技术领域
[0001] 本
发明涉及光伏
太阳能电池制造领域，具体是指一种用于电池片的常温刻蚀装置及相应方法。
背景技术
[0002] 如图1所示，为常规晶体
硅太阳能电池主要制造工艺
流程图，是在太阳能电池制造行业为行业熟知和通用的工艺流程，包括：1)
硅片制绒，在硅片表面制作绒面装的陷光结构；2)扩散制作
PN结；3)去磷硅玻璃(PSG层)和蚀刻掉边缘及背面的扩散层，采用化学
腐蚀等方法去除硅片边缘和背面的扩散层，以消除P-N结
短路；4)制作减反射膜；5)背面
电极和
铝背
电场印刷；6)
正面电极印刷；7)
烧结炉高温共烧(
金属化)。
[0003] 其中第三步边绝缘，行业通用HF和HNO3混
酸溶液，用链式刻蚀机通过滚轮带液方式腐蚀硅片背面和边缘，混酸刻蚀槽用到制冷机制冷，控温到3℃～10℃以控制反应速度。
[0004] 硅片在链式刻蚀机HF+HNO3混酸槽内行进过程中，滚轮表面带液。由于液体张
力作用，硅片边缘和背面会
接触到混酸液，在槽内硅片边缘和背面不断被腐蚀，从而达到P-N结绝缘的目的。硅片在混酸药液中腐蚀的化学反应方程式如下：
[0005] 3Si+4HNO3+18HF＝3H2SiF6+8H2O+4NO↑
[0006] 反应过程中会有一
氧化氮气体放出。一氧化氮气泡积聚、炸裂会导致的混酸药液泛到正面，会导致正面结被腐蚀、破坏，同时混酸药液泛到正面，也会导致正面外观异常。行业内把混酸因各种原因泛到正面而导致硅片异常的形象叫做过刻。
[0007] 为解决刻蚀机过刻问题，行业内刻蚀机都配有
冰水机制冷，控制混酸槽药液的
温度，制冷后混酸槽温度维持在3℃～10℃，从而减缓腐蚀速率，避免气泡剧烈放出导致产品异常。
[0008] 此技术的缺点是冰水机长期运行，需要耗用大量的
电能，维护、保养
费用也比较高。
[0009] 本发明提供一种工艺方案不需要冰水机制冷控温，常温下就可以实现，并保证蚀刻的效果和外观正常(不会有酸液泛液到正面导致过刻)。
发明内容
[0010] 本发明的目的是克服了上述
现有技术中的缺点，提供一种边缘绝缘效果和正面外观均稳定可控、完全满足批量化生产要求、可以完全关闭或直接拆
除冰水机、节约电费和冰水机维保费用的用于电池片的常温刻蚀装置及相应方法。
[0011] 为达到上述目的，本发明提供了一种用于电池片的常温刻蚀装置，采用以下技术方案：
[0012] 所述的常温刻蚀装置包括用于盛放包括HF和HNO3的混酸刻蚀液的刻蚀槽，所述的混酸刻蚀液中HNO3浓度高于HF浓度，所述的刻蚀槽内设置有依次分布的数个滚轮，所述的数个滚轮包括具有第一直径的第一滚轮和具有第二直径的第二滚轮，所述的第一直径设置成小于所述的第二直径，且所述的第一滚轮设置成靠近电池片入槽
位置。
[0013] 较佳地，所述的刻蚀槽为敞开式刻蚀槽。
[0014] 较佳地，所述的刻蚀槽的底部设置有用于
冷却水进出的进口和出口，所述的冷却水的温度为20℃～25℃。
[0015] 较佳地，所述的数个滚轮包括三个具有第一直径的第一滚轮，所述的第一滚轮的直径比所述的第二滚轮的直径小1mm；所述的入槽位置设置有第三滚轮，所述的第三滚轮与所述的第二滚轮相同。
[0016] 本发明还提供了一种用于电池片的常温刻蚀方法，所述的方法包括：刻蚀槽内采用包括HF和HNO3的混酸刻蚀液，所述的混酸刻蚀液中HNO3浓度高于HF浓度，所述的电池片从入槽位置进入刻蚀槽后依次经过数个第一滚轮和数个第二滚轮，所述的第一滚轮的直径设置成小于所述的第二滚轮的直径，且所述的第一滚轮设置成靠近电池片入槽位置，所述的电池片在入槽后依次在第一滚轮和第二滚轮上移动，刻蚀液在
张力作用下平稳
吸附到电池片的背面，防止过刻和刻蚀后边缘绝缘差。
[0017] 较佳地，所述的刻蚀槽为敞开式刻蚀槽。
[0018] 较佳地，所述的刻蚀液包括初始液和配液，所述的初始液中V(HF):V(HNO3):V(DI)＝1:6～7.5:1.5，所述的补液中V(HF):V(HNO3)＝1：2.2～2.5。
[0019] 较佳地，所述的刻蚀槽的底部设置有用于冷却水进出的进口和出口，所述的冷却水的温度为20℃～25℃。
[0020] 较佳地，所述的刻蚀的温度为23℃～27℃。
[0021] 较佳地，所述的第一滚轮的数目为3，所述的第一滚轮的直径为24mm，所述的第二滚轮的直径为25mm。
[0022] 采用了本发明的用于电池片的常温刻蚀装置及相应方法，可以实现常温刻蚀批量稳定生产，过刻返工比例稳定在0.15％以内，优于行业内刻蚀过刻返工的平均水平，节约成本并推动行业技术进步。
附图说明
[0023] 图1为常规晶体硅太阳能电池主要制造工艺流程图。
[0024] 图2为本发明的用于电池片的常温刻蚀装置的结构示意图。
[0025] 图3为本发明的用于电池片的常温刻蚀装置的局部放大图。
[0026] 图4为本发明的用于电池片的常温刻蚀方法的返工率图。
[0027] 附图标记：
[0028] 1 刻蚀槽
[0029] 2 混酸刻蚀液
[0030] 3 第一滚轮
[0031] 4 第二滚轮
[0032] 5 入槽位置
具体实施方式
[0033] 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下
实施例详细说明。
[0034] 请参阅附图2～3所示，为本发明提供的一种用于电池片的常温刻蚀装置，所述的常温刻蚀装置包括用于盛放包括HF和HNO3的混酸刻蚀液2的刻蚀槽1，所述的混酸刻蚀液中HNO3浓度高于HF浓度，所述的刻蚀槽内设置有依次分布的数个滚轮，所述的数个滚轮包括具有第一直径的第一滚轮3和具有第二直径的第二滚轮4，所述的第一直径设置成小于所述的第二直径，且所述的第一滚轮设置成靠近电池片入槽位置5。
[0035] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀装置实施例中，所述的刻蚀槽为敞开式刻蚀槽，相比如现有的刻蚀槽，本发明提供的刻蚀槽的槽体上方无盖板和抽
风管道，盖板拆除后，冷凝后的含酸液滴也不会
凝结低落，反应过程平稳可控，其中抽风可以使用机台自带的
侧壁抽风。
[0036] 行业内链式刻蚀机，每个槽体上都配有盖板，盖板上装有抽风管道，抽风管道连接在机台主抽风管上。通过抽风管将反应产生的气体、挥发的
氢氟酸、
硝酸气体抽走。在本发明提供的常温刻蚀方案中，工艺温度维持在25℃，有盖板情况下，酸雾和含有挥发酸的水蒸气在盖板上凝结、滴落，会导致硅片正面被腐蚀，造成产品不良。
[0037] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀装置实施例中，所述的刻蚀槽的底部设置有用于冷却水进出的进口和出口，所述的冷却水的温度为20℃～25℃，可以使用冷却
水循环制冷，冷却水接在槽体底部冷盘的进、出口，水温优选控制在20℃～23℃。
[0038] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀装置实施例中，所述的数个滚轮包括三个具有第一直径的第一滚轮，所述的第一滚轮的直径比所述的第二滚轮的直径小1mm；所述的入槽位置设置有第三滚轮，所述的第三滚轮与所述的第二滚轮相同，比如，对于库特勒刻蚀机，刻蚀槽机台出厂时滚轮直径＝25mm。为保证常温刻蚀方案实现，刻蚀槽前3根滚轮直径为＝24mm。
[0039] 本发明还提供了一种用于电池片的常温刻蚀方法，所述的方法包括：刻蚀槽内采用包括HF和HNO3的混酸刻蚀液，所述的混酸刻蚀液中HNO3浓度高于HF浓度，所述的电池片从入槽位置进入刻蚀槽后依次经过数个第一滚轮和数个第二滚轮，所述的第一滚轮的直径设置成小于所述的第二滚轮的直径，且所述的第一滚轮设置成靠近电池片入槽位置，所述的电池片在入槽后依次在第一滚轮和第二滚轮上移动，刻蚀液在张力作用下平稳吸附到电池片的背面，防止过刻和刻蚀后边缘绝缘差。
[0040] 硅片入槽瞬间，药液在张力作用下平稳的吸附到硅片背面，不会导致过刻。
[0041] 在本发明提供的方法中，常温刻蚀初配槽中使用低氢氟酸、高硝酸的刻蚀液；刻蚀槽触液位置的前三根滚轮，滚轮直径比槽体内其它滚轮直径小1mm。
[0042] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀方法实施例中，所述的刻蚀槽为敞开式刻蚀槽。
[0043] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀方法实施例中，所述的刻蚀液包括初始液和配液，所述的初始液中氢氟酸、硝酸和水的体积比V(HF):V(HNO3):V(DI)＝1:6～7.5:1.5，量产时补液中氢氟酸、硝酸体积比V(HF):V(HNO3)＝1：2.2～2.5。例如，V(HF):V(HNO3):V(DI)＝1:6.2:1.5，补液比V(HF):V(HNO3)＝1：2.3。其中，氢氟酸
质量分数48.6％，硝酸质量分数68.7％。
[0044] 其中，氢氟酸、硝酸配槽和补液，都是遵循硝酸过量原则，目的是减缓HF腐蚀SiO2速度。Si和HF、HNO3反应时，HNO3首先会把Si氧
化成SiO2，然后HF再腐蚀掉SiO2，从而让反应不断进行。较低的HF浓度下，SiO2腐蚀速率慢，会阻挡HNO3对硅基底的持续腐蚀，NO气体放出量和产生速度就得到了很好的控制。
[0045] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀方法实施例中，所述的刻蚀槽的底部设置有用于冷却水进出的进口和出口，所述的冷却水的温度为20℃～25℃，使用冷却水降温方式保持槽体内药液温度恒定。
[0046] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀方法实施例中，所述的刻蚀的温度为23℃～27℃即，刻蚀槽药液工艺
温度控制在25±2℃。
[0047] 在本发明提供的用于电池片的常温刻蚀方法实施例中，所述的第一滚轮的数目为3，所述的第一滚轮的直径为24mm，所述的第二滚轮的直径为25mm。
[0048] 如图2～3所示，靠近电池片入槽位置5的分别为刻蚀槽内第1、2、3根滚轮，这三根滚轮直径比机台内其它滚轮直径小1mm。硅片和刻蚀槽药液接触瞬间，在药液张力作用下，药液瞬间吸附硅背面和侧面，会导致接触位置药液
波动大，硅片过刻。刚触液位置使用直径小1mm的滚轮，可以解决硅片和药液接触瞬间的药液波动，从第4根滚轮开始，滚轮直径增加，硅片和药液表面距离增加，但是药液在张力作用下又不会脱离硅片。这样硅片既不会过刻，也不会导致刻蚀后边缘绝缘差。
[0049] 本发明提供的常温刻蚀方案是一种可以在常温下(25℃)、使用HF+HNO3完成晶硅电池边缘和背面绝缘的方案，用于于扩散后硅片边缘腐蚀的新的工艺方案。该方案可以消除常规刻蚀工艺对冰水机制冷的依赖，直接拆除冰水机，而且不会对生产制程
稳定性带来影响。从而节约冰水机维护保养费用，降低太阳能电池制造成本。
[0050] 此方案可以直接推广到目前行业内使用的链式刻蚀机，批量生产过程中腐蚀的减重，边缘绝缘效果和正面外观均稳定可控，完全满足批量化生产要求。本发明可以完全关闭或直接拆除冰水机，节约电费和冰水机维保费用。
[0051] 本发明提供的常温刻蚀方案，拆除了冰水机，节约了冰水机维保费用，解决了因冰水机故障导致宕机风险。在未使用本发明的常温刻蚀方案前，6个月时间冰水机故障和宕机时间统计见表1。从统计数据看，使用冰水机制冷存在故障多，宕机影响生产频繁的问题。年维保费用统计见表2，年平均维保费用超过22万元RMB。
[0052] 表1：使用冰水机制冷情况下，冰水机常见故障和维修时间统计
[0053]
[0054]
[0055] 表2：冰水机制年维保费用统计
[0056]
[0057] 采用了本发明的用于电池片的常温刻蚀装置及相应方法，可以实现常温刻蚀批量稳定生产，如图4所示，过刻返工比例稳定在0.15％以内，优于行业内刻蚀过刻返工的平均水平，节约成本并推动行业技术进步。
[0058] 在此
说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种
修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
