單晶硅片的拋光方法、太陽能電池片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單晶硅片的拋光方法、太陽能電池片及其制作方法。該拋光方法為將制絨后的單晶硅片的用于制作背場(chǎng)的背面置于拋光液中、正面置于拋光液外進(jìn)行化學(xué)拋光。通過對(duì)背面絨面結(jié)構(gòu)拋光增加了硅片電池背場(chǎng)的平整度，增加了太陽光譜中長波段光在單晶硅背面的反射；減小了硅片背面的絨面面積和硅片背面的表面缺陷態(tài)密度以及背面光生載流子的復(fù)合速率，使經(jīng)過硅片的光更多地反射回硅片內(nèi)部，增加了激發(fā)電子-空穴對(duì)的幾率，提高了太陽能電池的開路電壓、短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率，降低了制作成本。通過調(diào)整優(yōu)化拋光工藝提高了長波段太陽光的反射率，使長波長的光進(jìn)一步反射回硅片內(nèi)部增加了被吸收的可能性，提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】單晶硅片的拋光方法、太陽能電池片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種單晶硅片的拋光方法、太陽能電池片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著市場(chǎng)競(jìng)爭日益激烈，高效太陽能電池的設(shè)計(jì)與研發(fā)成為目前研究發(fā)展的主要方向。目前一般N型單晶硅太陽能電池的制作流程包括硅片制絨、P擴(kuò)散、濕法刻蝕、B擴(kuò)散、等離子刻蝕、濕化學(xué)、減反射膜沉積以及絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等步驟。N型單晶硅的背面是利用P擴(kuò)散作為太陽能電池的背場(chǎng)，因此，如何對(duì)N型單晶硅電池的背面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整是提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的一種重要途徑。
[0003]目前單晶制絨主要為槽式制絨，即將單晶硅置于制絨槽內(nèi)浸泡一定的時(shí)間，制絨后在單晶硅片的正反兩面都形成了“金字塔”絨面，而作為太陽能電池背場(chǎng)的一面則要求硅片表面平整，這樣可以增加太陽光譜中長波段光譜在N型單晶硅背面的反射，使得長波段的太陽光反射回硅片內(nèi)部，有利于增加長波段太陽光的吸收和轉(zhuǎn)換，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。因此，拋光工藝在制作太陽能電池的研發(fā)和應(yīng)用中起著重要的作用。
[0004]目前對(duì)硅片的拋光一般是對(duì)切割后的硅片采用酸堿腐蝕減薄然后納米研磨拋光和有臘拋光的工藝路線。而對(duì)于制絨后的拋光方法一般為機(jī)械拋光，而機(jī)械拋光不利于太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)， 同時(shí)還增加了生產(chǎn)成本。因此，如何在降低成本的前提下對(duì)制絨后的硅片進(jìn)行平整化處理，進(jìn)而增加硅片表面對(duì)太陽光的反射率，成為目前研究的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種單晶硅片的拋光方法、太陽能電池片及其制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)制絨后的硅片機(jī)械拋光增加成本以及不能夠大規(guī)模生產(chǎn)所帶來的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種單晶硅片的拋光方法，將制絨后的單晶硅片的用于制作背場(chǎng)的背面置于拋光液中、正面置于拋光液外進(jìn)行化學(xué)拋光。
[0007]進(jìn)一步地，拋光液為硝酸和氫氟酸的混合液。
[0008]進(jìn)一步地，拋光液中硝酸和氫氟酸的體積比為10:1~15:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為55~75%，氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為30~50%，拋光時(shí)間為3.77~5.48分鐘。
[0009]進(jìn)一步地，拋光液中硝酸和氫氟酸的體積比為12:1~14:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為60~70%，氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為35~45%，拋光時(shí)間為4.12~5.02分鐘。
[0010]進(jìn)一步地，拋光液中硝酸和氫氟酸的體積比為13:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為65%,氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為40%,拋光時(shí)間為4.54分鐘。
[0011]進(jìn)一步地，硝酸的自動(dòng)補(bǔ)液量為0.2~0.6L/100片，氫氟酸的自動(dòng)補(bǔ)液量為
0.1 ~0.3L/100 片。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種太陽能電池片的制作方法，包括對(duì)單晶硅片拋光的步驟，拋光步驟采用上述任一種拋光方法實(shí)施。[0013]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種太陽能電池片，該太陽能電池片采用上述任一種制作方法制作而成。[0014]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，將制絨后的單晶硅片用于制作背場(chǎng)的背面置于拋光液中、正面置于拋光液外并保持一段時(shí)間，通過對(duì)背面的絨面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拋光從而使得硅片上太陽能電池背場(chǎng)比較平整，增加了太陽光譜中長波段光譜在單晶硅背面的反射；同時(shí)由于減小了硅片背面的絨面面積，進(jìn)而減小了硅片背面的表面缺陷態(tài)密度以及背面光生載流子的復(fù)合速率，使經(jīng)過硅片的光更多地反射回硅片內(nèi)部增加激發(fā)電子-空穴對(duì)的幾率，在此基礎(chǔ)上提聞了以該娃片制作的太陽能電池的開路電壓和短路電流，進(jìn)而提聞了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低了電池單元的制作成本?？梢姡景l(fā)明通過調(diào)整并優(yōu)化單晶硅背場(chǎng)的拋光工藝進(jìn)而提高了長波段太陽光的反射率，使長波長的光進(jìn)一步反射回硅片內(nèi)部增加被吸收的可能性，從而提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0015]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:[0016]圖1示出了采用本發(fā)明的拋光工藝和非拋光工藝的硅片制作的太陽能電池的內(nèi)量子效率(IQE)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0017]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。[0018]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)制絨后的單晶硅片采用機(jī)械拋光造成的成本高以及無法大規(guī)模生產(chǎn)的問題，本發(fā)明提供了一種單晶硅片的拋光方法，將制絨后的單晶硅片的用于制作背場(chǎng)的背面置于拋光液中、正面置于拋光液外進(jìn)行化學(xué)拋光。[0019]將制絨后的單晶硅片用于制作背場(chǎng)的背面置于拋光液中、正面置于拋光液外并保持一段時(shí)間，通過對(duì)背面的絨面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拋光從而使得硅片上太陽能電池背場(chǎng)比較平整，增加了太陽光譜中長波段光譜在單晶硅背面的反射；同時(shí)由于減小了硅片背面的絨面面積，進(jìn)而減小了硅片背面的表面缺陷態(tài)密度以及背面光生載流子的復(fù)合速率，使經(jīng)過硅片的光更多地反射回硅片內(nèi)部增加激發(fā)電子-空穴對(duì)的幾率，在此基礎(chǔ)上提高了以該硅片制作的太陽能電池的開路電壓和短路電流，進(jìn)而提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低了電池單元的制作成本?？梢?，本發(fā)明通過調(diào)整并優(yōu)化單晶硅背場(chǎng)的拋光工藝進(jìn)而提高了長波段太陽光的反射率，使長波長的光進(jìn)一步反射回硅片內(nèi)部增加被吸收的可能性，從而提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。[0020]拋光液是指對(duì)硅片制絨后的絨面產(chǎn)生一定腐蝕性的液體，通過將硅片的正面置于拋光藥液之外保證了僅對(duì)硅片用于制作背場(chǎng)的背面進(jìn)行拋光，保留了硅片正面完整的絨面結(jié)構(gòu)。其中所采用的硅片可以為單晶硅硅片和類單晶硅硅片，在制絨后，硅片正面的非(100)晶面的部分不再發(fā)光，減小了與(100)晶面的差別，使得硅片在各個(gè)位置對(duì)光的反射效果一致，改善了以該硅片制作的太陽能電池的工作性能。但是經(jīng)制絨后的硅片在正反兩面都形成了“金字塔”絨面，本發(fā)明采用拋光液腐蝕的方式使得作為太陽能電池背場(chǎng)的背面受腐蝕進(jìn)而達(dá)到表面平整的目的，從而增加太陽光譜中長波段光譜在N型單晶硅背面的反射，使得長波段的太陽光反射回硅片內(nèi)部，增加長波段太陽光的吸收和轉(zhuǎn)換，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0021]酸性腐蝕是各向同性腐蝕，采用酸性溶液能夠使制絨后的“金字塔”結(jié)構(gòu)絨面變得平整。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，拋光液為硝酸和氫氟酸的混合液。將制絨后的娃片背面在硝酸和氫氟酸的混合液中保持一定時(shí)間后，得到了外觀平整、一致性好且色差較小、反射率高的拋光面，提高了硅片對(duì)光的吸收率和電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為了得到更好的拋光面，較大程度地提高了硅片對(duì)光的吸收率，需要對(duì)硝酸和氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度、體積混合比例以及拋光時(shí)間進(jìn)行調(diào)配和選擇。優(yōu)選地，拋光液中硝酸和氫氟酸的體積比為10:1~15:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為55~75%，氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為30~50%，拋光的時(shí)間為3.77~5.48分鐘。當(dāng)采用上述濃度范圍和體積比的硝酸和氫氟酸的混合物時(shí)，則需要將拋光時(shí)間限定在上述范圍內(nèi)，如果拋光時(shí)間低于3.77分鐘，會(huì)因腐蝕時(shí)間過短而降低拋光面的平整度，如果腐蝕時(shí)間多于5.48分鐘，則會(huì)因腐蝕時(shí)間過長破壞硅片表面的絨面結(jié)構(gòu)。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選地，拋光液中硝酸和氫氟酸的體積比為12:1~14:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為60~70%，氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為35~45%，拋光時(shí)間為4.12~5.02分鐘。最優(yōu)選地，拋光液中硝酸和氫氟酸的體積比為13:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為65%，氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為40%，拋光時(shí)間為4.54分鐘。
[0023]一般采用鏈?zhǔn)剿岣g液進(jìn)行拋光，在拋光過程中隨著時(shí)間的延長，硝酸和氫氟酸均會(huì)有一定量的消耗，其濃度也在發(fā)生改變，為了保證拋光效果，需要將硝酸和氫氟酸的混合液控制在一定的濃度范圍內(nèi)，因此，對(duì)硝酸和氫氟酸進(jìn)行補(bǔ)液是一種有效的方式。其中補(bǔ)液量的大小根據(jù)娃片腐 蝕質(zhì)量來衡量，稱之為自動(dòng)補(bǔ)液量。優(yōu)選地，硝酸的自動(dòng)補(bǔ)液量為
0.2~0.6L/100片，氫氟酸的自動(dòng)補(bǔ)液量為0.1~0.3L/100片。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種太陽能電池片的制作方法，包括對(duì)單晶硅片拋光的步驟，其中拋光步驟采用上述任一種拋光方法實(shí)施。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種太陽能電池片，該太陽能電池片采用上述的制作方法制作而成。采用上述制作方法得到的太陽能電池片，背面比較平整，相對(duì)地減少了太陽能電池片背面的絨面面積，增加了太陽光譜中長波段光譜在單晶硅背面的反射，由于拋光后硅片背面的缺陷較少，對(duì)光的反射率較高，使得更多的光由背面反射回電池片內(nèi)部進(jìn)而增加了激發(fā)電子-空穴對(duì)的幾率，在此基礎(chǔ)上太陽能電池片的開路電壓和短路電流得到提聞，進(jìn)而提聞電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0026]下面將結(jié)合具體實(shí)施例和對(duì)比例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果。
[0027]實(shí)施例1
[0028]對(duì)156X 156的N型單晶娃片進(jìn)行表面預(yù)處理,之后置于盛有氫氧化鈉溶液(質(zhì)量百分比濃度為5%)的槽式制絨設(shè)備中，在75°C下保持480s后取出，得到堿制絨后的硅片。
[0029]將制絨后的娃片置于盛有拋光液的鏈?zhǔn)街平q設(shè)備中，該拋光液為HNO3和HF的混合液，其中HNO3與HF的體積比為HNO3:HF=13:1，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為65%，氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為40%。利用輥輪控制硅片漂浮在的上述硝酸與氫氟酸混合的拋光液中，且硅片的正面置于拋光液外，硅片的背面置于拋光液中，在12°C下保持60s，得到拋光后硅片。
[0030]實(shí)施例2~7
[0031]其操作步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于HNO3與HF的質(zhì)量百分比濃度、體積比以及拋光時(shí)間，具體見表1。
[0032]實(shí)施例8~9
[0033]實(shí)施例7和實(shí)施例8的操作步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于實(shí)施例8中僅采用HNO3作為拋光液，實(shí)施例9中僅采用HF的作為拋光液。
[0034]對(duì)比例I
[0035]對(duì)比例I中未采用拋光液進(jìn)行拋光，而是直接將制絨后的硅片水洗后擴(kuò)散制結(jié)。
[0036]實(shí)施例1至9以及對(duì)比例I的具體參數(shù)條件見表1。
[0037]表1
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種單晶硅片的拋光方法，其特征在于，將制絨后的所述單晶硅片的用于制作背場(chǎng)的背面置于拋光液中、正面置于所述拋光液外進(jìn)行化學(xué)拋光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述拋光液為硝酸和氫氟酸的混合液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光方法，其特征在于，所述拋光液中所述硝酸和所述氫氟酸的體積比為10:1~15:1，所述硝酸的質(zhì)量百分比濃度為55~75%，所述氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為30~50%，拋光時(shí)間為3.77~5.48分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拋光方法，其特征在于，所述拋光液中所述硝酸和所述氫氟酸的體積比為12:1~14:1，所述硝酸的質(zhì)量百分比濃度為60~70%，所述氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為35~45%，拋光時(shí)間為4.12~5.02分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拋光方法，其特征在于，所述拋光液中所述硝酸和所述氫氟酸的體積比為13:1，所述硝酸的質(zhì)量百分比濃度為65%，所述氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為40%，拋光時(shí)間為4.54分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光方法，其特征在于，所述硝酸的自動(dòng)補(bǔ)液量為0.2~0.6L/100片，所述氫氟酸的自動(dòng)補(bǔ)液量為0.1~0.3L/100片。
7.一種太陽能電池片的制作方法，包括對(duì)單晶硅片拋光的步驟，其特征在于，所述拋光步驟采用權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的拋光方法實(shí)施。
8.一種太陽能電池片，其特征在于，所述太陽能電池片采用權(quán)利要求7所述的制作方法制作而成。`
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103603055SQ201310602911
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】閆英麗, 湯歡, 范志東, 馬繼奎 申請(qǐng)人:英利能源（中國）有限公司