堿性腐蝕液及腐蝕多晶硅片的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種堿性腐蝕液，該堿性腐蝕液由氯酸鈉、氫氧化鈉和水混合而成，其中氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為6～8：1：40～60。本發(fā)明還提供一種利用堿性腐蝕液腐蝕多晶硅片的方法。采用本發(fā)明的堿性腐蝕液對(duì)多晶硅片進(jìn)行腐蝕，制得的多晶硅片表面織構(gòu)的光吸收性能好，表面反射率與常規(guī)酸性腐蝕工藝相比明顯下降，提高了多晶硅片表面織構(gòu)質(zhì)量，改善了太陽(yáng)能電池的整體性能，同時(shí)腐蝕過(guò)程容易控制，且有利于節(jié)約成本與環(huán)境保護(hù)。
【專利說(shuō)明】堿性腐蝕液及腐蝕多晶硅片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種腐蝕液，特別涉及一種堿性腐蝕液及腐蝕多晶硅片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有無(wú)污染、可持續(xù)、總量大、分布廣、應(yīng)用形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)的高度重視。太陽(yáng)電池是高效環(huán)保、市場(chǎng)前景廣闊的新能源，其中多晶硅太陽(yáng)電池以其高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，近些年得到了迅速的發(fā)展。在光伏產(chǎn)業(yè)中，90%以上的市場(chǎng)份額是由晶體硅電池占據(jù)。隨著全球光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的日新月異，晶體硅電池制作技術(shù)的水平也在不斷的提高。在光伏領(lǐng)域中，圍繞的主題始終是不斷降低晶體硅電池的制作成本與不斷提高晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率。
[0003]國(guó)內(nèi)提純多晶硅生產(chǎn)的工藝中，占主流地位的仍然是改良西門子法，用這種方法制作的多晶硅，雖然純度高質(zhì)量穩(wěn)定但電池的成本高。近幾年發(fā)展起來(lái)的物理冶金法提純多晶硅技術(shù)，是用與化學(xué)法完全不同的技術(shù)將金屬硅的雜質(zhì)逐步提純到太陽(yáng)能所需的6N級(jí)，此項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，有投資少、能耗低、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，使晶體硅電池的成本有較大的下降空間，所以有著廣闊的發(fā)展空間，也是目前國(guó)際上公認(rèn)能夠替代西門子法的最有前景的工藝路線。因此研制高效低成本的物理冶金多晶硅電池的制作工藝有著重要的意義。
[0004]電池的表面腐蝕技術(shù)是制作電池的重要的環(huán)節(jié)，通常利用腐蝕液對(duì)硅表面進(jìn)行剝離腐蝕，去除硅片表面殘留的雜質(zhì)，制作減少表面太陽(yáng)光反射的陷光結(jié)構(gòu)，從而使硅表面形成高低不平的形貌，此織構(gòu)可大大降低表面對(duì)光的反射進(jìn)而增加對(duì)光的吸收。
[0005]目前生產(chǎn)常規(guī)化學(xué)法多晶硅電池的表面腐蝕技術(shù)都是酸性腐蝕液(硝酸和氫氟酸的混合液)，因該腐蝕過(guò)程反應(yīng)非常劇烈，短時(shí)間就會(huì)使腐蝕液的溫度急劇上升，因此需要配備制冷設(shè)施才能緩和腐蝕過(guò)程的劇烈反應(yīng)程度，常規(guī)的腐蝕過(guò)程需要將溫度降到8°C以下，同時(shí)酸性腐蝕液中的氫氟酸價(jià)格較高，所以增大制作成本。常規(guī)腐蝕多晶硅表面的工藝中，制備織構(gòu)的酸液腐蝕時(shí)間大約在兩分鐘左右，多晶硅表面的減薄量在3.8~4.1 ii m左右，因反應(yīng)較劇烈，掌握不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致多晶硅表面腐蝕過(guò)度。當(dāng)多晶硅片的減薄量過(guò)大，就使硅片易碎，不利于多晶硅電池后續(xù)工藝的制作。同時(shí)物理冶金法提純的多晶硅中含有微量的鍺元素，增大了硅的硬度，因此用傳統(tǒng)的酸腐蝕制備冶金法多晶硅表面織構(gòu)的均勻性較難掌握，導(dǎo)致與后續(xù)PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)沉積氮化硅薄膜工藝的匹配難度增大。
[0006]因此，需要一種可操作性強(qiáng)的腐蝕液，從而提高多晶硅片表面織構(gòu)的質(zhì)量，改善太陽(yáng)能電池的整體性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的深入研究，提出一種用于腐蝕多晶硅片的堿性腐蝕液，經(jīng)過(guò)該堿性腐蝕液腐蝕后的多晶硅片表面反射率明顯降低，同時(shí)腐蝕過(guò)程容易控制，可操作性強(qiáng)。
[0008]—方面，本發(fā)明提供一種用于腐蝕多晶硅片的堿性腐蝕液，該堿性腐蝕液由氯酸鈉(NaClO3)、氫氧化鈉(NaOH)和水混合而成,其中氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為6~8:1:40 ~60。
[0009]在本發(fā)明的堿性腐蝕液的一個(gè)實(shí)施方式中，氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為7:1:50。
[0010]一種利用上述堿性腐蝕液腐蝕多晶硅片的方法，包括以下步驟:
[0011](1)在恒溫的條件下，將所述多晶硅片放入所述堿性腐蝕液中進(jìn)行腐蝕；以及
[0012](2)采用去離子水清洗所述多晶硅片的表面。
[0013]在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述恒溫的溫度為75~85°C。
[0014]在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述腐蝕的時(shí)間為40~50秒。
[0015]在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(2)后還包括采用酸性溶液清洗所述多晶硅片的表面，之后再進(jìn)行去離子水清洗。
[0016]在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，采用酸性溶液清洗所述多晶硅片的表面包括:先利用鹽酸清洗所述多晶硅片的表面，再利用氫氟酸清洗所述多晶硅片的表面。
[0017]在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，利用鹽酸清洗所述多晶硅片的表面的時(shí)間為60~90秒,利用氫氟酸清洗所述多晶娃片的表面的時(shí)間為60~90秒。
[0018]在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述多晶硅片經(jīng)過(guò)所述堿性腐蝕液的腐蝕后的厚度減少量為2.8~3.5μ m。
[0019]采用本發(fā)明的堿性腐蝕液對(duì)多晶硅片進(jìn)行腐蝕，制得的多晶硅片表面織構(gòu)的光吸收性能好，表面反射率與常規(guī)酸性腐蝕工藝相比明顯下降，提高了多晶硅片表面織構(gòu)質(zhì)量，改善了太陽(yáng)能電池的整體性能，同時(shí)腐蝕過(guò)程容易控制，且有利于節(jié)約成本與環(huán)境保護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為利用本發(fā)明的堿性腐蝕液處理的多晶硅織構(gòu)表面形貌的掃描電鏡圖；
[0021]圖2為利用酸性腐蝕液處理的多晶硅織構(gòu)表面形貌的掃描電鏡圖；
[0022]圖3為三種經(jīng)過(guò)不同處理的多晶硅片的反射率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例，列舉這些實(shí)例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明提供一種用于腐蝕多晶硅片的堿性腐蝕液，該堿性腐蝕液由氯酸鈉、氫氧化鈉和水混合而成，其中氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為6~8:1:40~60,優(yōu)選為7:1:50。
[0025]氯酸鈉化學(xué)式為NaClO3，通常為白色或微黃色等軸晶體，易溶于水、微溶于乙醇；氫氧化鈉化學(xué)式為NaOH，為一種具有高腐蝕性的強(qiáng)堿，一般為片狀或顆粒形態(tài)，易溶于水并形成堿性溶液。氯酸鈉和氫氧化鈉均為常見(jiàn)的化學(xué)試劑，且成本較低。
[0026]本發(fā)明的堿性腐蝕液采用一般方法均勻混合而成。
[0027]本發(fā)明還提供一種腐蝕多晶硅片的方法，包括以下步驟:[0028](I)在恒溫的條件下，將所述多晶硅片放入所述堿性腐蝕液中進(jìn)行腐蝕；以及
[0029](2)采用去離子水清洗所述多晶硅片的表面。
[0030]采用堿性腐蝕液對(duì)多晶硅片進(jìn)行腐蝕，腐蝕過(guò)程反應(yīng)比較緩和，易于控制，不需要制冷，有利于節(jié)約成本與環(huán)境保護(hù)。本發(fā)明的腐蝕多晶硅片的方法可采用常規(guī)生產(chǎn)單晶硅電池的槽式制絨設(shè)備進(jìn)行，不需要再增加或改造設(shè)備。
[0031]其中恒溫的溫度為75~85°C，腐蝕的時(shí)間為40~50秒，在此條件下可達(dá)到較好的腐蝕效果。
[0032]在步驟(2)后還可采用酸性溶液清洗所述多晶硅片的表面，之后再進(jìn)行去離子水清洗。
[0033]采用酸性溶液清洗所述多晶硅片的表面可先利用鹽酸對(duì)多晶硅片的表面清洗60~90秒，以中和多晶硅片表面殘留的堿性腐蝕液，并去除重金屬離子，再利用氫氟酸對(duì)多晶硅片的表面清洗60~90秒，以去除多晶硅片表面的二氧化硅。
[0034]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]除非另作說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例中所用的原料均為可購(gòu)得的。
[0036]實(shí)施例
[0037]比較例I
[0038]將 硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%)、氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%)和水按照3:1:2 (體積比)的比例混合制成酸性腐蝕液；
[0039]在腐蝕溫度為8°C的條件下，將待腐蝕的多晶硅片(156mmX 156mm)放入酸性腐蝕液中腐蝕制作表面織構(gòu)，腐蝕時(shí)間為120秒；
[0040]將腐蝕好的多晶硅片從酸性腐蝕液中取出，采用去離子水清洗60秒；
[0041]采用氫氧化鈉溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%)對(duì)多晶硅片的表面清洗60秒，以中和多晶硅片表面殘余的酸性腐蝕液，并去除重金屬離子，再將氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗60秒，以去除多晶硅片表面的二氧化硅；
[0042]再次采用去離子水對(duì)多晶硅片進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為60秒；
[0043]對(duì)清洗后的多晶硅片進(jìn)行烘干處理。
[0044]實(shí)施例1
[0045]將NaClO3 =NaOH =H2O按7:1:50(wt%，質(zhì)量比)的比例混合制成堿性腐蝕液；
[0046]在腐蝕溫度為80°C (恒溫)的條件下，將待腐蝕的多晶硅片(156mmX 156mm)放入混合好的堿性腐蝕液中腐蝕制作表面織構(gòu),腐蝕時(shí)間為45秒；
[0047]將腐蝕好的多晶硅片從堿性腐蝕液中取出，采用去離子水清洗60秒；
[0048]將鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%)和水按照1:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗60秒，以中和多晶硅片表面殘余的堿性腐蝕液，并去除重金屬離子，再將氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗60秒，以去除多晶硅片表面的二氧化硅；
[0049]再次采用去離子水對(duì)多晶硅片進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為60秒；
[0050]對(duì)清洗后的多晶硅片進(jìn)行烘干處理。
[0051]實(shí)施例2
[0052]將NaClO3 =NaOH =H2O按6:1:40 (wt%,質(zhì)量比)的比例混合制成堿性腐蝕液；[0053]在腐蝕溫度為85°C (恒溫)的條件下，將待腐蝕的多晶硅片(156mmX 156mm)放入混合好的堿性腐蝕液中腐蝕制作表面織構(gòu),腐蝕時(shí)間為50秒；
[0054]將腐蝕好的多晶硅片從堿性腐蝕液中取出，采用去離子水清洗60秒；
[0055]將鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%)和水按照1:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗90秒，以中和多晶硅片表面殘余的堿性腐蝕液，并去除重金屬離子，再將氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗90秒，以去除多晶硅片表面的二氧化硅；
[0056]再次采用去離子水對(duì)多晶硅片進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為120秒；
[0057]對(duì)清洗后的多晶硅片進(jìn)行烘干處理。
[0058]實(shí)施例3
[0059]將NaClO3 =NaOH =H2O按8:1:60(wt%，質(zhì)量比)的比例混合制成堿性腐蝕液；
[0060]在腐蝕溫度為75°C (恒溫)的條件下，將待腐蝕的多晶硅片(156mmX 156mm)放入混合好的堿性腐蝕液中腐蝕制作表面織構(gòu),腐蝕時(shí)間為40秒；
[0061]將腐蝕好的多晶 硅片從堿性腐蝕液中取出，采用去離子水清洗60秒；
[0062]將鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%)和水按照1:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗60秒，以中和多晶硅片表面殘余的堿性腐蝕液，并去除重金屬離子，再將氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對(duì)多晶硅片清洗60秒，以去除多晶硅片表面的二氧化硅；
[0063]再次采用去離子水對(duì)多晶硅片進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為60秒；
[0064]對(duì)清洗后的多晶硅片進(jìn)行烘干處理。
[0065]采用掃描電子顯微鏡(日本S-4800)分別觀察實(shí)施例1和比較例I得到的多晶硅片的表面，如圖1和圖2所示，多晶硅片表面都形成了較規(guī)則的腐蝕坑結(jié)構(gòu)，但實(shí)施例1得到的多晶硅片表面形成大量排列緊密、變形金字塔和溝槽混合的陷光結(jié)構(gòu)，可起到很好的陷光效應(yīng)，因此減反射效果更好。
[0066]米用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(美國(guó)Lambda750s)分別測(cè)試原始多晶娃(未經(jīng)腐蝕)、比較例I得到的多晶硅片(采用酸性腐蝕液進(jìn)行腐蝕)和實(shí)施例1得到的多晶硅片(采用堿性腐蝕液進(jìn)行腐蝕)的表面反射率，結(jié)果如圖3所示，其中a為原始多晶硅片的反射率曲線，b為比較例I得到的多晶硅片的反射率曲線，c為實(shí)施例1得到的多晶硅片的反射率曲線。
[0067]從圖3中可以看出，實(shí)施例1得到的多晶硅片的反射率與原始多晶硅片和比較例I得到的多晶硅片相比明顯降低，在可見(jiàn)光區(qū)的表面反射率與比較例I得到的多晶硅片相比下降了 6~7個(gè)百分點(diǎn)，且最低反射率可低于21%，減反射效果明顯提高。
[0068]對(duì)比較例I和實(shí)施例1得到的多晶硅片腐蝕后的厚度減少量進(jìn)行測(cè)量，比較例I得到的多晶硅片的厚度減少量為3.8~4.1 ii m，而實(shí)施例1得到的多晶硅片的厚度減少量為 2.8 ~3.5 u m。
[0069]采用常規(guī)工藝，將比較例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3得到的多晶硅片制成太陽(yáng)能電池，測(cè)量其短路電流和電池效率，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。
[0070]表1太陽(yáng)能電池的短路電流和電池效率測(cè)量結(jié)果
[0071]
【權(quán)利要求】
1.一種用于腐蝕多晶硅片的堿性腐蝕液，該堿性腐蝕液由氯酸鈉、氫氧化鈉和水混合而成，其中氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為6~8:1:40~60。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的堿性腐蝕液，其中氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為7:1:50。
3.一種利用根據(jù)權(quán)利要求1或2的堿性腐蝕液腐蝕多晶硅片的方法，包括以下步驟: (1)在恒溫的條件下，將所述多晶硅片放入所述堿性腐蝕液中進(jìn)行腐蝕；以及 (2)采用去離子水清洗所述多晶硅片的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述恒溫的溫度為75~85°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述腐蝕的時(shí)間為40~50秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在步驟(2)后還包括采用酸性溶液清洗所述多晶硅片的表面，之后再進(jìn)行去離子水清洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中采用酸性溶液清洗所述多晶硅片的表面包括:先利用鹽酸清洗所述多晶硅片的表面，再利用氫氟酸清洗所述多晶硅片的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中利用鹽酸清洗所述多晶硅片的表面的時(shí)間為60~90秒，利用氫氟酸清洗所述多晶硅片的表面的時(shí)間為60~90秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)的方法，其中所述多晶硅片經(jīng)過(guò)所述堿性腐蝕液的腐蝕后的厚度減少量為2.8~3.5 ii m。
【文檔編號(hào)】H01L21/306GK103773374SQ201410038286
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】賈影, 和江變, 馬承鴻, 倪明鏡, 李健, 康海濤 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古日月太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古大學(xué)