專利名稱：一種反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的方法以及用該方法制造的太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池制造領(lǐng)域，特別涉及利用反應(yīng)離子刻蝕進(jìn)行 單晶硅或多晶硅表面制絨的方法以及用該方法制造的太陽電池。
背景技術(shù)：
在晶體硅太陽電池的制造過程中，由于單晶硅片和多晶硅片與溶 液反應(yīng)不易控制，溶液腐蝕工藝不能在單晶硅和多晶硅表面上產(chǎn)生足 夠均勻 一致和足夠低反射率的絨面。利用掩膜腐蝕法制備硅片絨面需 要相當(dāng)復(fù)雜的工藝。首先要在硅片上氧化出一層二氧化硅掩膜，然后
在掩膜上開一系列大約4微米的小孔，再進(jìn)行酸腐蝕。盡管掩膜腐蝕 法可以制備出反射率很低的絨面，由于工藝復(fù)雜性，掩膜腐蝕法還不 能在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。傳統(tǒng)方法制造單晶硅絨面一般需要使用與 多晶硅制絨不同的設(shè)備或工藝，給產(chǎn)品的切換帶來困難。另外，溶液 腐蝕法需要使用大量的化學(xué)品溶液，給減少廢液排放或?qū)崿F(xiàn)零排放帶 來較大壓力。雖然已有反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)方面的報道，但是已有的反 應(yīng)離子刻蝕技術(shù)采用含一種卣素氣體與其他氣體的組合制造單晶或多 晶絨面，這種方法仍不能得到足夠低反射率的絨面，已有技術(shù)制備的 絨面的反射率在10%~20%。并且已有的反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制造速度較 慢，無法實現(xiàn)每小時1200片以上連續(xù)制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人在研究中，通過大量實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用包含至少兩種含 囟素的氣體和氧化性氣體的反應(yīng)離子刻蝕氣體進(jìn)行晶體硅絨面制備 時，制備的硅片的絨面，與已有的反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)所制備的硅片的 絨面相比，絨面的反射率顯著地降低，且能夠?qū)崿F(xiàn)大批量連續(xù)生產(chǎn)。 基于此實驗成果，完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池
v5圭片絨面的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種太陽電池，該電池的基質(zhì)材料如多 晶硅或單晶硅片采用上述方法來制備絨面。
本發(fā)明提供的 一種反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的方法， 該方法是將硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，然后通入反應(yīng)離子刻蝕氣體進(jìn) 行硅片表面刻蝕，其中，所述反應(yīng)離子刻蝕氣體中包含至少兩種含鹵 素的氣體和氧化性氣體。
上述方法中，所述含囟素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比為 3~18:5 25,優(yōu)選為5 17 : 9 23,最優(yōu)選為6 15 : 10~19。
上述方法中，所述至少兩種含卣素的氣體為Cl2、 CF4、 HBr、 C2F6、 SF6、 F2、 CHF;j和NF3中的至少兩種的任意組合；所述氧化性氣體為
02或o3。
優(yōu)選地，上述方法中，所述至少兩種含卣素的氣體中至少一種為 Cl2;所述氧化性氣體為02。
6進(jìn)一步優(yōu)選地，所述反應(yīng)離子刻蝕氣體中包含兩種含卣素的氣體，
且Cl2與另一種含卣素的氣體的體積比為1 6 : 2~12，優(yōu)選為1~5 : 5~11,最優(yōu)選為2~5 : 6 10。
上述方法中，所述硅片包括單晶硅片和多晶硅片。
在上述方法中，所述反應(yīng)離子刻蝕氣體被激發(fā)形成等離子體，并 由電場控制其方向。
具體地，所述方法為把硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔中，抽真空至 1.5 x 10—8 ~ 1.5 x 10"帕，然后，以300 ~ 1800毫升/分鐘的流量通入含 鹵素的氣體以及以500~2500毫升/分鐘的流量通入氧化性氣體，待腔體 內(nèi)壓力穩(wěn)定后，加射頻功率200 1500瓦，刻蝕0.2 ~ 1.5分鐘，停止 供氣，抽真空至1.5 x 1(T8 1.5 x 10"帕，然后以600 ~ 1500毫升/分鐘 的流量通入氮氣至1個大氣壓，之后打開工藝腔，將硅片取出。
通過上述方法制備的硅片的絨面反射率在7.90% ~ 9.30%。
本發(fā)明提供的一種太陽電池，其中使用的硅片的絨面通過上述的 方法制造。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種反應(yīng)離子刻蝕硅片(包括單晶硅片和多晶硅片) 的方法。該反應(yīng)離子刻蝕方法的特征是采用包含至少兩種含鹵素氣 體與氧化性氣體的反應(yīng)離子刻蝕氣體，產(chǎn)生由電場控制方向的等離子 體撞擊，形成各向異性微觀側(cè)壁圖形和粗糙表面，撞擊出來的微顆粒 對部分表面的撞擊產(chǎn)生阻擋作用，進(jìn)一步強(qiáng)化表面粗糙，反應(yīng)離子刻 蝕氣體中的氧化和化學(xué)活性基團(tuán)同時與單晶硅片或多晶硅片表面產(chǎn)生
7氧化和腐獨化學(xué)反應(yīng)，使硅原子受物理撞擊脫離硅片表面更容易，加 速粗糙表面的形成。這樣，在硅片表面形成非常均勻一致的絨面。這 種絨面表面反射率比已有技術(shù)制造的絨面反射率更低，本發(fā)明制造的
絨面反射率在7.90% ~ 9.30%。并且本發(fā)明的制造速度快，可以實現(xiàn)每 小時2500片以上的連續(xù)制造。
本發(fā)明的制絨過程是一個反應(yīng)離子刻蝕過程。本發(fā)明的反應(yīng)離子 刻蝕過程是把硅片放入一種等離子體氣氛中刻蝕。本發(fā)明所使用的等 離子體是由至少兩種含卣素的氣體和氧化性氣體經(jīng)過激發(fā)所形成。所 述含鹵素的氣體選自Cl2、 CF4、 HBr、 C2F6、 SF6、 F2、 CHF3和Np3中； 所述氧化性氣體包括02或03。優(yōu)選地，所述含卣素的氣體中至少一種 為Cl2;所述氧化性氣體為02。例如，本發(fā)明所使用的含卣素氣體以及 氧化性氣體可以是Cl2和SF6以及02。但本發(fā)明的含卣素氣體以及氧化 性氣體并不局限于Cb和SFs以及02。本發(fā)明例如，還可以使用CF4、 C2F6以及02或者NF3 、 HBr以及03的混合物。
當(dāng)把硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔中，抽真空至1.5 x l(T8 1.5 x 10" 帕，以300 ~ 1800毫升/分鐘的流量通入含卣素的氣體(其中，以100~ 600毫升/分鐘的流量通入Cl2和以200 ~ 1200毫升/分鐘的流量通入另 一種含卣素化合物氣體)以及以500~2500毫升/分鐘的流速通入氧化性 氣體，待腔體內(nèi)壓力穩(wěn)定后，加射頻功率200 1500瓦，刻蝕0.2-1.5 分鐘，停止供氣，抽真空至1.5xl0-8到 1.5xl0"帕，以600~1500 毫升/分鐘的流速通入氮氣至1個大氣壓，打開工藝腔，將硅片取出。 硅片表面被受控的等離子體撞擊并發(fā)生反應(yīng)。由于等離子體方向受控， 部分微觀表面的受撞擊程度和反應(yīng)生成氣化產(chǎn)物的速度快于相鄰微觀表面。所以形成受控形貌均勻一致的絨面。絨面的大小可以通過氣體 種類，加工功率和反應(yīng)離子刻蝕時間來調(diào)節(jié)。
所述方法中，所述的激發(fā)是通過射頻方法或裝置達(dá)到的。
所述方法中，所述的射頻是通過通電形成高頻交流變化的電磁波 方法或裝置達(dá)到的。
所述方法中，所述的等離子體方向可控是通過陽極和陰極極化方 法或裝置達(dá)到的。
硅片在經(jīng)過本發(fā)明的反應(yīng)離子刻蝕后，表面形成了大小為0.1 ~ 15 微米的尺寸可控的絨面。這種絨面能非常有效的降低硅片表面的反射 率。使包括利用該法制造硅片絨面的太陽電池的轉(zhuǎn)換效率大大提高。
另外，由于本發(fā)明的反應(yīng)離子刻蝕處理過程有效地去除損傷層的 缺陷和雜質(zhì)，因而可以提高晶體硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。再有，本發(fā) 明的反應(yīng)離子刻蝕形成尺寸可控的均勻 一致絨面，并且實現(xiàn)了硅片的 單面制絨，背面制成平整光滑的表面。因此本發(fā)明的反應(yīng)離子刻蝕絨 面有效地避免了表面高低不平的現(xiàn)象。所以本發(fā)明所制得的絨面對后 續(xù)工藝，特別對正面電極印刷和形成高質(zhì)量的背場，有很好的幫助。 從而進(jìn)一 步提高了硅片太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。由于在制絨過程中反應(yīng) 物和生成物均為氣態(tài)，因而不存在液態(tài)腐蝕制絨對硅片的機(jī)械沖擊損 傷。這不僅提高了硅太陽電池的機(jī)械強(qiáng)度，大大降低碎片率，也有助 于提高電流密度，即提高了硅片太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。由于在制絨過 程中反應(yīng)物和生成物均為氣態(tài)，排放物用洗氣裝置即可很容易實現(xiàn)符 合環(huán)保要求的排放。實施例1
將156 x 156平方毫米的P型多晶硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，抽真 空至1.1 x 10-2帕，以160毫升/分鐘的流量通入(312和以370毫升/分鐘 的流量通入CF4以及以930毫升/分鐘的流量通入02，待腔體內(nèi)壓力穩(wěn) 定后，加射頻功率675瓦，刻蝕0.3分鐘，停止供氣，抽真空至l.lx 10_2帕，然后以870毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將硅片取出。制得硅片的絨面反射率7.99%。然后把該多晶硅片 進(jìn)行擴(kuò)散、去邊、沉積鈍化膜、印刷、燒結(jié)，制成太陽電池。該太陽 電池的轉(zhuǎn)換效率、填充因子、開^^電壓和短5^電流分別為16.33%、 0.79、 624毫伏和8.09安培。而用現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)離子刻蝕法制備的硅片絨 面得到的太陽電池的各項參數(shù)為15.50%、 0.73、 602毫伏和7.01安培。
實施例2
將156 x 156平方毫米的P型多晶硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，抽真 空至1.6 x l(T3帕，以230毫升/分鐘的流量通入Cl2和以350毫升/分鐘 的流量通入HBr以及以520毫升/分鐘的流量通入03，待腔體內(nèi)壓力穩(wěn) 定后，加射頻功率330瓦，刻蝕0.2分鐘，停止供氣，抽真空至1.6x 10-3帕，然后以920毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將硅片取出。制得硅片的絨面反射率7.90%。然后把該多晶硅片 制成太陽電池。該太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為16.47%、 0.79、 623毫伏和8.12安培。
實施例3
將156 x 156平方毫米的P型多晶硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，抽真 空至1.7x 10-2帕，以310毫升/分鐘的流量通入Cl2和以570毫升/分鐘的流量通入CzF6以及以620毫升/分鐘的流量通入02,待腔體內(nèi)壓力穩(wěn) 定后，加射頻功率730瓦，刻蝕0.6分鐘，停止供氣，抽真空至1.7x 10-2帕，然后以920毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將硅片取出。制得硅片的絨面反射率7.93%。然后把該多晶硅片 制成太陽電池。該太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為16.27%、 0.79、 623毫伏和8.01安培。
實施例4
將156 x 156平方毫米的P型多晶硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，抽真 空至1.2 x l(T3帕，以150毫升/分鐘的流量通入Cl2和以690毫升/分鐘 的流量通入SF6以及以870毫升/分鐘的流量通入02,待腔體內(nèi)壓力穩(wěn) 定后，加射頻功率573瓦，刻蝕0.5分鐘，停止供氣，抽真空至1.2x 10-3帕，然后以790毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將硅片取出。制得硅片的絨面反射率9.30%。然后把該多晶硅片 制成太陽電池。該太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為15.70%、 0.77、 609毫伏和7.95安培。
實施例5
將156 x 156平方毫米的P型多晶硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，抽真 空至1.0 x 10-3帕，以155毫升/分鐘的流量通入F2和以670毫升/分鐘 的流量通入CHF3以及以860毫升/分鐘的流量通入02，待腔體內(nèi)壓力 穩(wěn)定后，加射頻功率570瓦，刻蝕0.6分鐘，停止供氣，抽真空至l.l x 10-3帕，然后以760毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開 工藝腔，將硅片取出。絨面反射率8.20%。然后把該多晶硅片制成太陽
ii電池。該太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、填充因子、開路電壓和短路電流分別
為16.43%、 0.79、 623毫伏和8.02安培。
實施例6
將125 x 125平方毫米的P型單晶硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，抽真 空至1.5 x 10-2帕，以170毫升/分鐘的流量通入。12和以550毫升/分鐘 的流量通入SF6以及以730毫升/分鐘的流量通入02，待腔體內(nèi)壓力穩(wěn) 定后，加射頻功率590瓦，刻蝕0.2分鐘，停止供氣，抽真空至1.5x 10-2帕，然后以750毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將硅片取出。制得硅片的絨面反射率9.23%。然后把該單晶硅片 制成太陽電池。該太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為17.0%、 0.77、 608毫伏和5.6安培。
權(quán)利要求
1、一種反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的方法，該方法是將硅片放入反應(yīng)離子刻蝕腔，然后通入反應(yīng)離子刻蝕氣體進(jìn)行硅片表面刻蝕，其特征在于，所述反應(yīng)離子刻蝕氣體中包含至少兩種含鹵素的氣體和氧化性氣體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的方法，其特征在于，所述含卣素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比為3~18 : 5~25。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的 方法，其特征在于，所述含卣素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比 為5~17 : 9~23。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的 方法，其特征在于，所述含卣素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比為6~15 : 10 19。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電 池硅片絨面的方法，其特征在于，所述至少兩種含卣素的氣體為Cl2、 CF4、 HBr、 C2F6、 SF6、 F2、 CHF3和NF3中的至少兩種的任意組合； 所述氧化性氣體為02或o3。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的 方法，其特征在于，所述至少兩種含卣素的氣體中至少一種為Cl2;所 述氧化性氣體為o2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的 方法，其特征在于，所述反應(yīng)離子刻蝕氣體中包含兩種含卣素的氣體， 其中Cl2與另一種含卣素的氣體的體積比為1 6:2 12。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的 方法，其特征在于，其中Cl2與另一種含卣素的氣體的體積比為1 5 : 5 11。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的 方法，其特征在于，其中Cl2與另一種含鹵素的氣體的體積比為2~5 : 6~10。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽 電池硅片絨面的方法，其特征在于，所述硅片包括單晶硅片和多晶硅 片。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽 電池硅片絨面的方法，其特征在于，所述反應(yīng)離子刻蝕氣體被激發(fā)形 成等離子體，并由電場控制其方向。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽 電池硅片絨面的方法，其特征在于，具體為把硅片放入反應(yīng)離子刻 蝕腔中，抽真空至1.5x 10-8~ 1.5x IO"帕，然后以300 ~ 1800毫升/分 鐘的流量通入含卣素的氣體以及以500 2500毫升/分鐘的流量通入氧 化性氣體，待腔體內(nèi)壓力穩(wěn)定后，加射頻功率200 1500瓦，刻蝕0.2 1.5分鐘，停止供氣，抽真空至1.5 x 10-8~ 1.5 x 10"帕，然后以600 ~ 1500毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，之后打開工藝腔，將硅 片取出。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項所述的反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的方法，其特征在于，通過該法制備的硅片的絨面反射率為7.90% ~ 9.30%。
14、 一種太陽電池，其特征在于，該太陽電池中使用的硅片的絨 面通過權(quán)利要求1~13中的任意一項所述的方法制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)離子刻蝕制備太陽電池硅片絨面的方法以及用該法制造的太陽電池。具體而言，涉及通過包含至少兩種含鹵素的氣體和氧化性氣體的反應(yīng)離子刻蝕氣體在反應(yīng)離子刻蝕腔中進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕的方法以及用該法制造的太陽電池。用該法制備的硅片絨面均一、反射率低。
文檔編號H01L31/18GK101478013SQ20081018736
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者張光春, 施正榮, 朱永生, 汪義川 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司