[发明专利]用于单晶硅片的无醇碱性制绒液、制绒方法、太阳能电池片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种用于单晶硅片的无醇碱性制绒液、制绒方法、太阳能电池片及其制作方法。

背景技术

在太阳能电池片的制作过程中，为了提高太阳能电池的性能和效率，需要在硅片表面制作绒面，有效的绒面结构可使得入射太阳光在硅片表面多次反射和折射，改变入射光在硅片中的前进方向，一方面延长了光程，增加了硅片对红外光的吸收率；另一方面使得更多的光子在靠近p-n结附近的区域被吸收产生光生载流子，这些光生载流子更容易被收集，因此增加了光生载流子的收集效率。因此，制绒是制作太阳能电池的重要步骤，是制作具有减少反射功能的硅表面的有效方法，因此，在太阳能电池的制作过程中，一般都采用制绒的方式将硅片表面织构化，利用表面的陷光作用促进太阳光的吸收，提高电池的转换效率。

硅片制绒分为酸制绒和碱制绒，酸制绒即采用酸溶液（硝酸、盐酸、氢氟酸等）对硅片进行各向同性腐蚀，一般应用于多晶硅电池的制绒；而碱制绒采用碱溶液对单晶硅各向异性腐蚀，单晶硅电池的绒面通常是利用碱制绒形成，利用碱溶液对硅片的不同表面不同的腐蚀速率，如对（111）晶面腐蚀较慢，而对（100）晶面腐蚀较快。当采用碱溶液对硅片表面腐蚀时，由于各项异性腐蚀特性，会在硅片表面形成金字塔、倒金字塔等表面组织化结构，这些形成的金字塔型织构化表面使入射光多次反射，大大加强了光的吸收，提高了转换效率。

相对于单晶硅，多晶硅具有低成本的突出优势，在近年来的太阳能电池市场中占有着较大的比例。但是多晶硅中晶粒取向具有随机性，且存在大量晶界及缺陷，作为电池的基体材料，质量不及单晶硅。另一方面，由于多晶硅片中各晶粒的取向不一，在后续电池片制作过程中，不能使用综合效益很好的碱制绒方法。在生产中，对于多晶硅一般采用各向同性的酸制绒方式，通过改进已经能起到较好的织构化效果，但是跟碱制绒相比，还是存在较大差距。

考虑到单晶硅具有低缺陷、高转换效率、高效性等优点，其转换效率高达19%以上，特别是碱制绒方法的广泛应用使得单晶硅电池片更具优势，单晶硅片经过碱制绒在1000nm波长处，其反射率能够保持在10%以下，相对于多晶硅电池具有更优异的性能，故在生产上具有较高的生产价值。

目前主要采用常规多线单向切割工艺使用砂浆及钢线对硅锭进行切割，切割时会在硅片表面产生一定的损伤层，该损伤层较深，一般为5～11μm，如果该损伤层不能够被有效地去除掉，必将会影响电池的转换效率，故生产中一般采用如下方法对上述常规切割方法得到的单晶硅进行处理：预清洗—>水洗—>制绒—>水洗—>酸洗（氢氟酸和盐酸）—>酸洗（氢氟酸）—>热水洗—>慢提拉—>热风干燥。该操作步骤中采用碱制绒制作表面的陷光结构，反射率为9.1～10%。碱制绒是指制绒槽内装有氢氧化钾或氢氧化钠、异丙醇与制绒添加剂的混合溶液，然后将水洗后的硅片浸泡进制绒槽内制绒，制绒槽内硅与碱溶液发生如下反应：Si+2H₂O+2OH^-=SiO₂(OH)₂+2H₂。制绒过程中因为有异丙醇和制绒添加剂的参与反应不太剧烈，异丙醇可以降低硅片表面张力，减少气泡在硅表面的吸附，促进氢气泡的释放，使制绒后形成的金字塔织构更加均匀一致。

但是随着金刚石线切割硅片的广泛应用，考虑到金刚石线切割硅片具有较多的优势，人们不再采用现有的多线单向切割工艺。但目前所存在的问题是金刚石线切割后的硅片表面损伤层减小，如果再采用上述碱性制绒液进行制绒，会导致硅片表面的腐蚀速率变慢且不均匀，使得腐蚀深度不合格，最终导致硅片表面组织化结构金字塔的大小不均匀，进而降低了太阳能电池的转换效率。加上异丙醇为无色透明挥发性液体，有似乙醇和丙酮混合物的气味，其蒸汽能对眼睛、鼻子和咽喉产生轻微刺激，也能通过皮肤被人体吸收，并且异丙醇易挥发，因此在生产过程中对设备的密闭性要求高，经处理后含有异丙醇的废液也是行业的重要污染源之一，后续污染处理费用较高，不符合企业的节能减排和绿色无污染的要求。

因此，为了提高太阳能电池转换效率，有必要开发一种适合金刚石线切割硅片且对人体和环境无害的制绒工艺。

发明内容

本发明旨在提供一种用于单晶硅片的无醇碱性制绒液、制绒方法、太阳能电池片及其制作方法，采用无醇碱性制绒液对金刚石线切割后的单晶硅片表面制绒后得到的绒面上的金字塔结构较小且均匀一致，降低了硅片的表面反射率，提高了太阳能电池转换效率。