[发明专利]太阳能电池的N型晶体硅衬底的清洗处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的N型晶体硅衬底的清洗处理方法，特别适用于薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池与全背电极太阳电池等的器件制造中。

背景技术

目前，一种典型的晶硅太阳电池的制备常包含有很多个步骤。一般来说，对晶硅衬底进行高质量的绒面制备及后清洗处理则是整个器件能否取得高效的关键第一步， 尤其是需正确无误地对制绒后表面形貌与所可能包含的污染物实施完善处理。

对于传统的一般高温扩散结太阳电池来说，其制绒后表面清洗工作仅包括反应中和与表面氧化膜去除两步， 具体是使用经稀释的盐酸(HCL)溶液中和脱去制绒后表面残留的碱金属与其它可能粘附的金属粒子，去离子水洗后再用低浓度的氢氟酸(HF)短时间浸泡以脱去表面氧化膜，去离子水冲洗吹干后即可开展下一步的电池制备工艺。 

但是，在高效薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池与全背电极太阳电池等的应用领域， 尤其是在使用低成本直拉法(CZ)及快速铸锭所制备的N型晶体硅衬底上，上述简单的清洗制绒手段已基本失去可行性。这是因为，对于此些高效率太阳电池，载流子在衬底表面与界面的复合快慢则成了其能否取得高效的关键，而载流子表面与界面复合的降低则离不开后续使用化学气相沉积方法在硅表面沉积高质量的纳米级(nm)范畴的介质膜以达到出色的表面钝化效果。但在电池制备实践中，能否取得完全洁净无污染的制绒结构则是这一关键步骤成败的前提。

对于硅片的清洗， 采用比较多的是美国无线电公司发明的标准RCA清洗工艺， 主要包括名为RCA-1与RCA-2的两大步骤。在50~80℃加热条件下，采纳配比为5:1:1的去RCA-1溶液， 即离子水(DI)+氨水(NH₄OH)+过氧化氢(H₂O₂)， 经8~10分钟的洗涤可有效去除硅片表面的有机粒子污染，另外，使用比为6:1:1的去RCA-2溶液， 即离子水(DI)+盐酸(HCL)+过氧化氢(H₂O₂)， 经8~10分钟的洗涤可有效去除硅片表面的金属离子污染。

虽然经典的RCA清洗方法在一般半导体实践中可有效消除衬底表面污染， 但在异质结电池等的制作方面，还是有晶硅绒面形貌结构等的其它问题限制其直接应用于器件制备。具体在于，经碱制绒工艺制备出的绒面金字塔，其在构造上通常是呈现出一种尖锐的金字塔顶与凹凸不平的金字塔谷底夹杂分布状况，因而，在上述绒面形貌结构未加以针对性处理前提下，很难使用等离子体沉积技术在衬底表面制备良好钝化能力的纳米级非晶硅薄膜。并且，高质量的表面与界面钝化性能，还要求钝化介质膜必须均匀一致的在晶硅绒面结构表面生长沉积，包括在金字塔尖端、谷底与各组成晶面等区域的有效沉积。总之，如果直接在仅经RCA清洗过的绒面表面生长非晶硅薄膜，会因薄膜在不同金字塔结构处的厚度不均及穿透等问题引起表面钝化急剧变差，进而导致载流子表面复合速率很高，使得器件的开路电压与短路电流明显偏低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种太阳能电池的N型晶体硅衬底的清洗处理方法，它能够提高衬底表面的洁净度，使其平整光滑，从而改善制备的太阳能电池的开路电压、短路电流和填充因子，提升电池光电转换性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种太阳能电池的N型晶体硅衬底的清洗处理方法，该方法的步骤如下：

（1）用去离子水冲洗经过制绒处理后的N型晶体硅衬底，然后将其浸渍在浓硫酸和过氧化氢的混合溶液中5~15min，并保证温度80~100℃，完成后再用去离子水冲洗衬底；其中，浓硫酸和过氧化氢的配比为1：1~1:4；

（2）接着将衬底浸泡于含有2%氯化氢和3%氢氟酸的混合溶液中2~3min，之后再用去离子水冲洗干净；

（3）接着将衬底浸渍在配比为1：1：6、温度为60℃~80℃的氯化氢：过氧化氢：水的混合液中洗涤10~15min，之后再用去离子水冲洗，然后将衬底表面烘干待用；

（4）接着将干燥的衬底进行刻蚀处理，然后再用去离子水冲洗；

（5）接着将衬底浸泡在含有2%氯化氢和3%氢氟酸的混合溶液中2~3min，之后再用去离子水冲洗干净；

（6）接着在60℃~80℃条件下，使用配比为1：1：4的一水合氨：过氧化氢：水的混合液对衬底预清洗处理；

（7）接着将衬底浸泡在含有48%氟化铵和1%氢氟酸的混合溶液中1~3min，之后再用去离子水冲洗干净；