[发明专利]一种降低金刚线切割的多晶硅片反射率的金属催化制绒方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅太阳能电池的制造领域，具体涉及一种降低金刚线切割的多晶硅片反射率的金属催化制绒方法。

背景技术

随着工业化经济的快速发展，生态环境的恶化，传统不可再生能源如煤、石油、天然气等面临着日益衰竭的危机，寻找新型可再生能源迫在眉睫。其中太阳能因其取之不尽、用之不竭成为替代传统石化能源的新型能源。太阳能光伏发电是利用光能转化为电能，光伏组件具有绿色环保、使用寿命长、成本低、高效便利等特点，成为世界普遍关注的焦点并成为重点发展的新兴产业。

目前光伏使用的晶体硅片切割方式主要有砂浆多线切割技术和金刚石线切割技术。其中采用砂浆多线切割的硅片表面主要以脆性破碎断裂形貌为主，表面损伤层较均匀，厚度约为10-11μm，表面存在不规则凹坑，本身缺陷分布均匀性好且表面无明显线痕，采用常规的HF-HNO₃-H₂O酸性体系制绒可以得到整面腐蚀均匀的绒面。不同于单晶硅利用碱性溶液对硅片不同晶向进行各向异性刻蚀，该酸性溶液能够对硅片表面的各种缺陷进行各向同性腐蚀，来降低硅片表面的反射率。反应原理是利用硝酸的氧化性将硅氧化成二氧化硅：Si+4HNO₃＝SiO₂+4NO₂+2H₂O，然后氢氟酸能够与二氧化硅继续反应进行蚀刻形成蠕虫状凹坑结构：SiO₂+6HF＝H₂SiF₆+2H₂O。采用常用的酸制绒方法可在硅片表面上形成有效的绒面结构，但砂浆多线切割技术存在切割工艺效率低、加工成本高、切割后废砂浆的排放污染等问题。相比之下，金刚石线切割(简称金刚线切割)技术具有切割时间短、材料损耗低、硅片加工成本低廉、环境污染小等特点，受到越来越多厂家的关注。金刚线切割的硅片表面同时存在脆性破碎断裂区域(占比小，以小深孔损伤为主)和塑性磨削区域(占比大)，表面损伤层较浅，厚度约为5～6μm，表面密布周期性的微米尺度切割划痕并且表面缺陷分布不均匀。采用HF-HNO₃-H₂O酸性体系制绒时，脆性破碎断裂区域经酸制绒形成蠕虫状凹坑结构；而塑性磨削区域却形成很浅的近似圆形的凹坑，反射率高，同时凹坑沿切割方向排列。常规的酸制绒工序处理金刚线切割多晶硅片形成的绒面非常不规则且较浅，还可见明显的线痕纹理，制得的绒面的反射率高达28～30％远远高于正常硅片水平，其电池转化效率也比较低，这也是金刚线切割多晶硅电池行业一直希望解决难题。

对于金刚石线切割多晶硅太阳能电池，减少晶硅绒面对入射太阳光的反射率，增加光吸收利用率，对于提高晶体硅太阳能电池效率有重要影响。目前针对晶硅绒面结构的制备主要有机械开槽法、反应离子蚀刻法(RIE)和化学蚀刻法三种，机械开槽和反应离子蚀刻不适合大面积商业化生产。例如专利号201410694985.2，公开的一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于采用SF₆/O₂/Cl₂混合气体等离子体干法刻蚀去除多晶硅片的前表面损伤层，然后进行RIE制绒在硅片前表面形成纳米绒面。用该方法制得的多晶硅绒面片具有较低的反射率，为进一步提高光电转换效率奠定了必要的基础，但是该方法制备工艺复杂，设备及损耗成本昂贵同时在处理过程中会排放出硫化物、卤素化合物等，特别是Cl₂，该气体存在剧毒，会对环境造成污染。

专利号为201610310040.5公开的一种金刚线切割的多晶硅片的制绒方法，采用HF-HNO₃-H₂O两步制绒法工艺，先利用传统的HF-HNO₃-H₂O制绒体系在金刚线切割多晶硅表面蚀刻出微米级的较大虫洞结构，然后利用H₂O₂-HF-H₂O体系再蚀刻出更小尺寸的微洞结构，通过两步酸性降低了硅片表面的反射率，但该制绒工艺无法得到整面腐蚀均匀的绒面结构，且绒面表面微米级的虫洞结构上蚀刻更小尺寸的微洞结构也会造成硅片表面形成过多的复合中心，这对提高电池的光电性能是不利的。