异面结构硅片及其制备方法、太阳电池及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，尤其是一种异面结构硅片及其制备方法、太阳电池及其制备方法。

背景技术

目前单晶PERC电池制造工艺的主要流程包括：碱制绒、磷扩散、激光掺杂、背抛及边缘刻蚀、背面沉积Al

现有工艺中包含两道湿法工序，碱制绒的主要目的是在硅片两面形成微米金字塔的陷光结构；背抛的主要目的是去除硅片背面的PN结以及同时刻蚀掉背面制绒时产生的金字塔结构以形成相对平整的表面，从而提升背表面Al

如以上所述，目前行业内碱制绒和碱抛均是采用单独工序完成，制备的单晶PERC电池正面具有金字塔绒面，背面是平整的抛光面。

另外，对于单晶碱制绒技术，近些年业内从添加剂方面对制绒速度，出绒率、及均匀性方面进行了不断优化，陷光效果不断被改进。但是，量产技术始终是基于碱制绒正金字塔结构的优化。随着高效硅电池技术的持续发展，对硅片表面陷光效果的要求也进一步提高。而倒金字塔结构绒面由于具有较优的陷光性能，一直备受关注，但常见的倒金字塔结构主要采用光刻技术或金属催化化学腐蚀的方法制备，不仅工艺复杂，成本相对较高，所以限制了其在大规模产业化方面的应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种异面结构硅片及其制备方法、太阳电池及其制备方法。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种异面结构硅片及其制备方法、太阳电池及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种异面结构硅片及其制备方法，所述制备方法包括：

S1、采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面上形成正金字塔结构绒面；

S2、采用氧化工艺，在硅片第一表面上形成氧化层；

S3、采用激光消融工艺，对氧化层进行激光消融处理；

S4、采用碱刻蚀工艺，同时对硅片的第一表面和第二表面进行刻蚀，在第一表面上形成倒金字塔结构绒面，在第二表面上形成抛光面。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1包括：

采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面上形成正金字塔结构绒面；或，

采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面和第二表面上形成正金字塔结构绒面。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1具体为：

将硅片置于第一刻蚀液中反应，刻蚀温度为60℃～90℃，刻蚀时间为5min～20min，正金字塔结构的尺寸为0.5μm～5μm；

第一刻蚀液为碱与制绒添加剂的混合溶液，碱的质量浓度为0.5％～5％，碱为氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化钠中的至少一种。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：

对硅片的第一表面进行氧化形成厚度为5nm～100nm的氧化层；或，

对硅片的第一表面和第二表面进行氧化形成厚度为5nm～100nm的氧化层，并去除第二表面上的氧化层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体为：

采用激光器产生的激光对氧化层进行扫描以消融氧化层，其中，激光器为532nm波长激光器，功率为10W～100W，光斑大小为50μm～150μm，光斑扫描间距为25μm～75μm，扫描速度为10m/s～30m/s。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体为：

将硅片置于第二刻蚀液中反应，刻蚀温度为60℃～90℃，刻蚀时间为2min～20min，倒金字塔结构的尺寸为0.5μm～5μm；

第二刻蚀液为碱溶液，碱的质量浓度为1％～5％，碱为氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化钠中的至少一种。

作为本发明的进一步改进，所述硅片为p型硅片或n型硅片；

和/或，所述倒金字塔结构绒面在300nm～1200nm波长范围内的平均反射率为5％～15％；

和/或，所述抛光面在300nm～1200nm波长范围内的平均反射率为40％～50％。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种异面结构硅片，所述异面结构硅片由上述的制备方法制备而得。

本发明又一实施例提供的技术方案如下：

一种太阳电池，所述太阳电池包括：

异面结构硅片，所述异面结构硅片为异面结构硅片；

PN结，形成于异面结构硅片的第一表面上；

介质层，形成于异面结构硅片的第一表面上；

钝化层和/或减反层，形成于异面结构硅片的第二表面上；

电极，分别形成于异面结构硅片的第一表面和第二表面上。

本发明再一实施例提供的技术方案如下：

一种太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：

制备异面结构硅片；

在异面结构硅片的第一表面上进行扩散制备PN结；

在异面结构硅片的第一表面上沉积介质层；

在异面结构硅片的第二表面上沉积钝化层和/或减反层；

在异面结构硅片的第一表面和第二表面上制备电极。

本发明的有益效果是：

本发明异面结构硅片在一步湿法刻蚀工艺中同时正面倒金字塔结构绒面和背面抛光面的制备，能够提升电池正面陷光能力，同时降低电池背面复合以及提高电池背面反射；

本发明的工艺简单、成本较低，易集成到现有电池产线，具有大规模产业化应用的前景。

附图说明

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中记载的一些实施例，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1为本发明中异面结构硅片制备方法的流程示意图；

图2为本发明中倒金字塔结构形成的机理示意图；

图3为本发明中太阳电池制备方法的流程示意图；

图4为本发明实施例一中激光消融处理后硅片第一表面的SEM图；

图5为本发明实施例一中异面结构硅片第一表面(倒金字塔结构绒面)的SEM图；

图6为本发明实施例一中异面结构硅片第二表面(抛光面)的SEM图；

图7为本发明实施例二中异面结构硅片第一表面(倒金字塔结构绒面)的SEM图；

图8为本发明实施例二中异面结构硅片第二表面(抛光面)的SEM图；

图9为本发明实施例一和实施例二中异面结构硅片第一表面(倒金字塔结构绒面)与对比例中常规制绒后硅片第一表面(正金字塔结构绒面)的反射率曲线对比图；

图10为本发明实施例一和实施例二中异面结构硅片第二表面(抛光面)与对比例中常规酸抛后硅片第二表面的反射率曲线对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种异面结构硅片，该硅片的第一表面为倒金字塔结构绒面，第二表面为抛光面，其中，硅片为p型硅片或n型硅片，倒金字塔结构绒面在300nm～1200nm波长范围内的平均反射率为5％～15％，抛光面在300nm～1200nm波长范围内的平均反射率为40％～50％。

本发明中所指的第一表面为硅片的前表面(即正面)，第二表面为硅片的背表面(即背面)。

参图1所示，本发明中异面结构硅片的制备方法包括：

S1、采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面上形成正金字塔结构绒面；

S2、采用氧化工艺，在硅片第一表面上形成氧化层；

S3、采用激光消融工艺，对氧化层进行激光消融处理；

参图2所示，激光光斑与正金字塔结构表面氧化层作用时，由于尖端效应，激光优先作用于光斑内的正金字塔顶端，控制合适的激光功率，可仅使得正金字塔顶端的氧化层被消融处理掉，正金字塔其他区域氧化层仍会被保留，作为后续碱刻蚀的阻挡层；

S4、采用碱刻蚀工艺，同时对硅片的第一表面和第二表面进行刻蚀，在第一表面上形成倒金字塔结构绒面，在第二表面上形成抛光面；

继续参图2所示，第一表面上未被激光消融处理掉的氧化层充当掩膜层，碱刻蚀液优先从顶端腐蚀开始向下腐蚀，逐渐形成倒金字塔结构绒面；第二表面上由于没有任何阻挡层，故被碱刻蚀液腐蚀形成抛光面。

其中，步骤S1包括：

采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面上形成正金字塔结构绒面；或，

采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面和第二表面上形成正金字塔结构绒面。

优选地，步骤S1具体为：

将硅片置于第一刻蚀液中反应，刻蚀温度为60℃～90℃，刻蚀时间为5min～20min，正金字塔结构的尺寸为0.5μm～5μm；

第一刻蚀液为碱与制绒添加剂的混合溶液，碱的质量浓度为0.5％～5％，碱为氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化钠中的至少一种。

步骤S2具体为：

对硅片的第一表面进行氧化形成厚度为5nm～100nm的氧化层；或，

对硅片的第一表面和第二表面进行氧化形成厚度为5nm～100nm的氧化层，并去除第二表面上的氧化层。

步骤S3具体为：

采用激光器产生的激光对氧化层进行扫描以消融氧化层，其中，激光器为532nm波长激光器，功率为10W～100W，光斑大小为50μm～150μm，光斑扫描间距为25μm～75μm，扫描速度为10m/s～30m/s。

步骤S4具体为：

将硅片置于第二刻蚀液中反应，刻蚀温度为60℃～90℃，刻蚀时间为2min～20min，倒金字塔结构的尺寸为0.5μm～5μm；

第二刻蚀液为碱溶液，碱的质量浓度为1％～5％，碱为氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化钠中的至少一种。

本发明还公开了一种太阳电池，包括：

异面结构硅片；

PN结，形成于异面结构硅片的第一表面上；

介质层，形成于异面结构硅片的第一表面上；

钝化层和/或减反层，形成于异面结构硅片的第二表面上；

电极，分别形成于异面结构硅片的第一表面和第二表面上。

参图3所示，本发明中太阳电池的制备方法包括：

制备异面结构硅片；

在异面结构硅片的第一表面上进行扩散制备PN结；

在异面结构硅片的第一表面上沉积介质层；

在异面结构硅片的第二表面上沉积钝化层和/或减反层；

在异面结构硅片的第一表面和第二表面上制备电极。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

本实施例中异面结构硅片的制备方法，具体包括以下步骤：

1、采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面上形成正金字塔结构绒面。

本实施例中硅片为p型直拉单晶硅片，大小为157x157cm

碱刻蚀制绒工艺具体为：

将硅片置于第一刻蚀液中反应，刻蚀温度为75℃，刻蚀时间为10min，正金字塔结构的尺寸为1μm～3μm；其中，第一刻蚀液为碱与制绒添加剂的混合溶液，碱为氢氧化钾，质量浓度为1.5％，制绒添加剂的体积比为1％。

本实施例中的碱刻蚀制绒工艺中对单个硅片的第一表面和第二表面同时进行双面制绒，在其他实施例中也可以采用背靠背方式对两个硅片的第一表面同时进行单面制绒。

2、采用氧化工艺，在硅片第一表面上形成氧化层。

采用背靠背方式将硅片放入管式氧化炉中，通入5000sccm的O

3、采用激光消融工艺，对氧化层进行激光消融处理。

采用532nm波长的激光器，功率为30W，光斑大小为100μm，对上述硅片的第一表面进行激光消融扫描处理，光斑扫描间距为50μm，扫描速度为20m/s，激光消融处理后硅片第一表面的SEM图参图4所示

4、采用质量浓度为1％的氢氟酸去除硅片背面绕镀的氧化层。

5、采用碱刻蚀工艺，同时对硅片的第一表面和第二表面进行刻蚀，在第一表面上形成倒金字塔结构绒面，在第二表面上形成抛光面。

将上述硅片放入第二刻蚀液中反应，刻蚀温度为75℃，刻蚀时间为5min；其中，第二刻蚀液为碱溶液，碱为氢氧化钾，质量浓度为3％。

将上述硅片清洗干净后烘干，即得到异面结构硅片，参图5、图6所示，第一表面为倒金字塔结构绒面，第二表面为抛光面，倒金字塔结构的尺寸为0.5μm～3μm左右。

实施例二：

本实施例中异面结构硅片的制备方法，具体包括以下步骤：

1、采用碱刻蚀制绒工艺，在硅片第一表面上形成正金字塔结构绒面。

本实施例中硅片为p型直拉单晶硅片，大小为157x157cm

碱刻蚀制绒工艺具体为：

将硅片置于第一刻蚀液中反应，刻蚀温度为75℃，刻蚀时间为10min，正金字塔结构的尺寸为1μm～3μm；其中，第一刻蚀液为碱与制绒添加剂的混合溶液，碱为氢氧化钾，质量浓度为1.5％，制绒添加剂的体积比为1％。

2、采用氧化工艺，在硅片第一表面上形成氧化层。

采用背靠背方式将硅片放入管式氧化炉中，通入2500sccm的O

3、采用激光消融工艺，对氧化层进行激光消融处理。

采用532nm波长的激光器，功率为30W，光斑大小为100μm，对上述硅片的第一表面进行激光消融扫描处理，光斑扫描间距为50μm，扫描速度为20m/s，激光消融处理后硅片第一表面的SEM图与图4类似

4、采用质量浓度为1％的氢氟酸去除硅片背面绕镀的氧化层。

5、采用碱刻蚀工艺，同时对硅片的第一表面和第二表面进行刻蚀，在第一表面上形成倒金字塔结构绒面，在第二表面上形成抛光面。

将上述硅片放入第二刻蚀液中反应，刻蚀温度为75℃，刻蚀时间为8min；其中，第二刻蚀液为碱溶液，碱为氢氧化钾，质量浓度为3％。

将上述硅片清洗干净后烘干，即得到异面结构硅片，参图7、图8所示，第一表面为倒金字塔结构绒面，第二表面为抛光面，倒金字塔结构的尺寸为0.5μm～2.5μm左右。

实施例三：

本实施例中太阳电池的制备方法，具体包括以下步骤：

1、将实施例二中的异面结构硅片清洗干净并烘干，采用倒金字塔结构绒面朝外抛光面朝内的背靠背的方式，将硅片放入扩散管中进行磷扩散制备PN结。

2、将上述扩散后的硅片的扩散面进行激光选择性掺杂。

3、将上述掺杂后的硅片进行边缘和背面结刻蚀去除。

4、将上述硅片放入氧化管在700℃下进行第一表面氧化。

5、将硅片第二表面上依次沉积10nm厚的Al

6、在硅片第一表面沉积80nm厚的SiN

7、最后在上述硅片的第一表面和第二表面印刷电极并烧结形成欧姆接触，制得硅太阳电池。

对比例：

常规背钝化硅太阳电池，工艺流程包括如下步骤：

1、将单晶硅片放入碱溶液进行双面制绒，在本步骤中硅片为p型直拉单晶硅片，大小为157x157cm

采用含有质量浓度1.5％的KOH和体积比1％的制绒添加剂的碱液对硅片进行表面制绒形成1～3μm的正金字塔结构。

2、将上述清洗干净并烘干后的硅片，采用背靠背的方式，放入扩散管中进行磷扩散制备PN结。

3、将上述扩散后的硅片的扩散面进行激光选择性掺杂。

4、将上述扩散后硅片放入氧化管中在750℃下氧化20min，保护激光掺杂区。

5、将上述放入质量浓度3％的HF溶液中，刻蚀去除背面PSG层。

6、将上述硅片放入含有质量浓度2％的KOH碱溶液中，在70℃下，背面抛光3.5min，并清洗干净后烘干。

7、将上述背面抛光后硅片放入氧化管在700℃下进行正面氧化。

8、将上述氧化后硅片背面沉积10nm厚的Al

9、再在上述背面镀膜后硅片正面沉积80nm厚的SiN

10、最后在上述硅片的正、背面印刷电极并烧结形成欧姆接触，制得硅太阳电池。

参图9所示为本发明实施例一和实施例二中异面结构硅片第一表面(倒金字塔结构绒面)与对比例中常规制绒后硅片第一表面(正金字塔结构绒面)的反射率曲线对比图，可见，本发明中倒金字塔结构绒面的平均反射率较常规正金字塔结构绒面的平均反射率更低，本发明中的倒金字塔结构绒面在300nm～1200nm波长范围内的平均反射率为5％～15％。

参图10所示为本发明实施例一和实施例二中异面结构硅片第二表面(抛光面)与对比例中常规酸抛后硅片第二表面的反射率曲线对比图，可见，本发明中抛光面的平均反射率较常规酸抛后抛光面的平均反射率更高，本发明中的抛光面在300nm～1200nm波长范围内的平均反射率为40％～50％。

参表1所示为实施例三和对比例中制备所得的太阳电池的性能测试，可以看出，本申请制备的基于异面结构硅片的双面太阳电池，其光电转换效率有明显提升，取得意想不到的效果。

表1 双面太阳电池的性能测试表

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明异面结构硅片在一步湿法刻蚀工艺中同时正面倒金字塔结构绒面和背面抛光面的制备，能够提升电池正面陷光能力，同时降低电池背面复合以及提高电池背面反射；

本发明的工艺简单、成本较低，易集成到现有电池产线，具有大规模产业化应用的前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。