硅太阳能电池片制绒装置及方法
专利名称：硅太阳能电池片制绒装置及方法
技术领域：
本发明涉及光伏行业技术领域，更具体地说，涉及ー种硅太阳能电池片制绒装置及方法。
背景技术：
太阳能电池，也称光伏电池，是ー种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是緑色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是ー种具有广阔发展前景的新型能源。太阳能电池的制造エ艺包括制绒、扩散制结、周边刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结等エ艺步骤。在上述エ艺步骤中，所述制绒主要是通过物理或化学反应使原本光亮 的电池片表面形成凸凹不平的结构，所形成的凸凹不平的结构不仅可以使得光线二次反射耦合进入到电池片内部，大大降低表面的反射率；而且可以降低耦合到电池片中的光线在特定的倾角下经后表面反射后从前表面逃逸的几率。因此，制绒エ艺的好坏直接影响硅太阳能电池片表面的反射率，影响硅太阳能电池片的光电转换效率。エ业上对硅太阳能电池片(包括单晶硅和多晶硅太阳能电池片)进行制绒时常采用湿法化学刻蚀。对于单晶硅太阳能电池片来说，通过在碱液中添加异丙醇以改善电池片表面的浸润性，并通过碱液在单晶硅表面的各向异性刻蚀，随机产生出具有金字塔状的绒面结构。对于多晶硅太阳能电池片而言，常采用HF和HNO3的混合酸液对其进行处理，刻蚀过程在多晶硅线切割留下的锯痕缺陷处择优发生，其刻蚀过程不依赖于晶格取向。然而，上述采用湿法化学刻蚀对硅太阳能电池片进行制绒正日益面临着水资源短缺和环境污染等问题。例如，对于常规的多晶硅太阳能电池片湿法化学刻蚀エ艺而言，每片电池片耗用去离子水量约IOL左右；制绒エ艺结束后剰余的大量的化学废液将成为难处理的污染源之一。另外，酸液处理的硅表面织构化増加了为节约成本而越来越薄的多晶硅片的脆性，増大了多晶硅片的破损率。除此之外，采用湿法化学刻蚀进行制绒，所得硅太阳能电池片表面的反射率在23%以上，很难实现反射率的进ー步降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种硅太阳能电池片制绒装置及方法，以解决采用湿法化学刻蚀进行制绒时所存在的水资源短缺和环境污染等问题，且能够降低硅片的破损率，降低硅太阳能电池片表面的反射率。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种硅太阳能电池片制绒方法，该方法包括将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中；向所述等离子体装置中通入反应气体；所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体；所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。优选的，上述方法中，所述双射频电源包括上电极射频电源和下电极射频电源；其中，所述上电 极射频电源的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，所述下电极射频电源的激发频率为 13. 56MHz 或 2MHz。优选的，上述方法中，所述反应气体包括六氟化硫和氧气；其中，通入的六氟化硫的流量为40 48sccm,通入的氧气的流量为2 lOsccm。优选的，上述方法中，向所述等离子体装置中通入反应气体后，控制所述等离子体装置中的气压为O. 75 3Pa。优选的，上述方法中，所述上电极射频电源的功率为100 500W。优选的，上述方法中，所述等离子体对所述硅太阳能电池片进行刻蚀的时间为IOmin0优选的，上述方法中，所述硅太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片或多晶硅太阳能电池片。本发明还提供了一种硅太阳能电池片制绒装置，该装置包括反应腔体，所述反应腔体的侧壁设置有进气ロ，所述反应腔体的底部设置有排气Π ；分别位于所述反应腔体内部顶端和底端的上电极和下电极；位于所述反应腔体外部，分别与所述上电极和下电极相连的上电极射频电源和下电极射频电源；与所述排气ロ相连的尾气处理装置。优选的，上述装置中，所述上电极射频电源通过上匹配网络与上电极相连，所述下电极射频电源通过下匹配网络与下电极相连；其中，所述上匹配网络和下匹配网络均分别包括两个可调电容和一个感应线圈。优选的，上述装置还包括设置在所述反应腔体内部侧壁处的匀流环。从上述技术方案可以看出，本发明所提供的硅太阳能电池片制绒方法，首先将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中，然后向所述等离子体装置中通入反应气体，该反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体，所述等离子体对硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。本发明由于采用双射频电源激发的容性耦合等离子体刻蚀实现了对硅太阳能电池片的制绒，因此该方法属于干法制绒，相对湿法制绒来说，该方法不需要消耗酸碱液，因此可节省水资源，且该方法可避免湿法制绒过程后化学废液对环境的污染；除此之外，该方法在制绒过程中反应物和生成物均为气态，因而不存在湿法制绒中液体对硅片的机械冲击破损，大大降低了硅片的破损率；再有，通过该方法对硅太阳能电池片进行制绒后，能够极大地降低硅太阳能电池片表面的反射率，进而提高硅太阳能电池片的光电转换效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例所提供的硅太阳能电池片制绒方法的流程示意图；图2为本发明实施例所提供的等离子体对硅太阳能电池片进行刻蚀的机理图；图3为本发明实施例所提供的对单晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图；图4为本发明实施例所提供的不同负偏压下制绒后所得多晶硅绒面的反射率曲线图； 图5为本发明实施例所提供的对多晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图；图6为本发明实施例所提供的不同射频电源频率下制绒后所得多晶硅绒面的反射率曲线图；图7为本发明实施例所提供的硅太阳能电池片制绒装置的结构示意图；图8为本发明实施例所提供的上匹配网络的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例一正如背景技术部分所述，エ业上常采用湿法化学刻蚀对所述硅太阳能电池片进行制绒(可简称湿法制绒)，而采用湿法制绒时需要消耗大量的酸碱液，因此存在水资源短缺的问题，且湿法制绒后剩余的大量化学废液会成为环境的污染源之一。除此之外，由于现在的硅片越来越薄，故酸碱液处理后的硅片极易发生破碎，造成硅太阳能电池片的报废。再有，采用湿法制绒后所得硅太阳能电池片表面的反射率较高，一般均在23%以上，很难实现反射率的进ー步降低，因此，无法提高硅太阳能电池片的光电转换效率。基于此，本发明提供了一种基于双射频电源激发的容性耦合等离子体干法刻蚀对硅太阳能电池片进行制绒的方法。參考图1，该方法具体包括如下步骤步骤SI :将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中。所述双射频电源激发的容性耦合等离子体装置包括反应腔体；位于所述反应腔体内部的上电极和下电极；位于所述反应腔体外部，分别与所述上电极和下电极相连的上电极射频电源和下电极射频电源。该等离子体装置也可称为硅太阳能电池片制绒装置，该装置具体可參考本说明书中后面部分所述。将需要进行制绒的硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。步骤S2 向所述等离子体装置中通入反应气体。在所述等离子体装置中，在反应腔体的侧壁靠近顶部设置有进气ロ。通过进气ロ向所述等离子体装置中通入反应气体。本发明实施例中所述反应气体包括六氟化硫和氧气两种气体。且通入反应气体时应控制通入的六氟化硫的流量为40 48sccm,控制通入的氧气的流量为2 lOsccm。向所述等离子体装置中通入反应气体后，调节等离子体装置中的反应腔室(或真空室)与分子泵之间的联接阀(简称高阀)，使得所述等离子体装置中反应腔室内的气压处于O. 75 3Pa之间。步骤S3 :所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体。开启所述双射频电源，即开启上电极射频电源和下电极射频电源。本发明实施例中所述上电极射频电源的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，上电极射频电源的功率可控制在100 500W之间；所述下电极射频电源的激发频率为13. 56MHz或2MHz，下电极射频电源的功率可控制在O 150W之间。
所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体，所述等离子体包括SF'F'Cf等活性基团。步骤S4 :所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。參考图2，图2为本发明实施例所提供的等离子体对硅太阳能电池片进行刻蚀的机理图。本发明实施例中所述等离子体包括SFx(所述X为I 5之间的整数)、F、0、正离子、负离子和电子等。在晶体硅100表面存在一个鞘层区101，所述正离子在双射频电源的作用下通过鞘层区101向晶体硅100表面运动，中性粒子一般通过扩散作用运动到晶体硅100表面。所述等离子体在双射频电源(尤其是下电极射频电源)的作用下向晶体硅100表面运动。等离子体中的氟原子很容易与硅反应生成挥发性的SiF4，从而实现硅的刻蚀。而等离子体中的氧原子则起到氧化晶体硅100表面的作用，氧原子和氟原子一起在硅表面又会反应生成氟氧硅钝化层102，尤其在表面微结构的侧壁形成氟氧硅钝化层102以阻止硅的侧向刻蚀。所述等离子体在晶体硅表面刻蚀和钝化是同时进行的，两者是ー对竞争的过程。在衬底表面由于离子的轰击，钝化层厚度较薄，因而能够有效地向下刻蚀；而表面微结构侧墙处的钝化层较厚，难以获得有效的离子动量传递，故刻蚀现象不明显。因此，所述等离子体在双射频电源的作用下，在晶体硅表面形成高度的各向异性刻蚀，从而实现对硅太阳能电池片进行制绒的目的。由上述实施例可以看出，本发明所提供的硅太阳能电池片制绒方法，基于双射频电源激发的容性耦合等离子体干法刻蚀来实现制绒，相对湿法制绒来说，该方法不需要消耗酸碱液，因此可节省水资源，且该方法可避免湿法制绒过程后化学废液对环境的污染；除此之外，该方法在制绒过程中反应物和生成物均为气态，因而不存在湿法制绒中液体对硅片的机械冲击破损，大大降低了硅片的破损率；再有，通过该方法对硅太阳能电池片进行制绒后，能够极大地降低硅太阳能电池片表面的反射率，进而提高硅太阳能电池片的光电转换效率。除了上述优点之外，该方法还不依赖于晶体硅表面的状态(如表面的洁净度、表面的活性或金字塔成核密度等)，而湿法制绒则不然，因此，该方法具有エ艺操作方便、易于控制的优点，具有更好的可靠性和重复性。而且，该方法由于采用了双射频电源激发的容性耦合等离子体刻蚀来实现制绒，因此，在可产生大面积均匀性等离子体的同时，还能使等离子体密度和离子能量达到同时可控。由该方法所制得的晶体硅绒面的微结构分布更加均匀，尺度更加精细，縮小了耗尽区面积，相应提高了硅太阳能电池片的开路电压。下面以具体例子详细描述本发明所提供 硅太阳能电池片制绒方法。实施例ニ本实施例中以单晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。所述单晶硅为η型(100)晶面的直拉单晶硅。将所述单晶硅放入双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。所述下电极可连接水冷系统进行冷却，因此，所述下电极也可称为水冷基片架。对所述等离子体装置中的反应腔室进行抽真空，一般抽至5Χ 10_3Pa左右即可，此时，由所述等离子体装置侧壁的进气ロ以45sCCm的流量通入SF6和以5Sccm的流量通入O2，待通入的气体稳定后，调节高阀使反应腔室的气压保持在约0.75Pa。之后开启连接上电极的上电极射频电源，设置所述上电极射频电源的频率为27. 12MHz，功率为250W，同时开启连接下电极的下电极射频电源，设置所述下电极射频电源的频率为13. 56MHz，功率为50W。SF6和O2在上、下电极射频电源的作用下产生等离子体，所述等离子体对下电极上的单晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为lOmin。之后关闭上、下电极射频电源，停止向反应腔室中通入气体，再对所述反应腔室进行抽真空至5X10_3Pa左右，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出单晶硅片，测试得出该单晶硅太阳能电池片的绒面反射率在SOOnm的波段时为5%。參考图3，图3为本实施例中对单晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图。图上右下角标出了 500nm的长度，图中示出了该单晶硅太阳能电池片制绒后表面的微结构尺度在纳米量级。由图可看出，单晶硅太阳能电池片表面已形成凸凹不平的形状，这种结构有助于减小太阳光在其上的反射率，从而可提高硅太阳能电池片的光电转换效率。实施例三本实施例中仍然以单晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。与实施例ニ所不同的是，本实施例中设置上电极射频电源的功率为500W，其他各条件及步骤等均与实施例二相同，最終对所述单晶硅太阳能电池片进行制绒后，经过测试所得硅片绒面的反射率在SOOnm的波段时为2%，相对实施例ニ来说，硅太阳能电池片表面的反射率得到了进ー步的降低。这是由于提高了上电极射频电源的功率，可使反应腔室内产生的等离子体的密度更大，因此，在其他条件均相同时，对晶体硅表面刻蚀进行得更充分，制绒效果更佳，从而可降低硅片绒面的反射率。实施例四本实施例中以多晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。首先选取5片相同的P型多晶硅。将第一片多晶硅放入双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。对所述等离子体装置中的反应腔室进行抽真空，抽至5X10_3Pa左右即可，此时，由所述等离子体装置侧壁的进气ロ以45SCCm的流量通入SF6和以5SCCm的流量通入02，待通入的气体稳定后，调节高阀使反应腔室的气压保持在约O. 75Pa。之后开启连接上电极的上电极射频电源，设置所述上电极射频电源的频率为27. 12MHz，功率为250W，同时开启连接下电极的下电极射频电源，设置所述下电极射频电源的频率为13. 56MHz，调节下电极射频电源的功率使得下电极产生的负偏压为200V。SF6和O2在上、下电极射频电源的作用下产生等离子体，所述等离子体对下电极上的多晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为lOmin。之后关闭上、下电极射频电源，停止向反应腔室中通入气体，再对所述反应腔室进行抽真空至5X KT3Pa左右，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出多晶硅片。对该多晶硅的绒面进行反射率的测试，得到如图4中菱形所形成的曲线图，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得多晶硅绒面的平均反射率在6%左右。完成第一片多晶硅表面的制绒后，对其余四片多晶硅按照所述第一片多晶硅制绒的步骤进行制绒。所不同的是，在对剩余的四片多晶硅进行制绒时，分别调节下电极射频电源的功率使得下电极产生的负偏压分别为0V、50V、100V和150V，其余各条件及步骤均与所述第一片多晶硅制绒的相同，在此不再赘述。对剩余的四片多晶硅进行制绒完成后，分别测试其绒面的反射率，得到的曲线图如图4所示。图中正方形所形成的曲线对应下电极产生的负偏压为OV时进行制绒的多晶 娃，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在20%左右；图中圆形所形成的曲线(图中不太明显，被上三角形所形成的曲线所遮挡了)对应下电极产生的负偏压为50V时进行制绒的多晶硅，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在4%左右；图中上三角形(或称正三角形)所形成的曲线对应下电极产生的负偏压为IOOV时进行制绒的多晶硅，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在3%左右；图中下三角形(或称倒三角形)所形成的曲线对应下电极产生的负偏压为150V时进行制绒的多晶硅，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在5%左右。由图4可知，当下电极所产生的负偏压不同时，进行制绒后所得硅太阳能电池片绒面的平均反射率也是不同的。对于没有负偏压的情况(即负偏压为OV吋)，所得硅太阳能电池片绒面的平均反射率最大，负偏压为IOOV时，所得硅太阳能电池片绒面的平均反射
率最小。參考图5，图5为第一片多晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图，图上右下角标出了 ΙΟμπι的长度。相比图3单晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图而言，该图中示出了多晶硅太阳能电池片绒面的微结构尺度在微米量级，如果将其微结构扩大，可同样得到类似图3所示的形貌。实施例五本实施例中仍然以多晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。首先选取4片相同的P型多晶硅。将所述4片相同的P型多晶硅中的一片放入双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。对所述等离子体装置中的反应腔室进行抽真空，抽至5X10_3Pa左右即可，此时，由所述等离子体装置侧壁的进气ロ以45sccm的流量通入SFf^P以5sccm的流量通入O2，待通入的气体稳定后，调节高阀使反应腔室的气压保持在约O. 75Pa。之后开启连接上电极的上电极射频电源，设置所述上电极射频电源的频率为27. 12MHz，功率为250W，同时开启连接下电极的下电极射频电源，设置所述下电极射频电源的频率为13. 56MHz，功率为50W。SF6和O2在上、下电极射频电源的作用下产生等离子体，所述等离子体对下电极上的多晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为lOmin。之后关闭上、下电极射频电源，停止向反应腔室中通入气体，再对所述反应腔室进行抽真空至5X 10_3Pa左右，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出多晶硅片。对该多晶硅的绒面进行反射率的测试，得到如图6中圆形所形成的曲线图，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得多晶硅绒面的平均反射率在2. 5%左右。
之后对剩余的三片多晶硅按照上段所述多晶硅的制绒步骤进行制绒，所不同的是，在对剩余的三片多晶硅进行制绒时，设置其所对应的上、下电极射频电源的频率不尽相同。其中一片多晶硅在进行制绒时，其所对应的上电极射频电源的频率为27. 12MHz，下电极射频电源的频率为2MHz，对该多晶硅进行制绒后对其绒面的反射率进行测试，得到如图6中方形所形成的曲线，当太阳光波段在400 IOOOnm时其绒面平均反射率在7%左右；另一片多晶硅在进行制绒时，其所对应的上电极射频电源的频率为40. 68MHz，下电极射频电源的频率为2MHz，对该多晶硅进行制绒后对其绒面的反射率进行测试，得到如图6中上三角形所形成的曲线，当太阳光波段在400 IOOOnm时其绒面平均反射率在12%左右；第三片多晶硅在进行制绒时，其所对应的上电极射频电源的频率为40. 68MHz，下电极射频电源的频率为13. 56MHz，对该多晶硅进行制绒后对其绒面的反射率进行测试，得到如图6中下三角形所形成的曲线，当太阳光波段在400 IOOOnm时其绒面平均反射率在11 %左右。本实施例中通过对4片相同的多晶硅进行制绒，4片多晶硅在进行制绒过程中，分别采用上、下电极射频电源频率的不同组合，并对最終所得4片多晶硅的绒面进行反射率的测试，得到如图6所示。由图6可知，当上、下电极射频电源的频率分别为27. 12MHz和13. 56MHz时，所得硅太阳能电池片绒面的平均反射率最低。上述几个实施例详细描述了本发明所提供的硅太阳能电池片制绒方法，下面重点描述本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置。实施例六參考图7，图7为本发明实施例所提供的硅太阳能电池片制绒装置的结构示意图，该装置具体包括反应腔体I ;位于所述反应腔体I内部顶端的上电极2和位于所述反应腔体I内部底端的下电极3 ;位于所述反应腔体I外部，与所述上电极2相连的上电极射频电源4和与所述下电极3相连的下电极射频电源5 ;与反应腔体I底部相连的尾气处理装置8。所述反应腔体I构成ー个中空的腔体结构，其内部可称为反应腔室。在所述反应腔体I的侧壁靠近顶端部位设置有进气ロ 12，反应气体可由所述进气ロ 12传输至反应腔室内，在所述反应腔体I的底部设置有排气ロ 13，所述排气ロ 13连接尾气处理装置8，反应结束后的气体可由所述排气ロ 13排出，进而由尾气处理装置8进行处理，从而不会对环境造成污染。本发明实施例中所述上电极射频电源4的一端通过上匹配网络6与上电极2相连，其另一端接地；所述下电极射频电源5的一端通过下匹配网络7与下电极3相连，其另一端也接地。參考图8，图8示出了上匹配网络6的结构示意图，所述上匹配网络6包括两个可调电容Cl和C2，及ー个感应线圈し其中，可调电容Cl与上电极射频电源4并联；感应线圈L的一端连接上电极射频电源4的非接地端，其另一端连接可调电容C2的一端，可调电容C2的另一端通过金属块连接上电极(图中未示出)。所述上电极射频电源4的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，对于不同的激发频率，可通过调节可调电容Cl和C2，且通过绕制不同匝数的感应线圈，使得射频电源和放电阻抗相匹配。下匹配网络7的结构和上匹配网络6相同，其也包括两个可调电容和ー个感应线圈，其工作方式及与下电极的连接方式也均和上面描述相类似，在此不再赘述。所述下电极射频电源5的激发频率为13. 56MHz或2MHz。继续參考图7，当反应气体由进气ロ 12传输至反应腔室后，其将在所述上、下电极射频电源的激发下形成等离子体，所述等离子体位于上、下电极之间的等离子体区域10。所述等离子体中的正离子在下电极射频电源5的作用下向位于下电极3上的晶体硅11表面运动，所述等离子体中的中性粒子将由于扩散作用向晶体硅11表面运动，所述正离子和中性粒子对晶体硅11表面进行刻蚀，从而实现对晶体硅11表面的制绒。本发明实施例中所述晶体硅11可以为多晶硅，也可以为单晶硅。本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，还包括设置在所述反应腔体I内部侧壁处的匀流环9。本实施例中所述匀流环9的数量为2，所述2个匀流环分别位于等离子体区域10两侧，且靠近等离子体区域10的顶端。该匀流环9的存在可使得产生的等离子体均匀分布，便于中性粒子扩散至晶体硅11表面。本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，设置有上电极射频电源和下电极射频电源，这两个射频电源分别连接上、下电极，所述上电极射频电源可控制反应气体形成等离子体的密度，所述下电极射频电源可控制等离子体的能量，因此，双射频电源的存在使得反应腔室中等离子体的密度和能量同时可控。且本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，所述上电极和下电极相对设置，两者之间形成了一个电容，所述等离子体即产生于上、下电极之间，故本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置也可称为双射频电源激发的容性耦合等离子体装置。本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，在所述反应腔室内可产生口径超过米级的大面积的等离子体，从而可对大面积的硅太阳能电池片进行制绒。且由该装置对硅太阳能电池片进行制绒后，在所述硅太阳能电池片表面可得到分布均匀、粒径大小在150 IOOOnm之间的可控的绒面，且该绒面的平均反射率在2% 10%之间，相比湿法制绒来说，极大地降低了硅太阳能电池片表面的反射率。总之，本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，在对硅太阳能电池片进行制绒后，一方面可降低硅太阳能电池片表面的反射率，另ー方面不会对环境造成污染。且通过该装置对硅太阳能电池片进行制绒，相比湿法制绒来说，不仅节省了水资源，而且可降低硅片的破损率。本说明书中各个实施例采用递进的方式进行描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可相互參考。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将ー个实体或者操作与另ー个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括ー个......”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品、设备或者装置中还存在另外的相同要素。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种硅太阳能电池片制绒方法，其特征在于，包括 将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中； 向所述等离子体装置中通入反应气体； 所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体； 所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述双射频电源包括上电极射频电源和下电极射频电源；其中，所述上电极射频电源的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，所述下电极射频电源的激发频率为13. 56MHz或2MHz。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述反应气体包括六氟化硫和氧气；其中，通入的六氟化硫的流量为40 48sccm,通入的氧气的流量为2 lOsccm。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，向所述等离子体装置中通入反应气体后，控制所述等离子体装置中的气压为0. 75 3Pa。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上电极射频电源的功率为100 500W。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述等离子体对所述硅太阳能电池片进行刻蚀的时间为lOmin。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述硅太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片或多晶硅太阳能电池片。
8.一种硅太阳能电池片制绒装置，其特征在于，包括 反应腔体，所述反应腔体的侧壁设置有进气ロ，所述反应腔体的底部设置有排气ロ ； 分别位于所述反应腔体内部顶端和底端的上电极和下电极； 位于所述反应腔体外部，分别与所述上电极和下电极相连的上电极射频电源和下电极射频电源； 与所述排气ロ相连的尾气处理装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上电极射频电源通过上匹配网络与上电极相连，所述下电极射频电源通过下匹配网络与下电极相连； 其中，所述上匹配网络和下匹配网络均分别包括两个可调电容和一个感应线圈。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述反应腔体内部侧壁处的匀流环。
全文摘要
本发明实施例公开了一种硅太阳能电池片制绒装置及方法。所述方法包括将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中；向所述等离子体装置中通入反应气体；所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体；所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。通过本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置及方法，不仅能够解决采用湿法化学刻蚀进行制绒时所存在的水资源短缺和环境污染等问题，而且能够降低硅片的破损率，降低硅太阳能电池片表面的反射率。
文档编号C30B33/12GK102651424SQ20111004688
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者吉亮亮, 辛煜, 邹帅 申请人:苏州大学
技术领域：
本发明涉及光伏行业技术领域，更具体地说，涉及ー种硅太阳能电池片制绒装置及方法。
背景技术：
太阳能电池，也称光伏电池，是ー种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是緑色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是ー种具有广阔发展前景的新型能源。太阳能电池的制造エ艺包括制绒、扩散制结、周边刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结等エ艺步骤。在上述エ艺步骤中，所述制绒主要是通过物理或化学反应使原本光亮 的电池片表面形成凸凹不平的结构，所形成的凸凹不平的结构不仅可以使得光线二次反射耦合进入到电池片内部，大大降低表面的反射率；而且可以降低耦合到电池片中的光线在特定的倾角下经后表面反射后从前表面逃逸的几率。因此，制绒エ艺的好坏直接影响硅太阳能电池片表面的反射率，影响硅太阳能电池片的光电转换效率。エ业上对硅太阳能电池片(包括单晶硅和多晶硅太阳能电池片)进行制绒时常采用湿法化学刻蚀。对于单晶硅太阳能电池片来说，通过在碱液中添加异丙醇以改善电池片表面的浸润性，并通过碱液在单晶硅表面的各向异性刻蚀，随机产生出具有金字塔状的绒面结构。对于多晶硅太阳能电池片而言，常采用HF和HNO3的混合酸液对其进行处理，刻蚀过程在多晶硅线切割留下的锯痕缺陷处择优发生，其刻蚀过程不依赖于晶格取向。然而，上述采用湿法化学刻蚀对硅太阳能电池片进行制绒正日益面临着水资源短缺和环境污染等问题。例如，对于常规的多晶硅太阳能电池片湿法化学刻蚀エ艺而言，每片电池片耗用去离子水量约IOL左右；制绒エ艺结束后剰余的大量的化学废液将成为难处理的污染源之一。另外，酸液处理的硅表面织构化増加了为节约成本而越来越薄的多晶硅片的脆性，増大了多晶硅片的破损率。除此之外，采用湿法化学刻蚀进行制绒，所得硅太阳能电池片表面的反射率在23%以上，很难实现反射率的进ー步降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种硅太阳能电池片制绒装置及方法，以解决采用湿法化学刻蚀进行制绒时所存在的水资源短缺和环境污染等问题，且能够降低硅片的破损率，降低硅太阳能电池片表面的反射率。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种硅太阳能电池片制绒方法，该方法包括将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中；向所述等离子体装置中通入反应气体；所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体；所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。优选的，上述方法中，所述双射频电源包括上电极射频电源和下电极射频电源；其中，所述上电 极射频电源的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，所述下电极射频电源的激发频率为 13. 56MHz 或 2MHz。优选的，上述方法中，所述反应气体包括六氟化硫和氧气；其中，通入的六氟化硫的流量为40 48sccm,通入的氧气的流量为2 lOsccm。优选的，上述方法中，向所述等离子体装置中通入反应气体后，控制所述等离子体装置中的气压为O. 75 3Pa。优选的，上述方法中，所述上电极射频电源的功率为100 500W。优选的，上述方法中，所述等离子体对所述硅太阳能电池片进行刻蚀的时间为IOmin0优选的，上述方法中，所述硅太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片或多晶硅太阳能电池片。本发明还提供了一种硅太阳能电池片制绒装置，该装置包括反应腔体，所述反应腔体的侧壁设置有进气ロ，所述反应腔体的底部设置有排气Π ；分别位于所述反应腔体内部顶端和底端的上电极和下电极；位于所述反应腔体外部，分别与所述上电极和下电极相连的上电极射频电源和下电极射频电源；与所述排气ロ相连的尾气处理装置。优选的，上述装置中，所述上电极射频电源通过上匹配网络与上电极相连，所述下电极射频电源通过下匹配网络与下电极相连；其中，所述上匹配网络和下匹配网络均分别包括两个可调电容和一个感应线圈。优选的，上述装置还包括设置在所述反应腔体内部侧壁处的匀流环。从上述技术方案可以看出，本发明所提供的硅太阳能电池片制绒方法，首先将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中，然后向所述等离子体装置中通入反应气体，该反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体，所述等离子体对硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。本发明由于采用双射频电源激发的容性耦合等离子体刻蚀实现了对硅太阳能电池片的制绒，因此该方法属于干法制绒，相对湿法制绒来说，该方法不需要消耗酸碱液，因此可节省水资源，且该方法可避免湿法制绒过程后化学废液对环境的污染；除此之外，该方法在制绒过程中反应物和生成物均为气态，因而不存在湿法制绒中液体对硅片的机械冲击破损，大大降低了硅片的破损率；再有，通过该方法对硅太阳能电池片进行制绒后，能够极大地降低硅太阳能电池片表面的反射率，进而提高硅太阳能电池片的光电转换效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例所提供的硅太阳能电池片制绒方法的流程示意图；图2为本发明实施例所提供的等离子体对硅太阳能电池片进行刻蚀的机理图；图3为本发明实施例所提供的对单晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图；图4为本发明实施例所提供的不同负偏压下制绒后所得多晶硅绒面的反射率曲线图； 图5为本发明实施例所提供的对多晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图；图6为本发明实施例所提供的不同射频电源频率下制绒后所得多晶硅绒面的反射率曲线图；图7为本发明实施例所提供的硅太阳能电池片制绒装置的结构示意图；图8为本发明实施例所提供的上匹配网络的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例一正如背景技术部分所述，エ业上常采用湿法化学刻蚀对所述硅太阳能电池片进行制绒(可简称湿法制绒)，而采用湿法制绒时需要消耗大量的酸碱液，因此存在水资源短缺的问题，且湿法制绒后剩余的大量化学废液会成为环境的污染源之一。除此之外，由于现在的硅片越来越薄，故酸碱液处理后的硅片极易发生破碎，造成硅太阳能电池片的报废。再有，采用湿法制绒后所得硅太阳能电池片表面的反射率较高，一般均在23%以上，很难实现反射率的进ー步降低，因此，无法提高硅太阳能电池片的光电转换效率。基于此，本发明提供了一种基于双射频电源激发的容性耦合等离子体干法刻蚀对硅太阳能电池片进行制绒的方法。參考图1，该方法具体包括如下步骤步骤SI :将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中。所述双射频电源激发的容性耦合等离子体装置包括反应腔体；位于所述反应腔体内部的上电极和下电极；位于所述反应腔体外部，分别与所述上电极和下电极相连的上电极射频电源和下电极射频电源。该等离子体装置也可称为硅太阳能电池片制绒装置，该装置具体可參考本说明书中后面部分所述。将需要进行制绒的硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。步骤S2 向所述等离子体装置中通入反应气体。在所述等离子体装置中，在反应腔体的侧壁靠近顶部设置有进气ロ。通过进气ロ向所述等离子体装置中通入反应气体。本发明实施例中所述反应气体包括六氟化硫和氧气两种气体。且通入反应气体时应控制通入的六氟化硫的流量为40 48sccm,控制通入的氧气的流量为2 lOsccm。向所述等离子体装置中通入反应气体后，调节等离子体装置中的反应腔室(或真空室)与分子泵之间的联接阀(简称高阀)，使得所述等离子体装置中反应腔室内的气压处于O. 75 3Pa之间。步骤S3 :所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体。开启所述双射频电源，即开启上电极射频电源和下电极射频电源。本发明实施例中所述上电极射频电源的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，上电极射频电源的功率可控制在100 500W之间；所述下电极射频电源的激发频率为13. 56MHz或2MHz，下电极射频电源的功率可控制在O 150W之间。
所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体，所述等离子体包括SF'F'Cf等活性基团。步骤S4 :所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。參考图2，图2为本发明实施例所提供的等离子体对硅太阳能电池片进行刻蚀的机理图。本发明实施例中所述等离子体包括SFx(所述X为I 5之间的整数)、F、0、正离子、负离子和电子等。在晶体硅100表面存在一个鞘层区101，所述正离子在双射频电源的作用下通过鞘层区101向晶体硅100表面运动，中性粒子一般通过扩散作用运动到晶体硅100表面。所述等离子体在双射频电源(尤其是下电极射频电源)的作用下向晶体硅100表面运动。等离子体中的氟原子很容易与硅反应生成挥发性的SiF4，从而实现硅的刻蚀。而等离子体中的氧原子则起到氧化晶体硅100表面的作用，氧原子和氟原子一起在硅表面又会反应生成氟氧硅钝化层102，尤其在表面微结构的侧壁形成氟氧硅钝化层102以阻止硅的侧向刻蚀。所述等离子体在晶体硅表面刻蚀和钝化是同时进行的，两者是ー对竞争的过程。在衬底表面由于离子的轰击，钝化层厚度较薄，因而能够有效地向下刻蚀；而表面微结构侧墙处的钝化层较厚，难以获得有效的离子动量传递，故刻蚀现象不明显。因此，所述等离子体在双射频电源的作用下，在晶体硅表面形成高度的各向异性刻蚀，从而实现对硅太阳能电池片进行制绒的目的。由上述实施例可以看出，本发明所提供的硅太阳能电池片制绒方法，基于双射频电源激发的容性耦合等离子体干法刻蚀来实现制绒，相对湿法制绒来说，该方法不需要消耗酸碱液，因此可节省水资源，且该方法可避免湿法制绒过程后化学废液对环境的污染；除此之外，该方法在制绒过程中反应物和生成物均为气态，因而不存在湿法制绒中液体对硅片的机械冲击破损，大大降低了硅片的破损率；再有，通过该方法对硅太阳能电池片进行制绒后，能够极大地降低硅太阳能电池片表面的反射率，进而提高硅太阳能电池片的光电转换效率。除了上述优点之外，该方法还不依赖于晶体硅表面的状态(如表面的洁净度、表面的活性或金字塔成核密度等)，而湿法制绒则不然，因此，该方法具有エ艺操作方便、易于控制的优点，具有更好的可靠性和重复性。而且，该方法由于采用了双射频电源激发的容性耦合等离子体刻蚀来实现制绒，因此，在可产生大面积均匀性等离子体的同时，还能使等离子体密度和离子能量达到同时可控。由该方法所制得的晶体硅绒面的微结构分布更加均匀，尺度更加精细，縮小了耗尽区面积，相应提高了硅太阳能电池片的开路电压。下面以具体例子详细描述本发明所提供 硅太阳能电池片制绒方法。实施例ニ本实施例中以单晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。所述单晶硅为η型(100)晶面的直拉单晶硅。将所述单晶硅放入双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。所述下电极可连接水冷系统进行冷却，因此，所述下电极也可称为水冷基片架。对所述等离子体装置中的反应腔室进行抽真空，一般抽至5Χ 10_3Pa左右即可，此时，由所述等离子体装置侧壁的进气ロ以45sCCm的流量通入SF6和以5Sccm的流量通入O2，待通入的气体稳定后，调节高阀使反应腔室的气压保持在约0.75Pa。之后开启连接上电极的上电极射频电源，设置所述上电极射频电源的频率为27. 12MHz，功率为250W，同时开启连接下电极的下电极射频电源，设置所述下电极射频电源的频率为13. 56MHz，功率为50W。SF6和O2在上、下电极射频电源的作用下产生等离子体，所述等离子体对下电极上的单晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为lOmin。之后关闭上、下电极射频电源，停止向反应腔室中通入气体，再对所述反应腔室进行抽真空至5X10_3Pa左右，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出单晶硅片，测试得出该单晶硅太阳能电池片的绒面反射率在SOOnm的波段时为5%。參考图3，图3为本实施例中对单晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图。图上右下角标出了 500nm的长度，图中示出了该单晶硅太阳能电池片制绒后表面的微结构尺度在纳米量级。由图可看出，单晶硅太阳能电池片表面已形成凸凹不平的形状，这种结构有助于减小太阳光在其上的反射率，从而可提高硅太阳能电池片的光电转换效率。实施例三本实施例中仍然以单晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。与实施例ニ所不同的是，本实施例中设置上电极射频电源的功率为500W，其他各条件及步骤等均与实施例二相同，最終对所述单晶硅太阳能电池片进行制绒后，经过测试所得硅片绒面的反射率在SOOnm的波段时为2%，相对实施例ニ来说，硅太阳能电池片表面的反射率得到了进ー步的降低。这是由于提高了上电极射频电源的功率，可使反应腔室内产生的等离子体的密度更大，因此，在其他条件均相同时，对晶体硅表面刻蚀进行得更充分，制绒效果更佳，从而可降低硅片绒面的反射率。实施例四本实施例中以多晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。首先选取5片相同的P型多晶硅。将第一片多晶硅放入双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。对所述等离子体装置中的反应腔室进行抽真空，抽至5X10_3Pa左右即可，此时，由所述等离子体装置侧壁的进气ロ以45SCCm的流量通入SF6和以5SCCm的流量通入02，待通入的气体稳定后，调节高阀使反应腔室的气压保持在约O. 75Pa。之后开启连接上电极的上电极射频电源，设置所述上电极射频电源的频率为27. 12MHz，功率为250W，同时开启连接下电极的下电极射频电源，设置所述下电极射频电源的频率为13. 56MHz，调节下电极射频电源的功率使得下电极产生的负偏压为200V。SF6和O2在上、下电极射频电源的作用下产生等离子体，所述等离子体对下电极上的多晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为lOmin。之后关闭上、下电极射频电源，停止向反应腔室中通入气体，再对所述反应腔室进行抽真空至5X KT3Pa左右，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出多晶硅片。对该多晶硅的绒面进行反射率的测试，得到如图4中菱形所形成的曲线图，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得多晶硅绒面的平均反射率在6%左右。完成第一片多晶硅表面的制绒后，对其余四片多晶硅按照所述第一片多晶硅制绒的步骤进行制绒。所不同的是，在对剩余的四片多晶硅进行制绒时，分别调节下电极射频电源的功率使得下电极产生的负偏压分别为0V、50V、100V和150V，其余各条件及步骤均与所述第一片多晶硅制绒的相同，在此不再赘述。对剩余的四片多晶硅进行制绒完成后，分别测试其绒面的反射率，得到的曲线图如图4所示。图中正方形所形成的曲线对应下电极产生的负偏压为OV时进行制绒的多晶 娃，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在20%左右；图中圆形所形成的曲线(图中不太明显，被上三角形所形成的曲线所遮挡了)对应下电极产生的负偏压为50V时进行制绒的多晶硅，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在4%左右；图中上三角形(或称正三角形)所形成的曲线对应下电极产生的负偏压为IOOV时进行制绒的多晶硅，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在3%左右；图中下三角形(或称倒三角形)所形成的曲线对应下电极产生的负偏压为150V时进行制绒的多晶硅，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得该多晶硅绒面的平均反射率在5%左右。由图4可知，当下电极所产生的负偏压不同时，进行制绒后所得硅太阳能电池片绒面的平均反射率也是不同的。对于没有负偏压的情况(即负偏压为OV吋)，所得硅太阳能电池片绒面的平均反射率最大，负偏压为IOOV时，所得硅太阳能电池片绒面的平均反射
率最小。參考图5，图5为第一片多晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图，图上右下角标出了 ΙΟμπι的长度。相比图3单晶硅太阳能电池片制绒后的扫描电镜图而言，该图中示出了多晶硅太阳能电池片绒面的微结构尺度在微米量级，如果将其微结构扩大，可同样得到类似图3所示的形貌。实施例五本实施例中仍然以多晶硅太阳能电池片制绒为例进行说明。首先选取4片相同的P型多晶硅。将所述4片相同的P型多晶硅中的一片放入双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中的下电极上。对所述等离子体装置中的反应腔室进行抽真空，抽至5X10_3Pa左右即可，此时，由所述等离子体装置侧壁的进气ロ以45sccm的流量通入SFf^P以5sccm的流量通入O2，待通入的气体稳定后，调节高阀使反应腔室的气压保持在约O. 75Pa。之后开启连接上电极的上电极射频电源，设置所述上电极射频电源的频率为27. 12MHz，功率为250W，同时开启连接下电极的下电极射频电源，设置所述下电极射频电源的频率为13. 56MHz，功率为50W。SF6和O2在上、下电极射频电源的作用下产生等离子体，所述等离子体对下电极上的多晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为lOmin。之后关闭上、下电极射频电源，停止向反应腔室中通入气体，再对所述反应腔室进行抽真空至5X 10_3Pa左右，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出多晶硅片。对该多晶硅的绒面进行反射率的测试，得到如图6中圆形所形成的曲线图，当太阳光波段在400 IOOOnm时所得多晶硅绒面的平均反射率在2. 5%左右。
之后对剩余的三片多晶硅按照上段所述多晶硅的制绒步骤进行制绒，所不同的是，在对剩余的三片多晶硅进行制绒时，设置其所对应的上、下电极射频电源的频率不尽相同。其中一片多晶硅在进行制绒时，其所对应的上电极射频电源的频率为27. 12MHz，下电极射频电源的频率为2MHz，对该多晶硅进行制绒后对其绒面的反射率进行测试，得到如图6中方形所形成的曲线，当太阳光波段在400 IOOOnm时其绒面平均反射率在7%左右；另一片多晶硅在进行制绒时，其所对应的上电极射频电源的频率为40. 68MHz，下电极射频电源的频率为2MHz，对该多晶硅进行制绒后对其绒面的反射率进行测试，得到如图6中上三角形所形成的曲线，当太阳光波段在400 IOOOnm时其绒面平均反射率在12%左右；第三片多晶硅在进行制绒时，其所对应的上电极射频电源的频率为40. 68MHz，下电极射频电源的频率为13. 56MHz，对该多晶硅进行制绒后对其绒面的反射率进行测试，得到如图6中下三角形所形成的曲线，当太阳光波段在400 IOOOnm时其绒面平均反射率在11 %左右。本实施例中通过对4片相同的多晶硅进行制绒，4片多晶硅在进行制绒过程中，分别采用上、下电极射频电源频率的不同组合，并对最終所得4片多晶硅的绒面进行反射率的测试，得到如图6所示。由图6可知，当上、下电极射频电源的频率分别为27. 12MHz和13. 56MHz时，所得硅太阳能电池片绒面的平均反射率最低。上述几个实施例详细描述了本发明所提供的硅太阳能电池片制绒方法，下面重点描述本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置。实施例六參考图7，图7为本发明实施例所提供的硅太阳能电池片制绒装置的结构示意图，该装置具体包括反应腔体I ;位于所述反应腔体I内部顶端的上电极2和位于所述反应腔体I内部底端的下电极3 ;位于所述反应腔体I外部，与所述上电极2相连的上电极射频电源4和与所述下电极3相连的下电极射频电源5 ;与反应腔体I底部相连的尾气处理装置8。所述反应腔体I构成ー个中空的腔体结构，其内部可称为反应腔室。在所述反应腔体I的侧壁靠近顶端部位设置有进气ロ 12，反应气体可由所述进气ロ 12传输至反应腔室内，在所述反应腔体I的底部设置有排气ロ 13，所述排气ロ 13连接尾气处理装置8，反应结束后的气体可由所述排气ロ 13排出，进而由尾气处理装置8进行处理，从而不会对环境造成污染。本发明实施例中所述上电极射频电源4的一端通过上匹配网络6与上电极2相连，其另一端接地；所述下电极射频电源5的一端通过下匹配网络7与下电极3相连，其另一端也接地。參考图8，图8示出了上匹配网络6的结构示意图，所述上匹配网络6包括两个可调电容Cl和C2，及ー个感应线圈し其中，可调电容Cl与上电极射频电源4并联；感应线圈L的一端连接上电极射频电源4的非接地端，其另一端连接可调电容C2的一端，可调电容C2的另一端通过金属块连接上电极(图中未示出)。所述上电极射频电源4的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，对于不同的激发频率，可通过调节可调电容Cl和C2，且通过绕制不同匝数的感应线圈，使得射频电源和放电阻抗相匹配。下匹配网络7的结构和上匹配网络6相同，其也包括两个可调电容和ー个感应线圈，其工作方式及与下电极的连接方式也均和上面描述相类似，在此不再赘述。所述下电极射频电源5的激发频率为13. 56MHz或2MHz。继续參考图7，当反应气体由进气ロ 12传输至反应腔室后，其将在所述上、下电极射频电源的激发下形成等离子体，所述等离子体位于上、下电极之间的等离子体区域10。所述等离子体中的正离子在下电极射频电源5的作用下向位于下电极3上的晶体硅11表面运动，所述等离子体中的中性粒子将由于扩散作用向晶体硅11表面运动，所述正离子和中性粒子对晶体硅11表面进行刻蚀，从而实现对晶体硅11表面的制绒。本发明实施例中所述晶体硅11可以为多晶硅，也可以为单晶硅。本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，还包括设置在所述反应腔体I内部侧壁处的匀流环9。本实施例中所述匀流环9的数量为2，所述2个匀流环分别位于等离子体区域10两侧，且靠近等离子体区域10的顶端。该匀流环9的存在可使得产生的等离子体均匀分布，便于中性粒子扩散至晶体硅11表面。本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，设置有上电极射频电源和下电极射频电源，这两个射频电源分别连接上、下电极，所述上电极射频电源可控制反应气体形成等离子体的密度，所述下电极射频电源可控制等离子体的能量，因此，双射频电源的存在使得反应腔室中等离子体的密度和能量同时可控。且本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，所述上电极和下电极相对设置，两者之间形成了一个电容，所述等离子体即产生于上、下电极之间，故本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置也可称为双射频电源激发的容性耦合等离子体装置。本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，在所述反应腔室内可产生口径超过米级的大面积的等离子体，从而可对大面积的硅太阳能电池片进行制绒。且由该装置对硅太阳能电池片进行制绒后，在所述硅太阳能电池片表面可得到分布均匀、粒径大小在150 IOOOnm之间的可控的绒面，且该绒面的平均反射率在2% 10%之间，相比湿法制绒来说，极大地降低了硅太阳能电池片表面的反射率。总之，本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置，在对硅太阳能电池片进行制绒后，一方面可降低硅太阳能电池片表面的反射率，另ー方面不会对环境造成污染。且通过该装置对硅太阳能电池片进行制绒，相比湿法制绒来说，不仅节省了水资源，而且可降低硅片的破损率。本说明书中各个实施例采用递进的方式进行描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可相互參考。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将ー个实体或者操作与另ー个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括ー个......”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品、设备或者装置中还存在另外的相同要素。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种硅太阳能电池片制绒方法，其特征在于，包括 将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中； 向所述等离子体装置中通入反应气体； 所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体； 所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述双射频电源包括上电极射频电源和下电极射频电源；其中，所述上电极射频电源的激发频率为40. 68MHz或27. 12MHz，所述下电极射频电源的激发频率为13. 56MHz或2MHz。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述反应气体包括六氟化硫和氧气；其中，通入的六氟化硫的流量为40 48sccm,通入的氧气的流量为2 lOsccm。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，向所述等离子体装置中通入反应气体后，控制所述等离子体装置中的气压为0. 75 3Pa。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上电极射频电源的功率为100 500W。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述等离子体对所述硅太阳能电池片进行刻蚀的时间为lOmin。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述硅太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片或多晶硅太阳能电池片。
8.一种硅太阳能电池片制绒装置，其特征在于，包括 反应腔体，所述反应腔体的侧壁设置有进气ロ，所述反应腔体的底部设置有排气ロ ； 分别位于所述反应腔体内部顶端和底端的上电极和下电极； 位于所述反应腔体外部，分别与所述上电极和下电极相连的上电极射频电源和下电极射频电源； 与所述排气ロ相连的尾气处理装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上电极射频电源通过上匹配网络与上电极相连，所述下电极射频电源通过下匹配网络与下电极相连； 其中，所述上匹配网络和下匹配网络均分别包括两个可调电容和一个感应线圈。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述反应腔体内部侧壁处的匀流环。
全文摘要
本发明实施例公开了一种硅太阳能电池片制绒装置及方法。所述方法包括将硅太阳能电池片置于双射频电源激发的容性耦合等离子体装置中；向所述等离子体装置中通入反应气体；所述反应气体在双射频电源的激发下形成等离子体；所述等离子体在双射频电源的作用下对所述硅太阳能电池片表面进行刻蚀，实现硅太阳能电池片的制绒。通过本发明所提供的硅太阳能电池片制绒装置及方法，不仅能够解决采用湿法化学刻蚀进行制绒时所存在的水资源短缺和环境污染等问题，而且能够降低硅片的破损率，降低硅太阳能电池片表面的反射率。
文档编号C30B33/12GK102651424SQ20111004688
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者吉亮亮, 辛煜, 邹帅 申请人:苏州大学
最新回复(0)