本發(fā)明涉及一種單晶硅太陽電池絨面制備方法和制備夾具，屬于太陽電池器件制備領域。

背景技術：

目前金剛線硅片切割技術已經(jīng)越來越多的應用于單晶硅太陽電池生產(chǎn)中單晶硅片材料的切割領域。該技術采用電鍍或樹脂粘合的方式將碳化硅切割粉粘結在合金鋼線的表面，通過合金鋼線的快速磨削將單晶硅棒切割為一片片160～200um厚度的單晶硅片。該技術具有切割速度快，切割精度高，單晶硅片表面損傷小，表面光滑等特點。但是由于該單晶硅片表面光滑損傷小的特點，給單晶硅太陽電池生產(chǎn)過程中的制絨工藝造成了很大的難題，主要表現(xiàn)在單晶硅片表面光滑損傷小，使制絨藥液在該單晶硅片表面腐蝕速度降低，腐蝕均勻性難以控制，造成了金剛線單晶硅片化學制絨時間長，絨面金子塔均勻一致性差。以上原因導致金剛線切割的單晶硅片在制備金子塔絨面后，硅片表面發(fā)射率高，最終生產(chǎn)的太陽電池轉換效率也受到了絨面均勻性的影響。

由于金剛線切割單晶硅片技術能夠大幅度降低切割成本，已經(jīng)在光伏行業(yè)得到了大范圍的推廣應用，但是目前金剛線切割的單晶硅片制絨大都采用化學品NaOH堿溶液制絨的方法，將硅片背對背放置在PVDF材質的花籃里浸泡在溶液中制絨，利用氫氧化鈉低濃度堿溶液對硅片的不同晶向各向異性腐蝕形成金字塔結構。這種制絨方法應用在金剛線切割單晶硅片制絨上，制絨時間長，浪費藥液，污水處理費用高，且絨面均勻性差，尤其是對于質量參差不齊的金剛線切割單晶硅片絨面穩(wěn)定性難控制，直接影響硅片表面絨面大小和均勻性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明本是為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種單晶硅太陽電池絨面的制備方法和工裝夾具，可以降低金剛線切割單晶硅片制絨時間，提高該硅片表面金字塔絨面的均勻一致性，同時極大縮短了制絨時間，降低了化學品的耗量，減少廢水處理的成本，降低化學藥液對環(huán)境污染。該方法制備的絨面小而均勻性，表面金字塔絨面狀況易于控制。顯著降低金剛線切割單晶硅片表面的反射率，增加電池對光的吸收，從而提高電池的短路電流，提升電池的光電轉換效率。

本發(fā)明的技術方案是：一種改善單晶硅太陽電池絨面的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將裝有單晶硅太陽電池硅片置于溫度為60℃，質量濃度為10％的NH₄F水溶液的處理槽中，同時將臭氧氣體通入NH4F溶液中，去除單晶硅太陽電池硅片硅片表面的臟污和有機物。

步驟二：將處理后的制備工具置于質量濃度為1％～3％的NaOH和質量濃度25％的表面活化劑、質量濃度為15％的絨面催化劑和質量濃度為10％絨面緩蝕劑的制絨添加劑混合溶液中。

步驟三：將制絨后的制備工具放入質量濃度為5％～10％的HCl和質量濃度為5％～10％的HF混合液中清洗單晶硅太陽電池硅片表面，且混合液比例為1：1；之后用水漂洗硅片表面的酸，經(jīng)慢提拉工藝，使硅片表面充分脫水。

步驟四：將酸洗后的制備工具采用5N純度的氮氣烘干，烘干溫度為400～500℃，烘干時間為300～600s；進行烘干后，取出單晶硅太陽電池硅片。

本發(fā)明進一步的技術方案是：所述用于制造臭氧的臭氧發(fā)生器容積為1.2L，氧氣流量為25sccm。

本發(fā)明進一步的技術方案是：通過調節(jié)藥液溫度、藥液配比以及外加電源的電流強度來控制絨面的形貌。

本發(fā)明進一步的技術方案是：一種基于權利要求1所述制備方法所使用的改善單晶硅太陽電池絨面的制備工具，包括石墨板和陶瓷桿；若干所述石墨板之間相互平行層疊排列；石墨板上設有若干通孔，且通孔軸線與石墨板平面相互垂直；陶瓷桿穿過若干石墨板上對應位置的通孔，將若干石墨板相互串接；石墨板上設有若干凹槽，，單晶硅太陽電池片置于凹槽中；凹槽邊設有硅片卡點，通過硅片卡點將單晶硅太陽電池硅片固定在凹槽里；石墨板對稱的兩邊設有凸起；凸起上設有石墨螺絲，作為陽極。

本發(fā)明進一步的技術方案是：所述陶瓷桿穿過平行排列的石墨板上的通孔，并通過石墨螺絲將陶瓷桿和石墨板之間相互固定。

發(fā)明效果

本發(fā)明的技術效果在于：

1、在NH₄F溶液中通入臭氧氣體的方法對金剛線切割的單晶硅片進行預處理，可以有效去除硅片表面的臟污和有機物，同時提高金剛線切割的單晶硅片表面的導電率。

2、本發(fā)明采用電化學制絨的方法，使金剛線切割的單晶硅片光滑的表面腐蝕速度加快，提高該硅片表面金字塔絨面的均勻一致性，降低了化學品的耗量，減少廢水處理的成本，降低化學藥液對環(huán)境污染。該方法制備的絨面小而均勻性，表面金字塔絨面狀況易于控制。顯著降低金剛線切割單晶硅片表面的反射率，增加電池對光的吸收，從而提高電池的短路電流，提升電池的光電轉換效率。

3、本發(fā)明采用石墨花籃承載硅片，石墨作為電極，可有效的降低金屬離子對硅片的污染。金剛線切割的單晶硅片插入到石墨材料制備的帶有電極孔的花籃中，該硅片卡入石墨花籃的硅片槽中，并通過三個硅片卡點固定硅片位置。金剛線切割的單晶硅片一面緊貼石墨花籃的石墨片，石墨片作為陽電極；另一面單面表面浸入制絨化學藥液進行單面制絨。單晶硅片單面制絨確保了電池制備工藝過程中鋁漿印刷背場的平整度，使鋁漿和硅片背面接觸性能得到改善，形成良好的硅鋁合金，提升了電池開路電壓和電池對紅外波段光子的吸收，提高了電池的光電轉換效率。

4、本發(fā)明采用兩步電化學制絨的方法，通過調節(jié)電流密度來控制絨面，穩(wěn)定性更好，絨面均勻性更好，降低了金剛線切割單晶硅片制絨后硅片表面對光的反射，提升了單晶硅太陽電池的短路電流，進而提高太陽電池的光電轉換效率。

5、本發(fā)明的實現(xiàn)方法簡單、易于掌握，具有操作方便、重復可靠的特點，具有明確的產(chǎn)業(yè)化前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的制備工具結構圖；

圖2是本發(fā)明制絨槽電化學制絨的結構示意圖；

圖3為采用本發(fā)明制備的硅片表面光的反射率。

具體實施方式

下面結合具體實施實例，對本發(fā)明技術方案進一步說明。

1、參見圖1-圖3若干所述石墨板之間相互平行層疊排列；石墨板上設有若干通孔，且通孔軸線與石墨板平面相互垂直；陶瓷桿穿過若干石墨板上對應位置的通孔，將若干石墨板相互串接，形成石墨花籃；制備方法包括以下步驟：

將金剛線切割的單晶硅片插入到石墨材料制備的帶有電極孔的花籃中，該硅片卡入石墨花籃的硅片槽中，并通過三個硅片卡點固定硅片位置。凹槽是起到固定硅片的作用，為了硅片整個絨面的均勻性，本實施例中，如圖所示，若干凹槽相互平行排列；將單晶硅太陽電池硅片固定在凹槽與卡點之間的縫隙里；陶瓷桿穿過石墨板上的通孔把各石墨板串接在一起，用石墨螺絲套在陶瓷桿上擰緊固定住。

金剛線切割的單晶硅片一面緊貼石墨花籃的石墨片，石墨片作為陽電極；另一面單面表面浸入制絨化學藥液進行單面制絨。

將插滿金剛線切割的單晶硅片的花籃放置到一定濃度的NH 4F溶液中，并給溶液中通入臭氧氣體進行預處理。

將預處理后的金剛線切割的單晶硅片，放置到NaOH和制絨添加劑混合溶液的制絨槽中，石墨花籃兩側電極孔與制絨槽的電極接觸，通過調節(jié)溶液溫度、藥液配比以及外加電源的電流強度來控制絨面的形貌。

將制絨后的金剛線切割的單晶硅片放到HCl和HF濃度為1：1混合液的酸洗槽中清洗硅片表面。再經(jīng)過三個純水槽，漂洗硅片表面的酸，最后經(jīng)過慢提拉使硅片表面充分脫水。

將酸洗后的金剛線切割的單晶硅片放進氮氣熱風烘干機里進行烘干。

石墨花籃承載硅片，不同于傳統(tǒng)的PVDF材料的花籃，石墨花籃兩側設計有電極孔。硅片卡入石墨花籃的硅片槽中，并通過三個硅片卡點規(guī)定硅片位置。石墨片作為陽電極；另一面單面表面浸入制絨化學藥液進行單面制絨。采用電化學的制絨方法，石墨花籃的石墨片作為電極，可有效的降低金屬電極產(chǎn)生的金屬離子對硅片的污染。采用一定濃度的NH 4F溶液并在溶液中通臭氧氣體對金剛線切割的單晶硅片進行預處理，可有效的去除該硅片表面的臟污和有機物，并提高硅片表面導電率的一致性。

采用電化學的方法制絨，通過調節(jié)電流密度來控制絨面，穩(wěn)定性更好，絨面均勻性更好，降低了硅片表面的反射率，提高電池的短路電流，進而提高電池的光電轉換效率。

采用電化學制絨的方法，可以加快腐蝕速度，極大縮短在金剛線切割的單晶硅片表面制絨時間，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中提高產(chǎn)量。同時此種制絨方法降低化學品的用量，也減少化學藥液廢水的處理量和處理成本，降低了單晶體硅太陽電池的生產(chǎn)成本。

將金剛線切割單晶硅片插入到石墨材料制備的花籃中，使單晶硅片卡入石墨花籃的硅片槽中，并通過三個硅片卡點固定硅片位置，硅片一面緊貼石墨花籃的石墨片，石墨片作為陽電極；另一面可以單面表面浸入制絨化學藥液進行單面制絨。

將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃放入一定濃度的NH4F溶液的處理槽中。將氧氣通入臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，將臭氧氣體通入NH4F溶液中，一方面可以有效去除硅片表面的臟污和有機物，另一方面可提高硅片表面導電率的一致性。

將預處理后的金剛線切割單晶硅片，放置到NaOH和制絨添加劑混合溶液的制絨槽中，花籃兩側電極孔與制絨槽的電極接觸，通過調節(jié)溶液溫度、藥液配比以及外加電源的電流強度來控制絨面的形貌。

將制絨后的硅片放到濃度為5％～10％HCl和5％～10％HF混合液的酸洗槽中清洗硅片表面，然后再經(jīng)過三個純水槽，漂洗硅片表面的酸，最近經(jīng)過慢提拉使硅片表面充分脫水。

將酸洗后的金剛線切割的單晶硅片放進氮氣熱風烘干機里進行烘干。

所述步驟(1)的工藝參數(shù)為：

將金剛線切割單晶硅片插入到石墨材料制備的花籃中，使硅片卡入石墨花籃的硅片槽中，并通過三個硅片卡點固定硅片位置，硅片一面緊貼石墨花籃的石墨片。將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入預處理槽中。預處理槽中放入濃度為10％的NH4F溶液，溫度為60℃；臭氧發(fā)生器的氧氣流量為25sccm，工作功率30W；同時預處理槽中開啟超聲波，功率30～40W，清洗時間60s。

所述步驟(2)的工藝參數(shù)為：

將預處理槽清洗后的金剛線切割單晶硅片放入到電解槽中1進行初步電化學腐蝕制絨，初步快速制備金字塔形貌的絨面。要求將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入電解槽1中，石墨花籃的陽電極與電解槽1中直流電流源陰電極接觸，同時電解槽內溶液為濃度為1％～3％NaOH和制絨添加劑，調節(jié)直流電流源使制絨電流密度為30～50mA/cm2，電解槽1內藥液溫度為75～80℃，制絨工藝時間為100～200s。

所述步驟(3)的工藝參數(shù)為：

將電解槽1內制備絨面的金剛線切割單晶硅片放入到電解槽中2進行精細電化學腐蝕制絨，制備均勻完整，形貌一致的金字塔絨面，控制金字塔絨面高度在2～4um。。要求將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入電解槽2中，石墨花籃的陽電極與電解槽2中直流電流源陰電極接觸。電解槽2中NaOH溶液為濃度為0.5％～1％和制絨添加劑，調節(jié)直流電流源使制絨電流密度為10～15mA/cm2，電解槽2內藥液溫度為75～80℃，制絨工藝時間為300s～500s。

所述步驟(4)的工藝參數(shù)為：

將電解槽2內制備絨面的金剛線切割單晶硅片浸入酸洗槽。要求將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入酸洗槽中。酸洗槽中藥液配比為5～10％HCL和5～10％HF混合藥液，HCL和HF酸的比例為1:1，酸洗槽的藥液溫度30℃，酸洗工藝時間為300s。

所述步驟(4)的工藝參數(shù)為：

將酸洗槽的清洗后的硅片進行三次純水漂洗，要求將酸洗槽出來插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃分別浸入純水槽1、2、3中，三個純水槽中清洗工藝時間為120～300s。純水槽1和2的清洗純水溫度為室溫，主要是漂洗干凈單晶硅片表面的酸。3槽中的清洗純水溫度為70～80℃。在純水3槽工藝處理中進行慢提拉工藝，使金剛線切割的單晶硅片表面充分脫水。

所述步驟(5)的工藝參數(shù)為：

純水漂洗后金剛線切割的單晶硅片采用5N純度的氮氣加熱烘干硅片，確保硅片表面干凈無水珠和水漬，時間300～600s。

本發(fā)明先將金剛線切割單晶硅片制絨后硅片插入到帶有石墨花籃中，花籃裝置如圖1所示，使單晶硅片卡入石墨花籃的硅片槽中，并通過三個硅片卡點固定硅片位置，硅片一面緊貼石墨花籃的石墨片，石墨片作為陽電極；另一面可以單面表面浸入制絨化學藥液進行單面制絨。將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入溫度為60℃的濃度為10％的NH4F溶液的預處理槽中，臭氧發(fā)生器的氧氣流量為25sccm，工作功率30W；同時預處理槽中開啟超聲波，功率30～40W，清洗時間60s。將預處理槽清洗后的金剛線切割單晶硅片放入到電解槽中1進行初步電化學腐蝕制絨，初步快速制備金字塔形貌的絨面。要求將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入電解槽1中，石墨花籃的陽電極與電解槽1中直流電流源陽電極接觸，同時電解槽內溶液為濃度為1％～3％NaOH和制絨添加劑，調節(jié)直流電流源使制絨電流密度為30～50mA/cm2，電解槽1內藥液溫度為75～80℃，制絨工藝時間為100～200s。將電解槽1內制備絨面的金剛線切割單晶硅片放入到電解槽中2進行精細電化學腐蝕制絨，制備均勻完整，形貌一致的金字塔絨面，控制金字塔絨面高度在2～4um。。要求將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入電解槽2中，石墨花籃的陽電極與電解槽2中直流電流源陽電極接觸。電解槽2NaOH溶液為濃度為0.5％～1％和制絨添加劑，調節(jié)直流電流源使制絨電流密度為10～15mA/cm2，電解槽2內藥液溫度為75～80℃，制絨工藝時間為300～500s。將電解槽2內制備絨面的金剛線切割單晶硅片浸入酸洗槽。要求將插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃浸入酸洗槽中。酸洗槽中藥液配比為5～10％HCL和5～10％HF混合藥液，HCL和HF酸的比例為1:1，酸洗槽的藥液溫度30℃，酸洗工藝時間為300s。將酸洗槽的清洗后的硅片進行三次純水漂洗，要求將酸洗槽出來插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃分別浸入純水槽1、2、3中，三個純水槽中清洗工藝時間為120～300s。純水槽1和2的清洗純水溫度為室溫，主要是漂洗干凈單晶硅片表面的酸。3槽中的清洗純水溫度為70～80℃。在純水3槽工藝處理中進行慢提拉工藝，使金剛線切割的單晶硅片表面充分脫水。純水漂洗后金剛線切割的單晶硅片采用5N純度的氮氣加熱烘干硅片，確保硅片表面干凈無水珠和水漬，時間300～600s。

制絨電解槽裝置如圖2所示。本發(fā)明不同與普通的化學制絨，其特點在于采用電化學制絨法，且采用花籃與電極一體裝置，花籃的材料選用石墨，避免了鐵、銅、鉑、鎳等金屬離子對電池的污染。

實例一

1、硅片預處理的實施步驟如下:將電阻率為1～3Ω·cm，尺寸為的p型單晶硅片插入石墨花籃中放到預處理槽，預處理槽溫度為60℃，溶液為濃度為10％的NH4F溶液，調節(jié)臭氧發(fā)生器的氧氣流量為25sccm，工作功率30W；同時預處理槽中開啟超聲波，功率35W，清洗時間60s。

2、制絨的實施步驟如下：初步制絨槽溫度為75℃，溶液為濃度為1％NaOH和制絨添加劑，電流密度為35mA/cm2，制絨時間為180s。

3、二次制絨實施步驟如下：制絨槽溫度為75℃，溶液為濃度為0.5％NaOH和制絨添加劑，電流密度為12mA/cm2，制絨時間為400s。測試硅片的反射率如圖3所示。

4、酸洗的實施步驟如下：酸洗槽溫度為30℃，溶液為HCL：HF比例為1；1，時間300s。

5、將酸洗槽出來插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃分別浸入純水槽1、2、3中，三個純水槽中清洗工藝時間為200s。純水槽1和2的清洗純水溫度為室溫，主要是漂洗干凈單晶硅片表面的酸。3槽中的清洗純水溫度為75℃。在純水3槽工藝處理中進行慢提拉工藝，使金剛線切割的單晶硅片表面充分脫水。

6、純水漂洗后金剛線切割的單晶硅片采用5N純度的氮氣加熱烘干硅片，確保硅片表面干凈無水珠和水漬，時間400s。

7、然后進行擴散，方租為70Ω/◇，濕法刻蝕，PECVD鍍SiNx膜，膜厚80nm折射率為2.1，絲網(wǎng)印刷和燒結，測試電池電性能。電池的開路電壓和短路電流都有所提高，平均光電轉換效率為19.96％，相比采用普通化學制絨的電池效率為19.81％提高了0.15％。

實例二：

1、硅片預處理的實施步驟如下:將電阻率為1～3Ω·cm，尺寸為的p型單晶硅片插入石墨花籃中放到預處理槽，預處理槽溫度為60℃，溶液為濃度為10％的NH4F溶液，調節(jié)臭氧發(fā)生器的氧氣流量為25sccm，工作功率30W；同時預處理槽中開啟超聲波，功率35W，清洗時間60s。

2、制絨的實施步驟如下：初步制絨槽溫度為80℃，溶液為濃度為3％NaOH和制絨添加劑，電流密度為45mA/cm2，制絨時間為120s。

3、二次制絨實施步驟如下：制絨槽溫度為80℃，溶液為濃度為0.8％NaOH和制絨添加劑，電流密度為15mA/cm2，制絨時間為310s。

4、酸洗的實施步驟如下：酸洗槽溫度為30℃，溶液為HCL：HF比例為1；1，時間5分鐘。

5、將酸洗槽出來插滿金剛線切割的單晶硅片的石墨花籃分別浸入純水槽1、2、3中，三個純水槽中清洗工藝時間為200s。純水槽1和2的清洗純水溫度為室溫，主要是漂洗干凈單晶硅片表面的酸。3槽中的清洗純水溫度為75℃。在純水3槽工藝處理中進行慢提拉工藝，使金剛線切割的單晶硅片表面充分脫水。

6、純水漂洗后金剛線切割的單晶硅片采用5N純度的氮氣加熱烘干硅片，確保硅片表面干凈無水珠和水漬，時間400s。

7、然后進行擴散，方租為70Ω/◇，濕法刻蝕，PECVD鍍SiNx膜，膜厚80nm折射率為2.1，絲網(wǎng)印刷和燒結，測試電池電性能。電池的開路電壓和短路電流都有所提高，平均光電轉換效率為19.91％，相比采用普通化學制絨的電池效率為19.81％提高了0.1％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。