硅片及其清洗方法和光电器件

技术领域

本申请涉及硅片清洗技术领域，特别是涉及一种硅片及其清洗方法和光电器件。

背景技术

随着太阳能电池技术的发展，越来越多类型的太阳能电池被研发出来。目前，太阳能电池类型主要包括钝化发射区背接触电池(Passivated Emitter and Rear Contact，PERC)、隧穿氧化层钝化接触太阳能电池(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCON)、异质结太阳能电池(Hetero-Junction with Intrinsic Thin Film，HIT)和叉指背接触电池技术(Interdigitated Back Contact，IBC)等。

在这些太阳能电池中，硅片作为核心部件，用于吸收太阳光，并将太阳能转换成电能。在硅片制绒清洗工艺中，酸洗槽具有非常关键的作用，用于去除硅片表面的杂质和氧化物，酸洗工艺后需要具有一定的脱附性，具体呈现肉眼观察硅片表面酸洗后无水珠吸附。

但是，在相关工艺过程中，制绒后硅片会残留大量的金属离子杂质、氧化物和碱残留等，经过酸洗后仍不能完全去除，以氧化物和碱残留相对更为明显，这会增加界面复合作用，从而会影响太阳能电池的电性能参数等。另外，由于相关技术中工艺和设备等设置不当等原因，酸洗槽药液还可能出现活性减弱和失效等的问题，从而使得药液清洗力减弱，同样不利于硅片表面水珠脱附效果的提高，后续水洗环节并不能完全将药液去除，同样会增加界面复合等不良，对太阳能电池的电性能参数造成影响。

发明内容

基于此，本申请提供一种硅片及其清洗方法和光电器件，以提高硅片表面的清洗和水珠脱附效果，从而可以提高硅片良率。

第一方面，提供一种硅片清洗方法，包括：

对硅片进行制绒清洗处理；

对制绒清洗处理后的硅片进行酸洗处理，以去除所述制绒清洗处理后的硅片上的金属离子杂质、氧化物和残留碱；

将酸洗处理后的硅片在慢提拉槽中进行水洗，所述水洗所采用的水为热水，所述热水的温度高于室温；在所述水洗过程中，在总补水量恒定的情况下，采用多次少量排水对所述硅片进行清洗。

可选地，所述热水的温度为65℃～75℃。

可选地，采用多次少量排水对所述硅片进行清洗，包括：

向所述慢提拉槽中补水预设时长，至所述慢提拉槽中的水量至所述慢提拉槽中主槽高度的4/5～1倍；

补水完成后，对所述慢提拉槽进行第一次排水，至所述慢提拉槽中的水量为所述慢提拉槽中主槽高度的3/4～4/5；

在硅片清洗完成后，对所述慢提拉槽进行第二次排水。

可选地，所述第一次排水的时长为所述硅片水洗的总时长的1/5～1/4，所述硅片水洗的总时长为所述硅片清洗完成后，对所述慢提拉槽进行第二次排水开始时的时间与向所述慢提拉槽中开始补水时的时间之差。

可选地，所述第一次排水的时长为3s～5s，所述硅片水洗的总时长为1s5～25s。

可选地，所述热水中还添加有HF，HF在所述热水中的体积百分比浓度小于或等于1.0％。

可选地，所述HF在所述热水中的体积百分比浓度为0.4％～0.8％。

第二方面，提供一种硅片，通过如第一方面所述方法清洗得到。

第三方面，提供一种光电器件，包括如第二方面所述的硅片。

可选地，所述光电器件为太阳能电池。

上述的硅片及其清洗方法和光电器件的有益效果如下：

通过在总补水量恒定的情况下，采用多次少量排水对硅片进行清洗，一方面可以保持主槽内水温较高，另一方面可以保持主槽内较高的水位，从而可以实现硅片在尽可能高的热度和高液位下进行清洗，最大程度上实现脱附杂质清洗效果。

另外，在此过程中不会大量使用酸液而造成化学品消耗量上升，并且在此过程中循环泵可以保持较小的流量，因此也不会造成硅片碎片率的上升。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种硅片清洗方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种慢提拉槽的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请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申请。但是本申请能够以很多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申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性实施例”、“示例性地”或“一些示例”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本文中，“例如”、“如”、“示例”、“举例”等用于描述目的，表示在前与在后的不同技术方案在涵盖内容上存在关联，但并不应理解为对前一技术方案的限定，也不能理解为对本文保护范围的限制。在本文中，如无其他说明，A(如B)，表示B为A中的一种非限制性示例，可以理解A不限于为B。

本文中，“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。

本文中，“可选地含有”、“可选地包含”等描述，表示“含有或不含有”。“可选的组分X”，表示组分X存在或不存在，或者表示含有或不含有该组分X。

本文中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本文中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本文中，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间，比例区间，比值区间等数值区间类型。

本文中，涉及到百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。

本文中，％(w/w)与wt％均表示重量百分比，％(v/v)指体积百分比，％(w/v)指质量体积百分数。

本文中，涉及到温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。

本文中，术语“室温”或“常温”一般指4℃～35℃，例如20℃±5℃。在本文的一些实施例中，“室温”或“常温”是指10℃～30℃。在本文的一些实施例中，“室温”或“常温”是指20℃～30℃。

在本文中，方法流程中涉及多个步骤的，除非本文中有明确的不同说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以描述以外的其他顺序执行。而且，任一步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的一部分轮流或者交替或者同时地执行。

目前，相关技术主要通过加大酸洗槽的酸洗液(以下也称为药液)总补液量，或者加大酸洗槽的循环泵流量来改善上述硅片的清洗不良，但是，这些方法并不能很好地改善上述水珠脱附不良等的现象，且随着循环泵流量加大，会导致硅片碎片率的上升，而随着药液总补液量加大，则容易造成化学品消耗量上升，从而导致成本上升。

基于以上，第一方面，本申请的一些实施例提供一种硅片的清洗方法，如图1所示，该清洗方法包括如下步骤S11)～S13)：

S11)、对硅片进行制绒清洗处理；

示例地，可以采用碱制绒液对硅片进行制绒清洗处理。该碱制绒液可以包括氢氧化钾和/或氢氧化钠以及制绒添加剂。

S12)、将制绒清洗处理后的硅片进行酸洗处理，以去除制绒清洗处理后的硅片上的金属离子杂质、氧化物和碱残留；

示例地，可以采用酸洗槽对制绒清洗处理后的硅片进行酸洗处理，以去除制绒清洗处理后的硅片上的金属离子杂质、氧化物和碱残留。该酸洗槽中可以盛放酸洗液，该酸洗液示例地可以包括：HF和HCl的混合溶液，该HF的体积百分比浓度可以为9％～13％，HCl的体积百分比浓度可以为6％～12％。

在S12)之后，该方法还可以包括：将硅片放置于水槽中进行初步水洗处理，将硅片上附着的大部分酸洗液去除。

S13)、将酸洗处理后的硅片在慢提拉槽中进行水洗，水洗所采用的水为热水，热水的温度高于室温；在水洗过程中，在总补水量恒定的情况下，采用多次少量排水对硅片进行清洗。

其中，上述热水的温度高于室温，因此，与冷水相比，可以很好地提高清洗时的水珠脱附效果。

其中，上述热水可以为去离子水。

其中，如图2所示，在将酸洗处理后的硅片在慢提拉槽100中进行水洗时，慢提拉槽100可以包括主槽10和副槽20，主槽10位于副槽20的上方，副槽20上连接有排水管路201、补水管路202和排水口203，主槽10上设置有溢流口101，排水口203和溢流口101连通。在补水时，先采用补水管路202向副槽20中补水，然后经循环泵打到主槽10，形成主槽10和副槽20的水循环持续工作。

在一些实施例中，热水的温度为65℃～75℃。

在这些实施例中，通过将热水的温度控制在上述范围内，可以确保清洗和脱附效果。

其中，对上述热水的加热方式不做具体限定，可以直接向副槽20中补入温度稍高的热水，并通过主副槽循环即可获取温度为65℃～75℃的热水，也可以对慢提拉槽进行加热来获取温度为65℃～75℃的热水，在此不做具体限定。

需要说明的是，在相关技术中，采用上述补水管路202通入副槽20的水一般温度只有55℃～60℃，可以通过对主槽10进行加热的方式来实现主槽10内的热水温度保持在65℃～75℃，从而提高清洗能力，达到更好的水珠脱附效果，并能够防止硅片发生粘连。

其中，对上述对主槽10进行加热的具体方式不做限定，只要能够对主槽10中的水进行加热，使得主槽10中的水保持在65℃～75℃即可。

在一些实施例中，如图2所示，可以在主槽10和副槽20之间接触的表面上设置加热装置30，通过加热装置30对主槽10进行加热，以使得主槽10中的热水温度保持在65～75℃。

在这些实施例中，通过在主槽10和副槽20之间接触的表面上设置加热装置30，一方面可以对加热装置30进行固定，另一方面可以对主槽10和副槽20内的水进行同时加热，从而能够使主槽10和副槽20内的水在循环过程中不会使水温发生较大变化。

其中，上述加热装置30可以为加热棒或加热板，该加热装置30可以嵌设于主槽10和副槽20之间的隔板上。

在此，需要说明的是，在采用慢提拉槽100对酸洗处理后的硅片进行水洗时，相关技术中的补水排水方式如下：硅片进入慢提拉槽后，采用补水管路202对副槽20进行补水，并通过循环泵向主槽进行补水，补水到第一设置时间后，开始进行排水，排水到第二设置时间后，完成补水排水工作，从而完成硅片的水洗。

在此过程中，补水到第一设置时间后可以看作是达到了总补水量，在后续排水过程中，仅通过一次排水，由于副槽20中的水的温度较低，因此，主槽10和副槽20本身存在一定的温度差，持续排水会造成副槽20水位偏低，主槽10高热度热水液位随之降低，从而导致主槽10内热水损失较多，且硅片无法在主槽10内保证高液位的环境下持续清洗，导致清洗效果变差。

而在本申请实施例提供的硅片清洗方法中，在总补水量恒定的情况下，在此，为了方便比较，以本申请实施例提供的硅片清洗方法中的总补水量与一次排水相同为例，在补水第一设置时间后，通过采用少量多次排水，一方面可以保持主槽10内水温较高，另一方面可以保持主槽10内较高的水位，从而可以实现硅片在尽可能高的热度和高液位下进行清洗，最大程度上实现脱附杂质清洗效果。

另外，在此过程中不会大量使用酸液而造成化学品消耗量上升，并且在此过程中循环泵可以保持较小的流量，因此也不会造成硅片碎片率的上升。

在一些实施例中，采用多次少量排水对硅片进行清洗，可以包括：

向慢提拉槽100中补水预设时长，至慢提拉槽100中的水量至慢提拉槽中主槽10高度的4/5～1倍；

示例地，可以采用补水管路202对副槽20进行补水，并通过循环泵将副槽20内的水循环泵入主槽10内，并在此过程中采用加热装置30对主槽10内的水进行加热。

补水完成后，对慢提拉槽100进行第一次排水，至慢提拉槽100中的水量为慢提拉槽100中主槽10高度的3/4～4/5；

例如，可以采用排水管路201对主槽10进行排水，并同时采用循环泵将副槽20内的水排至主槽10内，随着副槽20内的水位降低，主槽10内的水位也随之降低，在此过程中，继续采用主槽10内的水对硅片进行清洗，水位高出部分可通过溢流口101排出。

在硅片清洗完成后，对慢提拉槽100进行第二次排水。

示例地，可以采用排水管路201对副槽20进行排水，随着副槽20内的水位降低，主槽10内的水位也不断降低直至主槽10和副槽20中的水被完全排出。

其中，对上述第一次排水的时长不做具体限定，只要第一次排水后，慢提拉槽100中的水量为慢提拉槽100中主槽10高度的3/4～4/5，即可实现硅片在足够的热度和水量下进行继续清洗。

在一些实施例中，第一次排水的时长为硅片水洗的总时长的1/5～1/4，硅片水洗的总时长为硅片清洗完成后，对慢提拉槽进行第二次排水开始时的时间与向慢提拉槽中开始补水时的时间之差。

在一些实施例中，第一次排水的时长为3s～5s，硅片水洗的总时长为15s～25s。

在这些实施例中，与原一次性排水的时长为10s相比，第一次排水的时长为3s～5s，可以确保硅片清洗时主槽10内为热水，且热水的水位足够高，从而可以对硅片进行最大程度上水洗，提高脱附杂质清洗效果。

在一些实施例中，上述热水中还添加有HF，HF在热水中的体积百分比浓度小于或等于1.0％。

在这些实施例中，通过在热水中添加HF，并控制HF的浓度较小，可以进一步去除氧化物和杂质，减少氧化物和杂质残留等容易造成界面复合的问题，从而提升清洗效果。

在一些实施例中，HF在热水中的体积百分比浓度为0.4％～0.8％。

在这些实施例中，可以确保脱附效果增强，使得硅片和花篮等水珠更少吸附被带入烘干槽中，从而实现良率的提升。

第二方面，本申请的一些实施例提供一种硅片，该硅片通过如第一方面所述的方法清洗得到。

在本申请实施例提供的硅片中，由于该硅片通过上述第一方面所述的方法清洗得到，因此，可以确保该硅片具有较高的脱附性，具体呈现为肉眼观察硅片表面水洗后无水珠吸附，从而可以减少由于药残而造成的电池界面复合和良率问题。

第三方面，本申请的一些实施例提供一种光电器件，该光电器件包括如第二方面所述的硅片。

在一些实施例中，该光电器件示例地可以为太阳能电池。

第四方面，本申请的一些实施例提供一种光伏系统，包括如第三方面所述的光电器件。

光伏系统可应用在光伏电站中，例如地面电站、屋顶电站、水面电站等，也可应用在利用太阳能进行发电的设备或者装置上，例如用户太阳能电源、太阳能路灯、太阳能汽车、太阳能建筑等等。当然，可以理解的是，光伏系统的应用场景不限于此，也即是说，光伏系统可应用在需要采用太阳能进行发电的所有领域中。以光伏发电系统网为例，光伏系统可包括光伏阵列、汇流箱和逆变器，光伏阵列可为多个光电器件的阵列组合，例如，多个光电器件可组成多个光伏阵列，光伏阵列连接汇流箱，汇流箱可对光伏阵列所产生的电流进行汇流，汇流后的电流流经逆变器转换成市电电网要求的交流电之后接入市电网络以实现太阳能供电。

为了对本申请实施例的技术效果进行客观评价，将通过如下实施例和对比例对本申请进行详细地示例性地说明。

在以下的实施例和对比例中，所有原料均可以通过商业形式购买获得，并且为了保持实验的可靠性，如下实施例和对比例所采用的原料均具有相同的物理和化学参数或经过同样的处理方法制备得到。

实施例1

实施例1提供的太阳能电池的制备方法如下：

(1)、碱洗：将硅片放入碱性槽中，用温度为65℃，浓度为1.12％(v/v)的氢氧化钠和浓度为4.45％(v/v)的双氧水的混合溶液对硅片进行浸泡150s，取出。

(2)、水洗：将硅片放入水洗槽中，用去离子水对硅片进行漂洗，漂洗时间为60s，取出。

(3)、制绒：将经过水洗的硅片放入制绒槽中，用81℃的碱性制绒液对硅片进行制绒清洗，时间为480s。

(4)、水洗：将经过制绒清洗后的硅片放入水洗槽中，用去离子水漂洗60s，取出。

(5)、碱洗：将硅片放入碱性槽中，用温度为65℃，浓度为1.12％(v/v)的氢氧化钠和浓度为4.45％(v/v)的双氧水的混合溶液对硅片进行浸泡150s，取出。

(6)、水洗：将硅片放入水洗槽中，用去离子水对硅片进行漂洗，漂洗时间为60s，取出。

(7)、酸洗：将水洗后的硅片酸洗槽中，在室温下，用HF和HCl的混合溶液清洗120s，取出，其中HF的浓度为9.89％(v/v)，HCl的浓度为7.78％(v/v)。

(8)、慢提拉：将经过酸洗的硅片放入温度为65℃的去离子水的慢提拉槽内，并向慢提拉槽中进行补水，至水位高度至主槽高度的4/5，停止补水，并采用排水管路对慢提拉槽进行第一次排水，至水位高度达到主槽高度的3/4，停止排水，第一次排水的时长为5s，在整个过程中，由下往上以2.8mm/s的速度提升，对硅片进行水洗，水洗总时长为20s后，将硅片取出，进行第二次排水。

(9)、烘干：将经过慢提拉的硅片放入温度为85℃的氮气烘干槽内，烘360s后取出。

(10)、制备电池片：对硅片进行氧化处理制备隧穿层，在氧化处理后的硅片背面制备n型掺杂层，并通过碱抛去除绕镀和正面磷硅玻璃层，制备正面钝化层和背面钝化层，以及通过丝网印刷和烧结制备正负金属电极，从而制备得到电池片。

实施例2

实施例2中太阳能电池的制备方法和实施例1中太阳能电池的制备方法基本相同，不同之处在于：

在步骤(6)中，将经过酸洗的硅片放入温度为75℃的去离子水的慢提拉槽内，并向慢提拉槽中进行补水，至水位高度至主槽高度的1倍，停止补水，并采用排水管路对慢提拉槽进行第一次排水，至水位高度达到主槽高度的4/5，停止排水，第一次排水的时长为3s，在整个过程中，由下往上以2.8mm/s的速度提升，对硅片进行水洗，水洗总时长为15s，将硅片取出，进行第二次排水。

实施例3

实施例3中太阳能电池的制备方法和实施例1中太阳能电池的制备方法基本相同，不同之处在于：

在步骤(6)中，将经过酸洗的硅片放入温度为70℃的去离子水的慢提拉槽内，并向慢提拉槽中进行补水，至水位高度至主槽高度的0.9倍，停止补水，并采用排水管路对慢提拉槽进行第一次排水，至水位高度达到主槽高度的0.23倍，停止排水，第一次排水的时长为4s，在整个过程中，由下往上以2.8mm/s的速度提升，对硅片进行水洗，水洗总时长为20s，将硅片取出，进行第二次排水。

对比例1

对比例1中太阳能电池的制备方法和实施例1中太阳能电池的制备方法基本相同，不同之处在于：

在步骤(6)中将经过酸洗的硅片放入温度为60℃的去离子水的慢提拉槽内，并向慢提拉槽中进行补水，至水位高度至主槽高度的4/5，停止补水，并采用排水管路对慢提拉槽进行排水，排水时长为10s，在此过程中，由下往上以2.8mm/s的速度提升，对硅片进行水洗，水洗总时长为20s，将硅片取出。

测试例

通过halm测试机分别对实施例1和对比例1所制备的太阳能电池进行电性能参数检测，实施例1和对比例1分别检测三次，并取平均值所得检测结果如下表1所示。其中，Eta为光电转化效率，Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，IReV2为反向漏电流。太阳能电池的面积均为0.0441平方米，光照幅度均为1000W/m

其中，Eta通过下式(1)计算得出：

Eta＝(Isc×Voc×FF)＝(电池片面积×光照幅度)式(1)。

表1

由表1可知，相比于对比例1，本申请实施例提供的清洗方法制备的太阳能电池具有较高的光电转换效率、开路电压和填充因子，说明按照本申请实施例提供的清洗方法能够提高太阳能电池的电性能参数。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。