堿性腐蝕液及腐蝕多晶硅片的方法
【專利摘要】本發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、氫氧化鈉和水的質量比為6～8：1：40～60。本發明還提供一種利用堿性腐蝕液腐蝕多晶硅片的方法。采用本發明的堿性腐蝕液對多晶硅片進行腐蝕，制得的多晶硅片表面織構的光吸收性能好，表面反射率與常規酸性腐蝕工藝相比明顯下降，提高了多晶硅片表面織構質量，改善了太陽能電池的整體性能，同時腐蝕過程容易控制，且有利于節約成本與環境保護。
【專利說明】堿性腐蝕液及腐蝕多晶硅片的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種腐蝕液，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】
[0002]太陽能光伏發電具有無污染、可持續、總量大、分布廣、應用形式多樣等優點，受到世界各國的高度重視。太陽電池是高效環保、市場前景廣闊的新能源，其中多晶硅太陽電池以其高性價比的優勢，近些年得到了迅速的發展。在光伏產業中，90%以上的市場份額是由晶體硅電池占據。隨著全球光伏產業技術發展的日新月異，晶體硅電池制作技術的水平也在不斷的提高。在光伏領域中，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化效率。
[0003]國內提純多晶硅生產的工藝中，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，雖然純度高質量穩定但電池的成本高。近幾年發展起來的物理冶金法提純多晶硅技術，是用與化學法完全不同的技術將金屬硅的雜質逐步提純到太陽能所需的6N級，此項技術簡化了生產工藝流程，有投資少、能耗低、成本低、環境友好等優勢，使晶體硅電池的成本有較大的下降空間，所以有著廣闊的發展空間，也是目前國際上公認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是制作電池的重要的環節，通常利用腐蝕液對硅表面進行剝離腐蝕，去除硅片表面殘留的雜質，制作減少表面太陽光反射的陷光結構，從而使硅表面形成高低不平的形貌，此織構可大大降低表面對光的反射進而增加對光的吸收。
[0005]目前生產常規化學法多晶硅電池的表面腐蝕技術都是酸性腐蝕液(硝酸和氫氟酸的混合液)，因該腐蝕過程反應非常劇烈，短時間就會使腐蝕液的溫度急劇上升，因此需要配備制冷設施才能緩和腐蝕過程的劇烈反應程度，常規的腐蝕過程需要將溫度降到8°C以下，同時酸性腐蝕液中的氫氟酸價格較高，所以增大制作成本。常規腐蝕多晶硅表面的工藝中，制備織構的酸液腐蝕時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，因反應較劇烈，掌握不當會導致多晶硅表面腐蝕過度。當多晶硅片的減薄量過大，就使硅片易碎，不利于多晶硅電池后續工藝的制作。同時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，因此用傳統的酸腐蝕制備冶金法多晶硅表面織構的均勻性較難掌握，導致與后續PECVD (等離子增強化學氣相沉積法)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的腐蝕液，從而提高多晶硅片表面織構的質量，改善太陽能電池的整體性能。
【發明內容】
[0007]針對上述問題，發明人經過長期的深入研究，提出一種用于腐蝕多晶硅片的堿性腐蝕液，經過該堿性腐蝕液腐蝕后的多晶硅片表面反射率明顯降低，同時腐蝕過程容易控制，可操作性強。
[0008]—方面，本發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、氫氧化鈉和水的質量比為6~8:1:40 ~60。
[0009]在本發明的堿性腐蝕液的一個實施方式中，氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質量比為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]在本發明的方法的一個實施方式中，所述恒溫的溫度為75~85°C。
[0014]在本發明的方法的另一個實施方式中，所述腐蝕的時間為40~50秒。
[0015]在本發明的方法的另一個實施方式中，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，之后再進行去離子水清洗。
[0016]在本發明的方法的另一個實施方式中，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]在本發明的方法的另一個實施方式中，利用鹽酸清洗所述多晶硅片的表面的時間為60~90秒,利用氫氟酸清洗所述多晶娃片的表面的時間為60~90秒。
[0018]在本發明的方法的另一個實施方式中，所述多晶硅片經過所述堿性腐蝕液的腐蝕后的厚度減少量為2.8~3.5μ m。
[0019]采用本發明的堿性腐蝕液對多晶硅片進行腐蝕，制得的多晶硅片表面織構的光吸收性能好，表面反射率與常規酸性腐蝕工藝相比明顯下降，提高了多晶硅片表面織構質量，改善了太陽能電池的整體性能，同時腐蝕過程容易控制，且有利于節約成本與環境保護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為利用本發明的堿性腐蝕液處理的多晶硅織構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表面形貌的掃描電鏡圖；
[0022]圖3為三種經過不同處理的多晶硅片的反射率曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面根據具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。本發明的保護范圍不限于以下實施例，列舉這些實例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發明。
[0024]本發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、氫氧化鈉和水的質量比為6~8:1:40~60,優選為7:1:50。
[0025]氯酸鈉化學式為NaClO3，通常為白色或微黃色等軸晶體，易溶于水、微溶于乙醇；氫氧化鈉化學式為NaOH，為一種具有高腐蝕性的強堿，一般為片狀或顆粒形態，易溶于水并形成堿性溶液。氯酸鈉和氫氧化鈉均為常見的化學試劑，且成本較低。
[0026]本發明的堿性腐蝕液采用一般方法均勻混合而成。
[0027]本發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]采用堿性腐蝕液對多晶硅片進行腐蝕，腐蝕過程反應比較緩和，易于控制，不需要制冷，有利于節約成本與環境保護。本發明的腐蝕多晶硅片的方法可采用常規生產單晶硅電池的槽式制絨設備進行，不需要再增加或改造設備。
[0031]其中恒溫的溫度為75~85°C，腐蝕的時間為40~50秒，在此條件下可達到較好的腐蝕效果。
[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]以下通過實施例對本發明作進一步地詳細說明。
[0035]除非另作說明，本發明實施例中所用的原料均為可購得的。
[0036]實施例
[0037]比較例I
[0038]將 硝酸(質量分數為36%)、氫氟酸(質量分數為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，腐蝕時間為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(質量分數為2%)對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(質量分數為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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多晶硅片進行清洗，清洗時間為60秒；
[0043]對清洗后的多晶硅片進行烘干處理。
[0044]實施例1
[0045]將NaClO3 =NaOH =H2O按7:1:50(wt%，質量比)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,腐蝕時間為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(質量分數為36%)和水按照1:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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(質量分數為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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多晶硅片進行清洗，清洗時間為60秒；
[0050]對清洗后的多晶硅片進行烘干處理。
[0051]實施例2
[0052]將NaClO3 =NaOH =H2O按6:1:40 (wt%,質量比)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,腐蝕時間為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(質量分數為36%)和水按照1:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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(質量分數為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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多晶硅片進行清洗，清洗時間為120秒；
[0057]對清洗后的多晶硅片進行烘干處理。
[0058]實施例3
[0059]將NaClO3 =NaOH =H2O按8:1:60(wt%，質量比)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,腐蝕時間為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(質量分數為36%)和水按照1:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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(質量分數為48%)和水按照3:8(體積比)的比例混合，對多晶硅片清洗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多晶硅片進行清洗，清洗時間為60秒；
[0064]對清洗后的多晶硅片進行烘干處理。
[0065]采用掃描電子顯微鏡(日本S-4800)分別觀察實施例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則的腐蝕坑結構，但實施例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構，可起到很好的陷光效應，因此減反射效果更好。
[0066]米用紫外-可見分光光度計(美國Lambda750s)分別測試原始多晶娃(未經腐蝕)、比較例I得到的多晶硅片(采用酸性腐蝕液進行腐蝕)和實施例1得到的多晶硅片(采用堿性腐蝕液進行腐蝕)的表面反射率，結果如圖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，在可見光區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個百分點，且最低反射率可低于21%，減反射效果明顯提高。
[0068]對比較例I和實施例1得到的多晶硅片腐蝕后的厚度減少量進行測量，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]采用常規工藝，將比較例1、實施例1、實施例2和實施例3得到的多晶硅片制成太陽能電池，測量其短路電流和電池效率，測量結果見表1。
[0070]表1太陽能電池的短路電流和電池效率測量結果
[0071]
【權利要求】
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、氫氧化鈉和水的質量比為6~8:1:40~60。
2.根據權利要求1的堿性腐蝕液，其中氯酸鈉、氫氧化鈉和水的質量比為7:1:50。
3.一種利用根據權利要求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.根據權利要求3的方法，其中所述恒溫的溫度為75~85°C。
5.根據權利要求3的方法，其中所述腐蝕的時間為40~50秒。
6.根據權利要求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，之后再進行去離子水清洗。
7.根據權利要求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.根據權利要求7的方法，其中利用鹽酸清洗所述多晶硅片的表面的時間為60~90秒，利用氫氟酸清洗所述多晶硅片的表面的時間為60~90秒。
9.根據權利要求3至8中任一項的方法，其中所述多晶硅片經過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】H01L21/306GK103773374SQ201410038286
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】賈影, 和江變, 馬承鴻, 倪明鏡, 李健, 康海濤 申請人:內蒙古日月太陽能科技有限責任公司, 內蒙古大學