一种硅片制绒方法和用所述方法制造的太阳电池的制作方法

专利名称：一种硅片制绒方法和用所述方法制造的太阳电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏电池制造领域，特别涉及一种硅片制绒方法和用所述方法制造的太阳电池。
背景技术：
现有晶体硅太阳电池为了增加光吸收，提高转换效率，通常会通过溶液腐蚀工艺在硅片表面形成绒面结构。溶液腐蚀工艺一般包括碱溶液腐蚀或酸溶液腐蚀，其分别适用于单晶硅片和多晶硅片。由于单晶硅片和多晶硅片与腐蚀溶液的反应不易控制，溶液腐蚀工艺不能在单晶硅片和多晶硅片上产生足够均匀一致和足够低反射率的绒面。
另外一种在硅片表面形成绒面的方法是掩膜腐蚀法，其首先在硅片上氧化出一层二氧化硅掩膜，然后在掩膜上开一系列大约4微米的小孔，再进行酸腐蚀。尽管掩膜腐蚀法可以制备出反射率很低的绒面，但由于工艺复杂性，掩膜腐蚀法还不能在工业生产中得到应用。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种硅片制绒方法。本发明的另一个目的是提供使用上述硅片制绒方法制造的太阳电池。根据本发明的一个目的，本发明提供了一种硅片制绒方法，所述硅片为多晶硅片或单晶硅片。所述制绒方法包括以下步骤(I)用酸溶液腐蚀多晶硅片表面或用碱溶液腐蚀单晶硅片表面制绒；(2)在所述绒面上用反应离子刻蚀制绒。本发明制绒方法的特点是优选地，在所述步骤(I)中，所用酸溶液是HNO3和HF的混合溶液；所用碱溶液是NaOH和Na2SiO3的混合溶液。所述酸溶液和碱溶液的溶剂均为水。优选地，所述酸溶液中HNO3的质量百分比为41 % 71%，所述酸溶液中HF的质量百分比为9% 27% ;所述碱溶液中NaOH的质量百分比为7% 15%，所述碱溶液中Na2SiO3的质量百分比为2% 7%。优选地，所述步骤(2)中，用反应离子刻蚀制绒所使用的等离子体是由含卤素气体和氧化性气体经过激发所形成。优选地，所述含卤素气体和氧化性气体的体积比为3 18 5 25。所述含卤素气体为CF4、CH2F2, C2F6和CHF3中的一种或多种；所述氧化性气体为O2或03。优选地，所述含卤素气体为CF4、CH2F2, C2F6和CHF3中至少两种的混合物。更优选地，所述含卤素气体是C2F6和CHF3 ;所述氧化性气体是O2。优选地，步骤(2)具体为把经酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀制绒的硅片放入反应离子刻蚀腔中，抽真空至I. 5 X 10_8 I. 5 X ICT1帕，然后以300 1800毫升/分钟的流量通入含卤素气体以及以500 2500毫升/分钟的流量通入氧化性气体，待腔体内压力稳定后，加射频功率200 1500瓦，刻蚀0. 2 I. 5分钟，停止供气，抽真空至I. 5X10_8 I. 5X IO^1帕，然后以600 1500毫升/分钟的流量通入氮气至I个大气压，之后打开工艺腔，将硅片取出。本发明还提供一种太阳电池，该太阳电池对应的硅片的绒面通过上述的硅片制绒方法制造。优选地，所述硅片的绒面的反射率为6. 7% 7. 7%。优选地，所 述硅片的绒面的长度比为I. 5 I. 9。与现有技术相比，本发明的硅片制绒方法在硅片酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀绒面上再通过反应离子刻蚀制造更小的绒面，从而有效地去除损伤层的缺陷和杂质，可以提高硅片太阳能电池的转换效率。再有，本发明的制绒形成尺寸可控的均匀一致绒面，并且实现了在硅片单面传统绒面上面形成更小和更一致的绒面。因此本发明的制绒绒面有效地避免了绒面不均匀一致的现象。本发明所制得的绒面还对后续工艺，特别对正面电极印刷和形成高质量的背场，有很好的帮助。从而进一步提高了硅片太阳能电池的转换效率。再者在制绒过程中使用含碳元素的气体，可以在硅表面形成很好的钝化效果，从而提高太阳电池的电性能。


图I显示了本发明所述的硅片制绒方法的流程图。图2显不了完成图I中步骤SlO后娃片表面的首I]面不意图。图3显不了完成图I中步骤Sll后娃片表面的首I]面不意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。参见图1，其显示了本发明所述的硅片制绒方法的流程图，所述硅片为多晶硅片或单晶硅片，所述硅片制绒方法首先进行步骤S10，用酸溶液腐蚀多晶硅片表面或用碱溶液腐蚀单晶硅片表面制绒。所用酸溶液通常为HNO3和HF的混合溶液；所述酸溶液中HNO3的质量百分比为41% 71%，所述酸溶液中HF的质量百分比为9% 27%。所用酸溶液还可为K2Cr2O7和HF的混合液，KNO3和HF的混合液，或NH4NO2和HF的混合液等。所述酸溶液的溶剂为水。所用碱溶液是NaOH和Na2SiO3的混合溶液，通常还会再添加异丙醇。所述碱溶液中NaOH的质量百分比为7% 15%，所述碱溶液中Na2SiO3的质量百分比为
述异丙醇的质量百分比为2% 10%。所述碱溶液的溶剂为水。在太阳能电池制造领域，除了直接用绒面的反射率来反应绒面的优劣外(反射率越小，绒面越好)，通常还使用绒面的长度比(即制绒后硅片表面的实际面积与表观面积之比)来反应绒面的优劣(制绒的长度比越大，绒面越好)。如图2所示,其显示了完成步骤SlO后娃片表面的剖面示意图,所示折线a为绒面上位于同一剖面线上多个凸起顶点(图中所示为7个凸起顶点)间连接线的长度，所示直线b为折线a两端点间的直线长度，制绒的长度比r定义为折线a与直线b的长度比，即r=a/b，在图2所示的绒面中，其制绒的长度比r为I. 08。
接着继续步骤S11，在所述绒面上用反应离子刻蚀制绒，反应离子刻蚀制绒具体为把经酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀制绒的硅片放入反应离子刻蚀腔中，抽真空至1.5X10_8 UXKT1帕，然后以300 1800毫升/分钟的流量通入含卤素气体以及以500 2500毫升/分钟的流量通入氧化性气体，待腔体内压力稳定后，加射频功率200 1500瓦，刻蚀0. 2 I. 5分钟，停止供气，抽真空至I. 5 X 10_8 I. 5 X KT1帕，然后以600 1500毫升/分钟的流量通入氮气至I个大气压，之后打开工艺腔，将硅片取出。用反应离子刻蚀制绒所使用的等离子体是由含卤素气体和氧化性气体经过激发所形成；所述含卤素气体和氧化性气体的体积比为3 18 5 25;所述含卤素气体为CF4XH2F2X2F6和CHF3中的一种或多种；所述氧化性气体为O2或O3等。所述含卤素气体为CF4XH2F2X2Ff^P CHF3中至少两种的混合物。绒面的大小可以通过气体种类，射频功率和反应离子刻蚀时间来调节。参见图3，其显示了完成步骤Sll后硅片表面的剖面示意图，在图3中，制绒的长度比r即折线a与直线b的长度比为I. 5 I. 9，其明显大于图2中的长度比r。以下通过下述几个实施例来详细介绍本发明所述的硅片制绒方法的原理及功效实施例I首先通过HNO3和HF的混合溶液对156 X 156平方毫米的P型多晶硅片进行制绒，所述HNO3和HF的混合溶液中HNO3的质量百分比为50 %，所述HF的质量百分比为15 %，溶剂为水。然后将156 X 156平方毫米已完成酸腐制绒的P型多晶硅片放入反应离子刻蚀腔中，抽真空至I. 1X10—2帕，通入165毫升/分钟C2F6和380毫升/分钟CHF3以及935毫升/分钟O2待腔体内压力稳定后，加射频功率670瓦，刻蚀0. 3分钟，停止供气，抽真空至I. IXlO-2帕，通入氮气870毫升/分钟至I个大气压，打开工艺腔，将硅片取出。此时绒面的反射率为6. 79%，长度比为1.57。然后将该多晶硅片扩散制PN结、去边、清洗、制备减反射膜、丝网印刷电极以及烧结制成太阳能电池。该太阳能电池的转换效率，填充因子，开路电压和电流分别为16. 73%,0. 79，626毫伏和8. 27安培。实施例2首先通过HNO3和HF的混合溶液对156 X 156平方毫米的P型多晶硅片进行制绒，所述HNO3和HF的混合溶液中HNO3的质量百分比为50 %，所述HF的质量百分比为15 %，溶剂为水。然后将156 X 156平方毫米已完成酸腐蚀制绒的P型多晶硅片放入反应离子刻蚀腔中，抽真空至I. 6 X 10_3帕，通入235毫升/分钟C2F6和360毫升/分钟CH2F2以及515毫升/分钟O3待腔体内压力稳定后，加射频功率325瓦，刻蚀0. 2分钟，停止供气，抽真空至I. 6 X IO-3帕，通入氮气920毫升/分钟至I个大气压，打开工艺腔，将硅片取出。此时绒面的反射率为6. 70%，长度比为1.54。然后将该多晶硅片扩散制PN结、去边、清洗、制备减反射膜、丝网印刷电极以及烧结制成太阳能电池。该太阳能电池的转换效率，填充因子，开路电压和电流分别为16. 75%,0. 79，629毫伏和8. 26安培。实施例3
首先通过HNO3和HF的混合溶液对156 X 156平方毫米的P型多晶硅片进行制绒，所述HNO3和HF的混合溶液中HNO3的质量百分比为50 %，所述HF的质量百分比为15 %，溶剂为水。然后将156 X 156平方毫米已完成酸腐蚀制绒的P型多晶硅片放入反应离子刻蚀腔中，抽真空至I. 7X 10_2帕，通入315毫升/分钟C2F6和560毫升/分钟CH2F2以及615毫升/分钟O2待腔体内压力稳定后，加射频功率735瓦，刻蚀O. 6分钟，停止供气，抽真空至I. 6 X IO-2帕，通入氮气905毫升/分钟至I个大气压，打开工艺腔，将硅片取出。此时绒面的反射率为7. 70%，长度比为1.9。然后将 该多晶硅片扩散制PN结、去边、清洗、制备减反射膜、丝网印刷电极以及烧结制成太阳能电池。该太阳能电池的转换效率，填充因子，开路电压和电流分别为16. 67%,O. 78，627毫伏和8. 23安培。实施例4首先通过NaOH、Na2SiO3和异丙醇的碱性溶液对125X 125平方毫米的P型单晶硅片进行制绒，所述碱性溶液中NaOH的质量百分比为10%，所述Na2SiO3的质量百分比为5%，所述异丙醇的质量百分比为5%，溶剂为水。然后将125 X 125平方毫米已完成碱腐蚀制绒的P型单晶硅片放入反应离子刻蚀腔，抽真空至I. 3X10-3帕，通入155毫升/分钟C2F6和680毫升/分钟CH2F2以及850毫升/分钟O2待腔体内压力稳定后，加射频功率575瓦，刻蚀O. 5分钟，停止供气，抽真空至I. 2 X IO-3帕，通入氮气780毫升/分钟至I个大气压，打开工艺腔，将硅片取出。此时绒面的反射率为6. 93%，长度比为1.61。然后将该单晶硅片扩散制PN结、去边、清洗、制备减反射膜、丝网印刷电极以及烧结制成太阳能电池。该太阳能电池的转换效率，填充因子，开路电压和电流分别为18. 15%,O. 78,619毫伏和5. 95安培。实施例5首先通过NaOH、Na2SiO3和异丙醇的碱性溶液对125X 125平方毫米的P型单晶硅片进行制绒，所述碱性溶液中NaOH的质量百分比为10%，所述Na2SiO3的质量百分比为5%，所述异丙醇的质量百分比为5%，溶剂为水。然后将125 X 125平方毫米已完成碱腐蚀制绒的P型单晶硅片放入反应离子刻蚀腔，抽真空至1.6X10-2帕，通入160毫升/分钟C2F6和565毫升/分钟CHF3以及735毫升/分钟O3待腔体内压力稳定后，加射频功率585瓦，刻蚀O. 3分钟，停止供气，抽真空至
I.6 X IO-2帕，通入氮气730毫升/分钟至I个大气压，打开工艺腔，将硅片取出。此时绒面的反射率为7. 27%，长度比为I. 73。然后把该单晶硅片制成太阳能电池。该太阳能电池的转换效率，填充因子，开路电压和电流分别为18. 07%，O. 79，615毫伏和5. 99安培。使用本发明的制绒方法，在硅片(包括单晶硅和多晶硅)表面形成非常均匀一致的绒面。用本发明方法得到的绒面表面反射率比已有技术制造的绒面反射率更低，本发明制造的绒面反射率为6. 7% 7.7%，长度比为I. 5 1.9。硅片在经过本发明的方法制绒后，表面形成了大小为O. I到15微米的尺寸可控的绒面。本发明的制绒方法制绒后的长度比远远大于传统方法，实际面积与表观面积的比也明显大于传统方法(见附图2和附图3)。这种绒面能非常有效的降低硅片表面的反射率。使硅片太阳能电池的转换效率大大提高。
权利要求
1.一种硅片制绒方法，所述硅片为多晶硅片或单晶硅片，其特征在于，所述硅片制绒方法包括以下步骤 (1)用酸溶液腐蚀多晶硅片表面或用碱溶液腐蚀单晶硅片表面制绒； (2)在所述绒面上用反应离子刻蚀制绒。
2.根据权利要求I所述的硅片制绒方法，其特征在于，在所述步骤(I)中，所用酸溶液是HNO3和HF的混合溶液；所用碱溶液是NaOH和Na2SiO3的混合溶液；所述酸溶液和碱溶液的溶剂均为水。
3.根据权利要求2所述的硅片制绒方法，其特征在于，所述酸溶液中HNO3的质量百分比为41% 71%，所述酸溶液中HF的质量百分比为9% 27% ;所述碱溶液中NaOH的质量百分比为7% 15%，所述碱溶液中Na2SiO3的质量百分比为2% 7%。
4.根据权利要求I所述的硅片制绒方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，用反应离子刻蚀制绒所使用的等离子体是由含卤素气体和氧化性气体经过激发所形成。
5.根据权利要求4所述的硅片制绒方法，其特征在于，所述含卤素气体和氧化性气体的体积比为3 18 5 25。
6.根据权利要求4或5所述的硅片制绒方法，其特征在于，所述含卤素气体为CF4、CH2F2, C2F6和CHF3中的一种或多种；所述氧化性气体为O2或03。
7.根据权利要求6所述的硅片制绒方法，其特征在于，所述含卤素气体为CF4、CH2F2,C2F6和CHF3中至少两种的混合物。
8.根据权利要求7所述的硅片制绒方法，其特征在于，所述含卤素气体为C2F6和CHF3；所述氧化性气体为O2。
9.根据权利要求I所述的硅片制绒方法，其特征在于，步骤(2)具体为把经酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀制绒的硅片放入反应离子刻蚀腔中，抽真空至I. 5X 10_8 I. 5 X IO-1帕，然后以300 1800晕升/分钟的流量通入含齒素气体以及以500 2500晕升/分钟的流量通入氧化性气体，待腔体内压力稳定后，加射频功率200 1500瓦，刻蚀0. 2 I. 5分钟，停止供气，抽真空至I. 5X 10_8 I. 5 X KT1帕，然后以600 1500毫升/分钟的流量通入氮气至I个大气压，之后打开工艺腔，将硅片取出。
10.一种太阳电池，其特征在于，该太阳电池对应的硅片的绒面通过权利要求I 9中的任意一项所述的娃片制绒方法制造。
11.根据权利要求10中所述的太阳电池，其特征在于，所述硅片的绒面的反射率为6.7% I. 7%。
12.根据权利要求10或11中所述的太阳电池，其特征在于，所述硅片的绒面的长度比为 I. 5 I. 9。
全文摘要
本发明涉及一种硅片制绒方法以及用该方法制造的太阳电池，所述硅片为多晶硅片或单晶硅片。具体而言，所述硅片制绒方法为首先用酸溶液腐蚀多晶硅片表面或用碱溶液腐蚀单晶硅片表面制绒；接着在所述绒面上用反应离子刻蚀制绒。用所述方法制备的硅片绒面均一、反射率低，可以有效提高太阳电池的转换效率。
文档编号H01L31/042GK102623546SQ201110033169
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者张光春, 朱永生, 汪义川 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司