[发明专利]一种用于太阳能电池的晶体硅片的清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能电池的晶体硅片的清洗方法，属于太阳电池领域。

背景技术

常规的化石燃料日益消耗殆尽，在所有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳电池中，晶体硅太阳电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时晶体硅太阳电池相比其他类型的太阳能电池有着优异的电学性能和机械性能，因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。

目前，常规的晶体硅太阳能电池片的生产工艺包括：制绒，扩散，绝缘，镀膜，丝印烧结。其中，扩散工艺目的是使P原子替位Si原子，多出一个电子使该区域的Si呈现N型。当表面P浓度过高时，多余的P原子存在于Si原子中间形成填隙原子，并引起位错等缺陷，这些填隙原子、位错、缺陷对非但对电流无任何贡献，而且可以大量复合光生载流子，导致I_sc（短路电流）、V_oc（开路电压）下降，进而导致太阳能电池的转换效率降低。这些磷被称为非活性磷，该表层区域由于光被吸收所产生的载流子寿命太短，在扩散到P-N结之前就被复合，所以对电池效率没有贡献，又被称之为“死层”。

目前，去除硅片上的非活性磷（即扩散死层）基本有二种方法，一是通过调整扩散工艺来减少死层的产生；但该方法较难实现。二是通过化学腐蚀的方法将硅片表面非活性磷存在的硅层进行腐蚀，从而达到去除非活性磷的目的。

目前，化学腐蚀的方法通常采用强碱（例如KOH、NaOH等）溶液或者HNO₃和HF的混合液腐蚀硅片达到去除非活性磷的目的。然而，强碱溶液容易造成抛光的效果，且即便是稀释液，反应速率仍较快，腐蚀深度难以控制。而采用HNO₃和HF的混合液会产生有毒的氮氧化物气体，加重太阳能电池片生产中的污染且对设备的密封性提出较高要求，且该清洗液的腐蚀存在一个反应激活和自催化的过程，反应速度先慢后快，不易控制。

因此，开发一种稳定、无污染的用于太阳能电池的晶体硅片的清洗方法，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种用于太阳能电池的晶体硅片的清洗方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于太阳能电池的晶体硅片的清洗方法，包括如下步骤：

(1) 配置清洗液：将HF溶液和H₂O₂溶液进行混合，然后用碱液调节pH值，使其pH值控制在2~5之间，即可得到清洗液；

其中，HF和H₂O₂的摩尔比为1：2~8，清洗液中HF的摩尔浓度为10~40 mol/L；

(2) 将待处理的硅片放入上述清洗液中进行清洗，使清洗后的硅片的方块电阻提升5~10欧姆/sq；

清洗温度为20~25℃，清洗时间为100~200秒。

上文中，所述步骤(2)中待处理的硅片是指磷扩散后的硅片，其可以事先去除磷硅玻璃或不去除磷硅玻璃。

用碱液调节pH值，使其控制pH在2~5之间，一是为了稳定H₂O₂，避免H₂O₂在反应中的大量分解，导致H₂O₂浓度下降；二是为了控制反应速度，保证硅片在镀氮化硅减反射膜后的表面状况良好。

上述清洗时间可根据硅片的方阻进行调整，非活性磷是否去除根据磷扩散浓度测试结果来判断，也可以通过方块电阻来表征。

由于HF较易挥发，H₂O₂也容易自分解，所以清洗液需现用现配，并注意避光。

优选的技术方案，所述步骤(1)中的碱液为氢氧化铵。采用NH₄OH来调节，一是为了调控清洗液与硅片的反应速度，二是为了尽可能的保证H₂O₂的稳定，同时可与HF形成缓冲溶液，保证溶液环境的pH值。

优选的技术方案，所述步骤(1)中，用碱液调节pH值，使其pH值控制在2~4之间。

本发明选用H₂O₂和HF作为清洗液，其中H₂O₂可将硅氧化成二氧化硅，HF则可将氧化层去掉；通过将硅片氧化和去氧化的过程，将硅进行一层一层的剥离，达到腐蚀的效果，进而将非活性磷去除。

本发明的反应方程式如下：