[发明专利]一种干法黑硅片的高效量产制备方法

说明书

本发明公开了一种干法黑硅片的高效量产制备方法，包括以下步骤：步骤一，去除损伤层：采用酸腐蚀或者碱腐蚀的方法，将硅片表面的损伤层去除；步骤二，清洗：将去除损伤层的硅片进行清洗，去除其表面多孔硅以及药液残留；步骤三，磷扩散吸杂：采用浓磷扩散在步骤二得到的硅片表面形成重掺杂区，吸收硅片体内杂质；步骤四，去除扩散吸杂层：采用碱腐蚀的方法，去除扩散吸杂层；步骤五，制备黑硅片：采用RIE黑硅工艺制备黑硅片；步骤六，修饰绒面：对步骤五得到的表面具有纳米孔洞的黑硅片进行修饰，得到黑硅片。本发明成本低，易于量产，可以显著提升硅片品质，从而提高多晶电池效率，增加多晶产品的市场竞争力。

技术领域

本发明涉及光伏多晶硅片的制备领域，特别是涉及一种黑硅片的制备方法。

背景技术

近几年发展起来的金刚线硅片切割技术具有环境友好、损耗少、切片效率高等诸多有点，可使硅片成本大幅下降，此技术已经在单晶上实现了全面推广，但是在多晶上的推广使用时却遇到了很大的难题，这是由于金刚线切割硅片表面存在着一层非晶硅，影响了传统多晶硅HF/HNO₃制绒体系的有效性。虽然金刚线切割多晶硅片可以使得多晶成本下降较多，但是由于金刚线切割后的表面很难形成均匀的绒面，导致绒面反射率增高，电池效率反而降低，使得多晶电池在与单晶电池的竞争中处于下风。

在多晶硅中由于原材料，坩埚和制程的原因，多晶硅片中会溶解较多的金属杂质，特别是过渡族金属如铁、铜、镍等，同时多晶硅具有较高密度的晶界、位错、微缺陷等结构缺陷，这些金属的存在及其材料结构缺陷的相互作用极大地降低了器件的少子寿命，从而降低了太阳能电池的转换效率，也造成了目前的多晶硅产品市场份额不断下滑的局面。

针对多晶金刚线硅片难制绒问题，目前的金属催化化学腐蚀方法，由于成本低，与现有产线兼容好等优点得到了广泛的推广。

针对多晶硅片中的金属杂质的去除主要是通过外吸杂完成，外吸杂技术主要有磷吸杂、铝吸杂、磷铝吸杂等。这些吸杂技术在2013年之前院校和企业研究很多。唐骏等在铸造多晶硅硅片的磷吸杂研究中发现经过870℃磷吸杂40min后不同位置的少数载流子寿命都有显著的提高。陈金学，席珍强等研究了变温磷吸杂对多晶硅性能的影响。虽然很多研究和实验证明磷吸杂具有很大的优势，但是仅限于实验研究中，因为吸杂前需要去除多晶硅片的损失层，而这个损失层恰恰又是多晶制绒的必备，导致磷吸杂的技术研究与电池生产完全脱钩，无法量产。而在一些电池企业中，很多所谓的吸杂根本并不是纯粹的吸杂，只是一个磷扩散，形成PN结的过程，为了保证表面浓度较低，结深较浅的PN结结构，磷扩散都采用的是低浓度P扩散，这个吸杂效果十分有限。这也是一些企业磷吸杂无效率提升的结论。

同样的磷吸杂技术方面的专利也很多，内蒙古日月太阳能科技有限责任公司申请的“冶金多晶硅片磷吸杂方法及该法制成的硅片和太阳能电池”专利号CN201310040741.8,方法如下：腐蚀去除冶金多晶硅片表面损伤层；漂洗硅片并甩干；将硅片置于扩散炉中进行磷吸杂热处理，扩散磷源流量为650～700mL/min，干氧流量为500～700mL/min，扩散温度为920～970℃，扩散时间为30～45min，然后冷却硅片；腐蚀去除硅片表面由于磷扩散形成的吸杂层和PN结；漂洗硅片并甩干，得到磷吸杂后的冶金多晶硅片。此专利设计的技术在电池运用时由于腐蚀去除了表面损伤层，二次去除吸杂层时目前多晶电池主要采用混酸制绒，会发生择优腐蚀，造成硅片表面绒丝严重，最终形成漏电点，如采用碱腐蚀，会造成表面反射增加，造成电池端入射光损失严重，导致效率降低。

通威太阳能（合肥）有限公司申请的“一种降低氧气使用量的磷吸杂扩散工艺”，专利号CN201810376318.8，工艺过程包括：工艺开始、进舟、升温、前氧化、第一次沉积、第一次推进、第二次沉积、第二次推进、第三次沉积、第三次推进、后氧化、出舟。这个专利技术涉及的技术本质上是电池的扩散工艺，由于电池要求低表面浓度浅结，实际沉积推进温度只有790～850摄氏度，且时间短，吸杂效果有限。