[发明专利]一种晶体硅太阳能电池绒面结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池绒面结构的制备方法，包括如下步骤：(1)在硅片表面形成多孔质层结构；(2)然后用碱性化学液进行清洗，并去除孔底残留金属颗粒；(3)然后用第一化学腐蚀液进行表面刻蚀，即可得到晶体硅太阳能电池绒面结构。本发明大幅度延长了第一腐蚀液的使用寿命，并确保了绒面结构的稳定性和均匀性。

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池绒面结构的制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

随着太阳能电池组件的广泛应用，光伏发电在新能源中越来越占有重要比例，获得了飞速发展。目前商业化的太阳电池产品中，晶体硅(单晶和多晶)太阳电池的市场份额最大，一直保持85％以上的市场占有率。

目前，在太阳电池的生产工艺中，硅片表面的绒面结构可以有效地降低太阳电池的表面反射率，是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一。为了在晶体硅太阳能电池表面获得好的绒面结构，以达到较好的减反射效果，人们尝试了许多方法，常用的包括机械刻槽法、激光刻蚀法、反应离子刻蚀法(RIE)、化学腐蚀法(即湿法腐蚀)等。其中，机械刻槽方法可以得到较低的表面反射率，但是该方法造成硅片表面的机械损伤比较严重，而且其成品率相对较低，故而在工业生产中使用较少。对于激光刻蚀法，是用激光制作不同的刻槽花样，条纹状和倒金字塔形状的表面都已经被制作出来，其反射率可以低至8.3％，但是由其制得的电池的效率都比较低，不能有效地用于生产。RIE方法可以利用不同的模版来进行刻蚀，刻蚀一般是干法刻蚀，可以在硅片表面形成所谓的“黑硅”结构，其反射率可以低至7.9％，甚至可以达到4％，但是由于设备昂贵，生产成本较高，因此在工业成产中使用较少。而化学腐蚀法具有工艺简单、廉价优质、和现有工艺好兼容等特点，成为了现有工业中使用最多的方法。

目前，采用湿法腐蚀的晶体硅太阳能电池的绒面结构一般呈微米级。目前的常规做法仍是进一步降低其表面反射率。发明专利申请WO2014120830(A1)公开了一种晶体硅纳米绒面的制备方法，通过退火的方式来实现纳米绒面形貌的控制，但是该方法工艺复杂，不利于工业化生产的需要。

针对上述问题，现有技术中出现了金属离子腐蚀的方法，比如中国专利CN101573801B，具体包括如下步骤：(1)将硅片放入含有氧化剂以及金属盐的氢氟酸溶液中，形成多孔质层结构；(2)然后用第一化学腐蚀液进行表面刻蚀；所述第一化学腐蚀液为氢氟酸和硝酸的混合溶液；(3)然后将上述硅片放入第二化学腐蚀液中进行浸渍，形成绒面结构；所述第二化学腐蚀液为碱液。

然而，实际应用中发现，上述方法存在如下问题：(一)上述方法的步骤(2)中的第一化学腐蚀液的作用主要有2个，一是对金属催化形成的多孔硅层进行蚀刻；二是清洗硅片表面残留的金属颗粒；然而，随着处理硅片数量的增多，步骤(2)中的第一化学腐蚀液(即HF/HNO₃的混合溶液)中的Ag离子越来越多，变成富含Ag离子的HF/HNO₃混合溶液，而硅片在该溶液中会再次发生金属离子催化化学刻蚀反应，影响绒面结构的稳定性和均匀性，从而影响太阳电池的电性能；(二)随着处理硅片数量的增加，上述方法的步骤(2)中的第一化学腐蚀液中的Ag离子越来越多，Ag离子会逆向再次附着在硅片上，很难再将第一工序中硅片上附着的Ag颗粒清洗干净，从而造成HF/HNO₃混合溶液的寿命非常短，从而进一步增加了成本；(三)由于现有的第一化学腐蚀液如HF/HNO₃体系的反应速度快、放热大，会造成制绒色差以及不同晶面微结构不均匀的问题；尤其是对于多晶硅片，由于多晶硅片由不同晶向的晶花组成，并且各个晶花的晶向随意分布，且晶花明显，因此更易出现绒面尺寸较大且均匀性不佳、晶花比较明显、反射率略高、制绒稳定性也不好等问题。

因此，开发一种新的晶体硅太阳能电池绒面结构的制备方法，以保障绒面结构的稳定性和均匀性、以及太阳电池电性能的稳定性，并进一步提高HF/HNO₃混合溶液的寿命，显然具有积极的现实意义。

发明内容