技术领域
背景技术
[0002] 目前,在多晶黑硅制绒的工艺流程中,金属辅助湿法化学
刻蚀的方法越来越被广泛地采用,采用金属辅助湿法化学刻蚀能在
硅片表面制备出带纳米孔洞的多晶黑硅绒面结构。
[0003] 金属辅助湿法化学刻蚀一般采用
金属离子,由于金属颗粒都比较小,只有几纳米至几十纳米,在多晶黑硅上相应生成的纳米孔洞,其孔径也只有几纳米至几十纳米。为了提高绒面的
覆盖率和降低硅片表面的复合,提升
电池片的电性能,需要对金属辅助湿法化学刻蚀所得的多晶黑硅进行扩孔处理,使纳米孔洞的孔径达到几百纳米。
[0004] 可以通过某种扩孔酸液对多晶黑硅进行扩孔处理,如
专利“多晶黑硅制绒用扩孔酸液的添加剂及其应用”(
申请号201610688156.2)所公开的扩孔酸液。但通过该扩孔酸液处理后的多晶黑硅,制成组件后CTM比较低,CTM是“Cell to Moudle”的缩写,指电池片制成的组件对电池片的效率的利用率。故仅仅通过上述扩孔酸液进行扩孔处理,效果还不理想。同时,在现有黑硅制绒工艺中,扩孔后的孔洞尺寸只有200-500nm,这种微结构的硅片做成电池后,电池正
银栅线拉
力普遍比较低,不能达标,进而影响了黑硅工艺的推广和普及。因此能否开发一种新的扩孔工艺,将绒面尺寸优化到1微米左右,同时仍保持较低的反射率,保留黑硅的外观优势和
电流优势,将有极其重要的意义。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种多晶黑硅的扩孔工艺,通过双槽两步扩孔工序,使扩孔反应可控,能分别控制预扩孔、再扩孔的
腐蚀深度和腐蚀效果,获得外观良好、CTM较高且具有
蜂巢结构孔洞的多晶黑硅。
[0006] 为实现上述目的,本发明的技术方案是设计一种多晶黑硅的扩孔工艺,先采用金属辅助湿法化学刻蚀,将金刚线切割
多晶硅片制备成带纳米孔洞的多晶黑硅;再分两步对上述带纳米孔洞的多晶黑硅进行扩孔处理;所述扩孔处理包括如下步骤:1)将上述带纳米孔洞的多晶黑硅置入第一个扩孔槽内进行预扩孔,预扩孔所用的扩孔液由8%~18%的
氢氟酸、30%~50%的
硝酸、0.2%~0.6%的扩孔辅助剂A和余量的纯
水混合而成;预扩孔的扩孔液
温度为5~20℃,预扩孔的腐蚀时间为20~100s;
所述扩孔辅助剂A由2.0%~5.0%的
酒石酸、0.5%~2.0%的三
乙醇胺、0.2%~1.0%的聚乙烯醇和余量的纯水混合而成;
2)将经过预扩孔后的多晶黑硅置入第二个扩孔槽内进行再扩孔,再扩孔所用的扩孔液由0.1%~5.0%的氢
氧化
钾、0.5%~1.0%的扩孔辅助剂B和余量的纯水混合而成;再扩孔的扩孔液温度为15~30℃,再扩孔的腐蚀时间为20~100s;
所述扩孔辅助剂B由1.0%~3.0%的
柠檬酸、0.5%~2.0%的
马来酸酐共聚物、2.0%~4.0%的丙三醇和余量的纯水混合而成;
其中,各百分比为体积百分比。
[0007] 优选的,所述预扩孔所用的扩孔液由10%~12%的氢氟酸、37%~42%的硝酸、0.3%~0.5%的扩孔辅助剂A和余量的纯水和混合而成;
所述扩孔辅助剂A由2.5%~3.5%的酒石酸、1.0%~1.3%的三乙醇胺、0.4%~0.6%的聚乙烯醇和余量的纯水混合而成;
其中,各百分比为体积百分比。
[0008] 优选的,所述预扩孔的扩孔液温度为10~15℃,预扩孔的腐蚀时间为70~80s。
[0009] 优选的,所述再扩孔所用的扩孔液由0.5%~1.0%的氢氧化钾、0.5%~0.7%的扩孔辅助剂B和余量的纯水混合而成;所述扩孔辅助剂B由1.5%~2.0%的柠檬酸、0.5%~0.8%的马来酸酐共聚物、2.5%~3.0%的丙三醇和余量的纯水混合而成;
其中,各百分比为体积百分比。
[0010] 优选的,所述再扩孔的扩孔液温度为20~25℃,再扩孔的腐蚀时间为50~70s。
[0011] 本发明的优点和有益效果在于:提供一种多晶黑硅的扩孔工艺,通过双槽两步扩孔工序,使扩孔反应可控,能分别控制预扩孔、再扩孔的腐蚀深度和腐蚀效果,获得外观良好、CTM较高且具有蜂巢结构孔洞的多晶黑硅。
[0012] 本发明通过预扩孔将多晶黑硅的孔洞由几纳米扩大至200~400nm的圆孔;通过再扩孔对预扩孔后的圆孔进行进一步腐蚀,形成“蜂巢”结构孔洞,“蜂巢”结构孔洞的孔径可以达到1微米左右,这种“蜂巢”结构综合了圆孔结构和倒金字塔结构的优势,能使金刚线切割多晶硅片经黑硅制绒后晶花模糊,同时使电池效率更高,兼具外观和效率的优势。
[0013] 如果仅仅以预扩孔的扩孔液处理多晶黑硅,制成的组件CTM还比较低,究其原因,主要由于预扩孔所形成的圆孔结构中有较多的微结构,且圆孔尺寸较小,封装成组件时电流损失较大。可见有必要对预扩孔所形成的圆孔结构进行调整,以提高组件的CTM。本发明在预扩孔的
基础上,通过再扩孔可以进一步得到CTM较高的“蜂巢”结构孔洞。但是如果仅仅以再扩孔的扩孔液处理多晶黑硅,硅片的外观晶花明显,客户不能接受。本发明通过预扩孔和再扩孔两步法,可获得外观良好同时CTM较高的多晶黑硅。
[0014] 扩孔液组分配比,扩孔液温度,腐蚀时间,这些预扩孔和再扩孔的工艺参数会直接决定预扩孔、再扩孔的腐蚀深度和绒面腐蚀效果,经过反复试验,本发明预扩孔和再扩孔的工艺参数能保证扩孔效果达到最佳状态。
[0015] 本发明将绒面尺寸优化到1微米左右(“蜂巢”结构孔洞的孔径可以达到1微米左右),可以提升开压和效率,同时仍保持较低的反射率,保留黑硅的外观优势和电流优势。
[0016] 另外,由于本发明将绒面尺寸优化到1微米左右,这种微结构的硅片做成电池后,电池正银栅线拉力可靠达标,更利于黑硅工艺的推广和普及。
附图说明
[0017] 图1是本发明两步扩孔后的硅片场发射
电子扫描
显微镜图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和
实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0019] 本发明具体实施的技术方案是:一种多晶黑硅的扩孔工艺,先采用金属辅助湿法化学刻蚀,将金刚线切割多晶硅片制备成带纳米孔洞的多晶黑硅;再分两步对上述带纳米孔洞的多晶黑硅进行扩孔处理;所述扩孔处理包括如下步骤:
1)将上述带纳米孔洞的多晶黑硅置入第一个扩孔槽内进行预扩孔,预扩孔所用的扩孔液由8%~18%的氢氟酸、30%~50%的硝酸、0.2%~0.6%的扩孔辅助剂A和余量的纯水混合而成;预扩孔的扩孔液温度为5~20℃,预扩孔的腐蚀时间为20~100s;
所述扩孔辅助剂A由2.0%~5.0%的酒石酸、0.5%~2.0%的三乙醇胺、0.2%~1.0%的聚乙烯醇和余量的纯水混合而成;
2)将经过预扩孔后的多晶黑硅置入第二个扩孔槽内进行再扩孔,再扩孔所用的扩孔液由0.1%~5.0%的氢氧化钾、0.5%~1.0%的扩孔辅助剂B和余量的纯水混合而成;再扩孔的扩孔液温度为15~30℃,再扩孔的腐蚀时间为20~100s;
所述扩孔辅助剂B由1.0%~3.0%的柠檬酸、0.5%~2.0%的马来酸酐共聚物、2.0%~4.0%的丙三醇和余量的纯水混合而成;
其中,各百分比为体积百分比。
[0020] 优选的,所述预扩孔所用的扩孔液由10%~12%的氢氟酸、37%~42%的硝酸、0.3%~0.5%的扩孔辅助剂A和余量的纯水和混合而成;
所述扩孔辅助剂A由2.5%~3.5%的酒石酸、1.0%~1.3%的三乙醇胺、0.4%~0.6%的聚乙烯醇和余量的纯水混合而成;
其中,各百分比为体积百分比。
[0021] 优选的,所述预扩孔的扩孔液温度为10~15℃,预扩孔的腐蚀时间为70~80s。
[0022] 优选的,所述再扩孔所用的扩孔液由0.5%~1.0%的氢氧化钾、0.5%~0.7%的扩孔辅助剂B和余量的纯水混合而成;所述扩孔辅助剂B由1.5%~2.0%的柠檬酸、0.5%~0.8%的马来酸酐共聚物、2.5%~3.0%的丙三醇和余量的纯水混合而成;
其中,各百分比为体积百分比。
[0023] 优选的,所述再扩孔的扩孔液温度为20~25℃,再扩孔的腐蚀时间为50~70s。
[0024] 本发明两步扩孔后的多晶黑硅,其硅片场发射电子扫描显微镜图如图1所示。从图1中可以看出,本发明两步扩孔后的多晶黑硅,外观良好,具有“蜂巢”结构孔洞,且“蜂巢”结构孔洞的孔径可以达到1微米左右。
[0025] 再通过对比实验验证可知,与仅进行预扩孔的多晶黑硅相比,本发明两步扩孔后的多晶黑硅性能明显提高,具体如下表所示。比较项目 开路
电压(V)
短路电流(A) 填充因子 光电转换 效率(%) CTM(%)仅进行预扩孔的 多晶黑硅 0.6378 8.989 80.26 18.91 98.6
经过两步扩孔后的多晶黑硅 0.6399 9.026 79.93 18.97 99.0
△(性能提升) 0.0021 0.037 -0.33 0.06 0.04
[0026] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。