一種單晶硅太陽能電池的表面絨面制備方法與流程

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及一種單晶硅太陽能電池的表面絨面制備方法。

背景技術：

光伏發電是新能源的重要組成，近年來獲得了飛速發展。目前商業化的太陽電池產品中，晶體硅(單晶和多晶)太陽電池的市場份額最大，一直保持接近九成的市場占有率。

目前，在晶體硅太陽電池的生產工藝中，絨面工藝的目的是降低太陽電池的表面反射率，從而提高太陽電池的光電轉換效率。為了在晶體硅片表面獲得性能優異的絨面結構，光伏業界嘗試了許多方法，如機械刻槽法、激光刻蝕法、反應離子刻蝕法(rie)、化學腐蝕法(即濕法腐蝕)等。其中，基于堿液的單晶硅化學腐蝕和基于酸液的多晶硅化學腐蝕是目前晶硅電池制絨工藝中普遍使用的技術，絨面結構一般呈微米級，制成電池后表面反射率總體而言仍偏高。

在硅片表面形成納米結構能夠進一步降低其表面反射率，本申請人已公開的中國發明專利201310127230.x已公開了一種晶體硅表面納米絨面的制備方法，其主要包括如下步驟：

(1)將多晶硅硅片進行清洗、腐蝕制絨，形成微米級絨面；

(2)將硅片放入含有金屬離子的溶液中浸泡，使硅片表面涂覆一層金屬納米顆粒；

(3)用第一化學腐蝕液腐蝕硅片表面，形成納米級絨面；

(4)分別用第一清洗液、第二清洗液、去離子水清洗上述硅片，去除金屬顆粒；

(5)將上述硅片放入第二化學腐蝕液中進行微結構修正刻蝕。

上述方法能夠將多晶硅片表面絨面的反射率降低至12％～20％，但上述方法針對的多晶硅片，其對多晶硅片直接進行腐蝕制絨，然后采用多種化學腐蝕液對絨面進行修正刻蝕，雖能形成較好的絨面以提高電池片的轉換效率，但在實際工藝中步驟繁瑣，制絨工藝時間較長，提高了太陽能電池的制造成本。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種單晶硅太陽能電池的表面絨面制備方法。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種單晶硅太陽能電池的表面絨面制備方法。

為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：

一種單晶硅太陽能電池的表面絨面制備方法，所述制備方法包括依次以下步驟：

s1、通過化學腐蝕方法在單晶硅片表面引入微納缺陷；

s2、通過化學方法對具有微納缺陷的單晶硅片表面進行修正并去除表面各種殘留物雜質；

s3、采用堿刻蝕制絨工藝在單晶硅片表面形成金字塔結構，得到單晶硅太陽能電池表面絨面結構。

作為本發明的進一步改進，所述步驟s1中金屬催化化學刻蝕方法具體為：

將單晶硅片放入含有金屬離子的化學腐蝕液中，腐蝕單晶硅片表面以形成引入微納缺陷，所述金屬離子選自金離子、銀離子和銅離子中的一種或多種，化學腐蝕液為hf與h2o2的混合溶液、hf與hno3的混合溶液、或hf與h2cro4的混合溶液。

作為本發明的進一步改進，所述金屬離子的濃度為1e-6～1mol/l，hf的濃度為1～15mol/l，h2o2、hno3或h2cro4的濃度為0.1～5mol/l。

作為本發明的進一步改進，所述步驟s1中化學腐蝕方法的反應溫度為5～50℃，反應時間為0.5～5min。

作為本發明的進一步改進，所述步驟s1前還包括：

采用堿溶液對單晶硅片進行拋光。

作為本發明的進一步改進，所述步驟s2具體為：

將單晶硅片放入清洗溶液中清洗，清洗時間為1～5min，去除單晶硅片表面的各種殘留物雜質。

作為本發明的進一步改進，所述清洗溶液為nh4oh、nh4oh/h2o2、hcl/h2o2、hno3中的任意一種或多種組合；其中，

當清洗溶液為nh4oh時，nh4oh的濃度為0.01～1mol/l，清洗溫度為15～85℃；

當清洗溶液為nh4oh/h2o2時，nh4oh和h2o2的濃度分別為0.01～5mol/l和0.01～5mol/l，清洗溫度為15～85℃；

當清洗溶液為hcl/h2o2時，hcl和h2o2的濃度分別為0.01～5mol/l和0.01～5mol/l，清洗溫度為15～85℃；

當清洗溶液為hno3時，hno3的濃度為1～10mol/l，清洗溫度為5～85℃。

作為本發明的進一步改進，所述步驟s3中堿刻蝕制絨工藝具體為：

將單晶硅片放入濃度為0.01～1mol/l的naoh溶液或koh溶液中，在單晶硅片表面形成金字塔結構。

作為本發明的進一步改進，所述步驟s3中堿刻蝕制絨工藝的反應溫度為5～85℃，堿刻蝕制絨時間為5～10min，金字塔結構的大小為1～5μm。

作為本發明的進一步改進，所述單晶硅片為金剛線切單晶硅片或砂漿線切單晶硅片。

本發明的有益效果是：

在堿刻蝕制絨步驟前先通過化學方法形成微納尺寸的缺陷起絨點，再進行常規堿制絨能夠快速獲得理想的金字塔絨面并去除表面切割線痕，且制備的金字塔絨面具有優異的陷光性能；

實際工藝中大大降低了堿刻蝕制絨時間，提高了單晶硅太陽能電池的生產效率；

絨面制備方法簡單易行，與現有工業化生產工藝兼容性較好，可以快速移植到工業化生產中，適于推廣應用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明中單晶硅太陽能電池表面絨面結構的制備方法的具體流程圖；

圖2為本發明一優選實施例中堿刻蝕制絨后的單晶硅片表面sem電鏡圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

參圖1所示，本發明公開了一種單晶硅太陽能電池的表面絨面制備方法，該制備方法依次包括以下步驟：

s1、通過化學腐蝕方法在單晶硅片表面引入微納缺陷；

s2、通過化學方法對具有微納缺陷的單晶硅片表面進行修正并去除表面各種殘留物雜質；

s3、采用堿刻蝕制絨工藝在單晶硅片表面形成金字塔結構，得到單晶硅太陽能電池表面絨面結構。

在本發明的步驟s1中，金屬催化化學刻蝕方法具體為：

將單晶硅片放入含有金屬離子的化學腐蝕液中，腐蝕單晶硅片表面以形成引入微納缺陷，所述金屬離子選自金離子、銀離子和銅離子中的一種或多種，化學腐蝕液為hf與h2o2的混合溶液、hf與hno3的混合溶液、或hf與h2cro4的混合溶液。

優選地，金屬離子的濃度為1e-6～1mol/l，hf的濃度為1～15mol/l，h2o2、hno3或h2cro4的濃度為0.1～5mol/l；化學腐蝕方法的反應溫度為5～50℃，反應時間為0.5～5min。

本發明中首先通過化學方法形成微納尺寸的缺陷起絨點，當然，在其他實施方式中，為了提高微納缺陷的質量，還可以先采用堿溶液對單晶硅片進行拋光，然后再通過化學方法在單晶硅片表面形成微納缺陷。

在本發明的步驟s2中，該步驟具體為：

將單晶硅片放入清洗溶液中清洗，清洗時間為1～5min，去除單晶硅片表面的各種殘留物雜質。清洗溶液為nh4oh、nh4oh/h2o2、hcl/h2o2、hno3中的任意一種或多種組合；其中，

當清洗溶液為nh4oh時，nh4oh的濃度為0.01～1mol/l，清洗溫度為15～85℃；

當清洗溶液為nh4oh/h2o2時，nh4oh和h2o2的濃度分別為0.01～5mol/l和0.01～5mol/l，清洗溫度為15～85℃；

當清洗溶液為hcl/h2o2時，hcl和h2o2的濃度分別為0.01～5mol/l和0.01～5mol/l，清洗溫度為15～85℃；

當清洗溶液為hno3時，hno3的濃度為1～10mol/l，清洗溫度為5～85℃。

在本發明的步驟s3中，堿刻蝕制絨工藝具體為：

將單晶硅片放入濃度為0.01～1mol/l的naoh溶液或koh溶液中，在單晶硅片表面形成金字塔結構。

進一步地，堿刻蝕制絨工藝的反應溫度為5～85℃，堿刻蝕制絨時間為5～10min，金字塔結構的大小為1～5μm。

其中，本發明中提及的單晶硅片可為金剛線切單晶硅片或砂漿線切單晶硅片。

由于金剛線切單晶硅片或砂漿線切單晶硅片產生有淺的損傷層以及平行線痕，導致常規堿制絨不易腐蝕出具有優異陷光性能的金字塔，本發明針對單晶硅片，在堿刻蝕制絨之前通過化學腐蝕方法形成微納尺寸的缺陷起絨點，從而有利于快速獲得理想的金字塔絨面結構，并可有效去除表面切割線痕。

與現有技術中的先制絨再刻蝕的工藝不同，先進行微米制絨，在微米絨面上再通過金屬催化化學腐蝕形成納米多孔絨面結構，然后再對這些納米多孔結構進行修正刻蝕，將其修正成納米金字塔結構，很明顯，上述金屬催化化學腐蝕形成納米多孔結構是最終修正后納米結構的基礎結構，也就是說最終的絨面結構再通過化學品腐蝕這些納米多孔結構，使其大小和形狀發生變化，從而形成理想大小和形狀的納米結構。而本發明中形成的微納缺陷并非最終形成的微米級金字塔絨面的基礎結構，這些微納缺陷僅僅作為下一步堿液腐蝕的起絨點，這些包含但不僅僅局限與多孔結構，所以，這些缺陷和現有技術中的多孔結構的作用和類型是完全不相同的。兩種工藝中絨面結構的形成的機理不同，當然工藝流程更不相同；另外，兩者形成金字塔的結構大小也有較大差異。

與現有的堿刻蝕制絨相比，常規堿刻蝕制絨步驟通常需花費20～30min，形成的金字塔結構較大，大約為3-6μm；而本發明的方法在堿刻蝕制絨步驟前先形成多孔結構，是一種全新的方法，通過該方法可以將堿刻蝕制絨步驟花費的時間控制在5～10min，形成的金字塔結構較小，大約為1～5μm，該步驟在實際工藝中大大降低了制絨時間，提高了單晶硅太陽能電池的生產效率，取得了意想不到的效果。

同時，本發明單晶硅片上絨面結構的反射率能夠達到8～12％，較現有堿刻蝕得到的絨面結構的反射率(約10～20％)更為優越。

在本發明的一優選實施例中，單晶硅太陽能電池表面絨面結構的制備方法具體包括以下步驟：

1)將厚度為180±10μm、大小為156mm×156mm的金剛線切單晶硅片放入含有銅離子的化學腐蝕液中，化學腐蝕液為hf與hno3的混合溶液，銅離子的濃度為0.1mol/l，hf的濃度為5mol/l，hno3的濃度為0.5mol/l，反應溫度為40℃，反應時間為3min，在單晶硅片表面形成微納缺陷。

2)將形成有微納缺陷的單晶硅片放入3mol/l的hno3清洗溶液中清洗，清洗時間為3min，清洗溫度為50℃，對單晶硅片表面進行修正并去除表面各種殘留物雜質。

3)將單晶硅片放入濃度為0.5mol/l的naoh溶液中進行堿刻蝕制絨，反應溫度為50℃，在單晶硅片表面形成金字塔結構。通過測試，堿刻蝕制絨的時間為5～10min。

如圖2所示為經過5min堿刻蝕制絨后的單晶硅片表面sem電鏡圖，可以發現，單晶硅片表面金字塔絨面結構較為理想，金字塔結構的大小為1～5μm。經測試，該單晶硅片上絨面結構的反射率能夠達到10％，較常規堿刻蝕制絨獲得的絨面結構(約12％)更為理想。

由以上技術方案可以看出，與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

在堿刻蝕制絨步驟前先通過化學方法形成微納尺寸的缺陷起絨點，再進行常規堿制絨能夠快速獲得理想的金字塔絨面并去除表面切割線痕，且制備的金字塔絨面具有優異的陷光性能；

實際工藝中大大降低了堿刻蝕制絨時間，提高了單晶硅太陽能電池的生產效率；

絨面制備方法簡單易行，與現有工業化生產工藝兼容性較好，可以快速移植到工業化生產中，適于推廣應用。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。