單晶硅基材的織構化制造技術

本申請涉及單晶硅基材的織構化。制備單晶硅基材表面用于后續織構化步驟的方法，該方法包括：a.通過使表面與清潔溶液接觸來從表面去除污染物；b.用包含12?19重量％的KOH和/或NaOH的水性溶液對經預清潔的表面進行蝕刻；c.在7?10的pH，用水性介質對經蝕刻的表面進行清洗；以及d.在2?4.5的pH，使經清洗、蝕刻的表面接觸臭氧化的去離子水，從而將經清洗、蝕刻的表面轉變為經制備的表面。還提供了對經制備的表面進行織構化的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及太陽能電池生產領域，更具體地，涉及太陽能電池的生產方法，其包括在織構化之前的預清潔步驟。
技術介紹
在晶體硅太陽能電池生產領域，為了增強太陽光的吸收，對太陽能電池的前表面進行織構化。這通過減少反射損耗改善了光俘獲性質，從而改善了外部量子效率，并從而改善了電池的能量轉化效率。該織構化的質量對于太陽能電池的性能是至關重要的。具體來說，織構化結構的尺寸和均勻性是影響所述性能的關鍵參數。典型地，這些織構化結構具有金字塔形形狀，并且希望它們的尺寸和間隔是均勻分布的。在該織構化之前，通常對從晶片切割工廠獲得的剛切割的晶片進行一個或多個預備步驟。這些預備步驟是必需的，因為晶片的表面受到切割工藝的高度痕量污染，例如，漿料、金屬、有機雜質等。一個重要的預備步驟是通常就在織構化之前進行的鋸切損壞的去除(鋸切損壞去除，SDR)。通常通過使用氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液，以20-40重量％的濃度進行SDR。US2011/0111548A1嘗試通過在典型的SDR步驟之前引入預清潔步驟來改善表面織構化的質量。該預清潔步驟是向晶體硅基材的剛切割的表面施加臭氧化的去離子水，從而去除表面污染物。在US2011/0111548A1中，取決于測量的樣品，在950nm獲得的反射率(樣品上9點平均值)的范圍是9.05-9.47％。這對應于在950nm約為9.3％的反射率(8個不同樣品的平均值)。如果在700nm測量的話，這進而對應于超過10％的反射率。同樣地，取決于測量的樣品，在樣品上進行的9次反射率測量的標準偏差是0.7-2.1％(絕對值)，即，0.7-2.2％(相對值，參見US2011/0111548A1的附圖4和5)。但是，本專利技術的專利技術人意識到在US2011/0111548A1的指導下，這些方法通常導致在待織構化表面上形成硅酸鹽。這意味著如果能夠減少或抑制上述污染的話，可以進一步改善反射率和反射率標準偏差。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提供用于在單晶硅太陽能電池的表面上獲得低反射率的良好方法。本專利技術方法的實施方式的優點在于，其能夠在織構化之前實現非常干凈的表面。具體來說，本專利技術方法的實施方式的優點在于，可以減少或避免在待織構化表面上形成硅酸鹽。不希望受限于理論，專利技術人相信，在本專利技術的實施方式中，這是通過避免SDR步驟和緊接其后的步驟(例如，SDR后的清洗步驟)之間過大的pH差得以實現。專利技術人確定的在減少或避免硅酸鹽形成中起作用的另一個因素是，避免SDR步驟和緊接其后的步驟之間過大的溫差。本專利技術方法的實施方式的優點在于較為快速。本專利技術方法的實施方式的優點在于其具有較低成本。本專利技術方法的實施方式的優點在于其與現有的織構化后步驟是相容的。具體來說，其實現了良好的織構化后的鈍化和擴散步驟，并且實現了良好的織構化后激光燒蝕步驟和金屬鍍覆步驟，具有良好的均勻性。本專利技術實施方式的優點在于，可以實現金字塔狀物尺寸較為均勻分布的單晶硅表面。本專利技術實施方式的另一個優點在于，可以實現金字塔狀物在空間上較為均勻分布的單晶硅表面。本專利技術實施方式的另一個優點在于，可以實現在700nm處測得的反射率低于10％、甚至低于9％的單晶表面。本專利技術實施方式的另一個優點在于，可以獲得標準偏差是0.4-1.9％(相對值，樣品上進行9次測量)的該反射率。本專利技術實施方式的優點在于，可以實現高至22.5％的電池能量轉化效率(對于大面積n型cz-Si電池)。在第一個方面，本專利技術涉及制備用于后續織構化步驟的單晶硅基材表面的方法，該方法包括以下步驟：a.通過使表面與清潔溶液接觸，從表面去除污染物，從而將表面轉變成經過預清潔的表面；b.用水性溶液對經過預清潔的表面進行蝕刻，所述水性溶液包含12-19重量％，優選13-18％的KOH和/或NaOH，從而將經過預清潔的表面轉變成經蝕刻的表面；c.在7-10，優選7-8的pH，用水性介質來清洗經蝕刻的表面，從而將經蝕刻的表面轉變成經清洗、蝕刻的表面；以及d.使經清洗、蝕刻的表面與臭氧化的去離子水在2-4.5的pH接觸，從而將經清洗、蝕刻的表面轉變成經制備的表面。根據本專利技術的第一個方面的實施方式的方法通常應用于將會變成單晶硅太陽能電池的前表面的表面，但是其也可應用于單晶基材的兩個表面，例如為了形成雙面太陽能電池。步驟a是預清潔步驟。該預清潔步驟改善了在后續進行的織構化步驟過程中形成的織構化結構的幾何形貌的均勻性。在該預清潔步驟中，將預清潔溶液施涂到單晶硅基材的表面(通常是剛切割的表面)以去除污染物，從而將剛切割的表面轉變成經過預清潔的表面。可以通過各種方法完成預清潔溶液的施涂，包括但不限于，浴浸入、噴涂、噴頭分配和/或其組合。合適的預清潔溶液包括臭氧化的去離子水(DIO3)、HF/O3以及氫氧化鉀或氫氧化鈉的稀釋水性溶液。在預清潔溶液是氫氧化鉀或氫氧化鈉的稀釋水性溶液的一個實施方式中，預清潔溶液的氫氧化鉀或氫氧化鈉的濃度會是約為0.1-5重量％(余下是去離子水(DI)水)，以及最優選是0.1-1重量％(余下是DI水)。在其他實施方式中，預清潔溶液可以是APM、KPM、HF/O3、HF/HNO3，或其組合。當然，在某些實施方式中可以使用其他預清潔溶液。對于使用的特定單晶硅基材，可以對確切的參數，例如暴露時間，以及預清潔溶液的選擇進行優化。本專利技術的詳細描述中描述了優選的預清潔溶液。一旦完成了預清潔步驟a，則進行步驟b，其中，向單晶硅基材的經過預清潔的表面施涂去除鋸切損壞的溶液，以去除鋸切過程期間引起的物理損壞，從而將經過預清潔的表面轉變成經蝕刻的表面。步驟b的目的是至少從經過預清潔的表面(通常是從基材的兩側)去除一定厚度的材料。該步驟能夠去除在剛切割的硅基材中通常存在的所謂的鋸切損壞。需要去除的材料厚度取決于在制備之前的基材具有的質量，但是通常來說，可以從經過預清潔的表面(通常是兩側)去除厚度約為5μm的硅。當與US2011/0111548A1進行比較時，根據本專利技術的步驟b的一個重要優點在于，用于形成經蝕刻的表面的水性溶液的堿性比現有技術所使用的要低得多。比現有技術需要較少的NaOH或KOH在經濟和生態這兩方面而言都是有利的。通過使用pH為7-10的水性介質，步驟c能夠去除KOH和/或NaOH，同時避免前一步驟的pH沖擊。該水性介質通常包括去離子水，任選地，具有溶解在其中的NaOH和/或KOH。當pH高于7時，這通常是從步驟b轉入步驟c的(痕量)NaOH和/或KOH的結果(例如，從用于步驟b的蝕刻浴轉入到用于步驟c的清洗浴)。因此，用pH為7-10的水性溶液進行步驟c，所述水性溶液包括去離子水和任選的NaOH和/或KOH。優選地，該pH是7-8。通過以較低的KOH和/或NaOH濃度進行步驟b，不會產生理想的親水性表面。對于親水性表面，由于晶片表面的均勻潤濕，后續的織構化過程可以在表面區域上以更為均勻的分布展開。為了補償該缺點，步驟d對經清洗、蝕刻的表面進行氧化，從而使其具有足夠的親水性來實現最終后續織構化溶液的良好鋪展，從而能夠獲得良好的織構均勻性。步驟d的溫和酸性溶液還有助于從表面去除金屬污染物。在另一個方面，本專利技術涉及對單晶硅基材表面進行織構化的方法，該方法包括：通過第一方面的方法制備單晶硅基材表面，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備單晶硅基材表面用于后續織構化步驟的方法，所述方法包括：a.通過使表面與清潔溶液接觸，從所述表面去除污染物，從而將所述表面轉變成經過預清潔的表面；b.用水性溶液對所述經過預清潔的表面進行蝕刻，所述水性溶液包含12?19重量％，優選13?18％的KOH和/或NaOH，從而將所述經過預清潔的表面轉變成經蝕刻的表面；c.在7?10的pH，用水性介質來清洗所述經蝕刻的表面，從而將所述經蝕刻的表面轉變成經清洗、蝕刻的表面；以及d.使所述經清洗、蝕刻的表面與臭氧化的去離子水在2?4.5的pH接觸，從而將所述經清洗、蝕刻的表面轉變成經制備的表面。

【技術特征摘要】
2015.09.07 EP 15184061.81.一種制備單晶硅基材表面用于后續織構化步驟的方法，所述方法包括：a.通過使表面與清潔溶液接觸，從所述表面去除污染物，從而將所述表面轉變成經過預清潔的表面；b.用水性溶液對所述經過預清潔的表面進行蝕刻，所述水性溶液包含12-19重量％，優選13-18％的KOH和/或NaOH，從而將所述經過預清潔的表面轉變成經蝕刻的表面；c.在7-10的pH，用水性介質來清洗所述經蝕刻的表面，從而將所述經蝕刻的表面轉變成經清洗、蝕刻的表面；以及d.使所述經清洗、蝕刻的表面與臭氧化的去離子水在2-4.5的pH接觸，從而將所述經清洗、蝕刻的表面轉變成經制備的表面。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，去除污染物包括使所述表面與包含反應性氧物質的溶液接觸。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，使所述表面與包含反應性氧物質的溶液接觸包括：使所述表面與臭氧化的去離子水在2-4.5，優選2-4，更優選2-3的pH接觸。4.如權利要求2或3所述的方法，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·約翰，M·哈斯林格，
申請(專利權)人：IMEC非營利協會，
類型：發明
國別省市：比利時;BE