.5微米的绒面。
6、根据权利要求4所述的制备单晶硅片绒面的方法，其特征是：被腐蚀的单晶硅片厚度为5～20微米。
7、根据权利要求4所述的制备单晶硅片绒面的方法，其特征是：该单晶硅片绒面是在对损伤层的清洗过程中完成的。
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