[发明专利]对硅片表面进行制绒的方法、硅片以及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域。具体而言，涉及硅片表面制绒的方法、利用该方法所得到的硅片以及包含该硅片的太阳能电池。

背景技术

提高太阳能电池转换效率的一个有效途径就是增加电池对光的吸收，在太阳能电池的硅片表面形成绒面（即对硅片进行制绒的工艺）一方面可以延长入射光在硅片表面的有效光程，另一方面可以利用硅片内表面的反射减少光的损失，产生更多的光生载流子，进而提升能量转换效率。

人们尝试了许多硅片表面制绒工艺，如机械刻槽、反应离子刻蚀、蜂窝绒面技术以及电化学腐蚀等，这些方法具有一定的绒面效果，但同时也存在很多不足。机械刻槽由于刻槽深度较大，对硅片的厚度要求较高，不适用于薄衬底；反应离子刻蚀会增加表面离子复合，并且生产成本较高；蜂窝绒面结构虽然具备出色的陷光效果，但工艺复杂，不适合工业化生产；电化学腐蚀法在大面积硅片上制绒均匀性不稳定；酸腐蚀绒面技术由于可以比较容易地整合到当前的太阳电池生产工艺中，因此，目前已经成为行业内成本最低、应用最广泛的多晶硅绒面制备技术。

与单晶硅不同，多晶硅片由不同晶粒构成，各个晶粒的晶向是随机分布的，采用传统的单晶硅表面织构化的各项异性碱腐蚀方法并不能得到较好的绒面效果。因此，多晶制绒通常采用HF、HNO₃和去离子水按一定比例混合的酸性溶液进行各项同性腐蚀。一般认为，多晶硅片的酸腐蚀过程分为两步进行。第一步为Si的氧化过程，即利用强氧化剂HNO₃实现多晶Si的氧化，在此过程中，在多晶Si的表面产生致密的不溶于HNO₃的SiO₂层，使得HNO₃和Si隔离，导致反应停止，反应式为：3Si+4HNO₃=3SiO₂+2HO₂+4NO↑；第二步为SiO₂的溶解过程，即HF与SiO₂生成可溶性的H₂SiF₆，导致SiO₂层的溶解，反应式为：SiO₂+6HF=H₂SiF₆+2H₂O，二氧化硅被溶解之后，硅又重新露出来。由此，第一步、第二步的反应不断重复，硅片就可以被持续的腐蚀下去。经过酸制绒后，多晶硅片的受光面的反射率会由原来的30%以上，下降到25%左右，甚至更低。

需要说明的是，现有技术中的酸腐蚀法是一种双面制绒法，即硅片的两个面均沉浸在酸液中进行反应，最终实现切割损伤层的去除与绒面的形成，而为了能更好的提升电池性能，较为理想的绒面结构为：受光面在损伤层去除干净的情况下，绒面越小越陡越均匀越好，以尽量降低受光面的反射率，而作为背光面来说，绒面则要求越大越平坦越好，反射率越高越要，以增强对透过硅片受光面进入到硅基体内的长波段光的内反射作用，有助于短路电流的提升，同时平坦的背表面还有利于后道铝浆印刷烧结时均匀平坦的背表面场的形成（BSF），有助于开路电压的提升。但是，现有技术中的酸腐蚀法制备出的绒面结构，两个表面的绒面效果差异并不大，基本类似，从而限制了太阳能电池性能的进一步提升。

现有的一种多晶酸制绒方法是“链式水上漂”制绒，即硅片在上下滚轮的匀速旋转带动下，在位于HF与HNO₃混酸溶液的表层进行反应制绒，整个反应过程，硅片方向始终与槽体壁保持垂直。设备的制绒段有制绒槽和水洗槽两个槽体，由于表面张力与循环泵浦的作用，液面会高出槽体边缘，硅片正是在这层溶液中完成绒面制备。制绒完成后，硅片传动至水洗槽，水洗槽中的风刀和水刀先后将制绒后硅片上下表面吸附的酸液清理掉，之后传动至碱洗槽。链式制绒的优点是酸腐蚀产生的热量会较快的通过液面散失掉，避免了因为反应热量囤积造成的反应速率难以控制的问题。此方法目前已被广泛应用。但，该方法的缺点是：在连续反应过程中，药液被硅片分成上下两层，下层药液与硅片反应生产的微小气泡会吸附并悬浮在硅片下表面，造成反应减缓，从而使上下表面的反射率略有差异，一般上表面反射率比下表面高0.3-0.8%，无论采用那一面作为受光面，均不能达到如前所述的两面差异化的目的，损失了电池的电学性能；另外，由于在反应的过程中，有滚轮碾压硅片，碾压会造成此位置区域反应异常，造成此区域与其他区域反应条件不同产生所谓的“滚轮印”问题，影响制绒工序的良率。