本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池生產(chǎn)領(lǐng)域，更具體地，涉及太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)方法，其包括在織構(gòu)化之前的預(yù)清潔步驟。

背景技術(shù)：

在晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)領(lǐng)域，為了增強(qiáng)太陽(yáng)光的吸收，對(duì)太陽(yáng)能電池的前表面進(jìn)行織構(gòu)化。這通過減少反射損耗改善了光俘獲性質(zhì)，從而改善了外部量子效率，并從而改善了電池的能量轉(zhuǎn)化效率。該織構(gòu)化的質(zhì)量對(duì)于太陽(yáng)能電池的性能是至關(guān)重要的。具體來說，織構(gòu)化結(jié)構(gòu)的尺寸和均勻性是影響所述性能的關(guān)鍵參數(shù)。典型地，這些織構(gòu)化結(jié)構(gòu)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(gòu)化之前，通常對(duì)從晶片切割工廠獲得的剛切割的晶片進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)預(yù)備步驟。這些預(yù)備步驟是必需的，因?yàn)榫谋砻媸艿角懈罟に嚨母叨群哿课廴?，例如，漿料、金屬、有機(jī)雜質(zhì)等。一個(gè)重要的預(yù)備步驟是通常就在織構(gòu)化之前進(jìn)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(jìn)行SDR。

US 2011/0111548 A1嘗試通過在典型的SDR步驟之前引入預(yù)清潔步驟來改善表面織構(gòu)化的質(zhì)量。該預(yù)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US 2011/0111548 A1中，取決于測(cè)量的樣品，在950nm獲得的反射率(樣品上9點(diǎn)平均值)的范圍是9.05-9.47％。這對(duì)應(yīng)于在950nm約為9.3％的反射率(8個(gè)不同樣品的平均值)。如果在700nm測(cè)量的話，這進(jìn)而對(duì)應(yīng)于超過10％的反射率。同樣地，取決于測(cè)量的樣品，在樣品上進(jìn)行的9次反射率測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.7-2.1％(絕對(duì)值)，即，0.7-2.2％(相對(duì)值，參見US 2011/0111548 A1的附圖4和5)。

但是，本發(fā)明的發(fā)明人意識(shí)到在US 2011/0111548 A1的指導(dǎo)下，這些方法通常導(dǎo)致在待織構(gòu)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(jìn)一步改善反射率和反射率標(biāo)準(zhǔn)偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于在單晶硅太陽(yáng)能電池的表面上獲得低反射率的良好方法。

本發(fā)明方法的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，其能夠在織構(gòu)化之前實(shí)現(xiàn)非常干凈的表面。具體來說，本發(fā)明方法的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以減少或避免在待織構(gòu)化表面上形成硅酸鹽。不希望受限于理論，發(fā)明人相信，在本發(fā)明的實(shí)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(shí)現(xiàn)。發(fā)明人確定的在減少或避免硅酸鹽形成中起作用的另一個(gè)因素是，避免SDR步驟和緊接其后的步驟之間過大的溫差。

本發(fā)明方法的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于較為快速。

本發(fā)明方法的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于其具有較低成本。

本發(fā)明方法的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于其與現(xiàn)有的織構(gòu)化后步驟是相容的。具體來說，其實(shí)現(xiàn)了良好的織構(gòu)化后的鈍化和擴(kuò)散步驟，并且實(shí)現(xiàn)了良好的織構(gòu)化后激光燒蝕步驟和金屬鍍覆步驟，具有良好的均勻性。

本發(fā)明實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以實(shí)現(xiàn)金字塔狀物尺寸較為均勻分布的單晶硅表面。

本發(fā)明實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，可以實(shí)現(xiàn)金字塔狀物在空間上較為均勻分布的單晶硅表面。

本發(fā)明實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，可以實(shí)現(xiàn)在700nm處測(cè)得的反射率低于10％、甚至低于9％的單晶表面。

本發(fā)明實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.4-1.9％(相對(duì)值，樣品上進(jìn)行9次測(cè)量)的該反射率。

本發(fā)明實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以實(shí)現(xiàn)高至22.5％的電池能量轉(zhuǎn)化效率(對(duì)于大面積n型cz-Si電池)。

在第一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制備用于后續(xù)織構(gòu)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(zhuǎn)變成經(jīng)過預(yù)清潔的表面；

b.用水性溶液對(duì)經(jīng)過預(yù)清潔的表面進(jìn)行蝕刻，所述水性溶液包含12-19重量％，優(yōu)選13-18％的KOH和/或NaOH，從而將經(jīng)過預(yù)清潔的表面轉(zhuǎn)變成經(jīng)蝕刻的表面；

c.在7-10，優(yōu)選7-8的pH，用水性介質(zhì)來清洗經(jīng)蝕刻的表面，從而將經(jīng)蝕刻的表面轉(zhuǎn)變成經(jīng)清洗、蝕刻的表面；以及

d.使經(jīng)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(jīng)清洗、蝕刻的表面轉(zhuǎn)變成經(jīng)制備的表面。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面的實(shí)施方式的方法通常應(yīng)用于將會(huì)變成單晶硅太陽(yáng)能電池的前表面的表面，但是其也可應(yīng)用于單晶基材的兩個(gè)表面，例如為了形成雙面太陽(yáng)能電池。

步驟a是預(yù)清潔步驟。該預(yù)清潔步驟改善了在后續(xù)進(jìn)行的織構(gòu)化步驟過程中形成的織構(gòu)化結(jié)構(gòu)的幾何形貌的均勻性。在該預(yù)清潔步驟中，將預(yù)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(zhuǎn)變成經(jīng)過預(yù)清潔的表面?？梢酝ㄟ^各種方法完成預(yù)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(yù)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(yù)清潔溶液是氫氧化鉀或氫氧化鈉的稀釋水性溶液的一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)清潔溶液的氫氧化鉀或氫氧化鈉的濃度會(huì)是約為0.1-5重量％(余下是去離子水(DI)水)，以及最優(yōu)選是0.1-1重量％(余下是DI水)。在其他實(shí)施方式中，預(yù)清潔溶液可以是APM、KPM、HF/O₃、HF/HNO₃，或其組合。當(dāng)然，在某些實(shí)施方式中可以使用其他預(yù)清潔溶液。對(duì)于使用的特定單晶硅基材，可以對(duì)確切的參數(shù)，例如暴露時(shí)間，以及預(yù)清潔溶液的選擇進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明的詳細(xì)描述中描述了優(yōu)選的預(yù)清潔溶液。

一旦完成了預(yù)清潔步驟a，則進(jìn)行步驟b，其中，向單晶硅基材的經(jīng)過預(yù)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?yè)p壞，從而將經(jīng)過預(yù)清潔的表面轉(zhuǎn)變成經(jīng)蝕刻的表面。步驟b的目的是至少?gòu)慕?jīng)過預(yù)清潔的表面(通常是從基材的兩側(cè))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(zhì)量，但是通常來說，可以從經(jīng)過預(yù)清潔的表面(通常是兩側(cè))去除厚度約為5μm的硅。當(dāng)與US 2011/0111548 A1進(jìn)行比較時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的步驟b的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于，用于形成經(jīng)蝕刻的表面的水性溶液的堿性比現(xiàn)有技術(shù)所使用的要低得多。比現(xiàn)有技術(shù)需要較少的NaOH或KOH在經(jīng)濟(jì)和生態(tài)這兩方面而言都是有利的。

通過使用pH為7-10的水性介質(zhì)，步驟c能夠去除KOH和/或NaOH，同時(shí)避免前一步驟的pH沖擊。該水性介質(zhì)通常包括去離子水，任選地，具有溶解在其中的NaOH和/或KOH。當(dāng)pH高于7時(shí)，這通常是從步驟b轉(zhuǎn)入步驟c的(痕量)NaOH和/或KOH的結(jié)果(例如，從用于步驟b的蝕刻浴轉(zhuǎn)入到用于步驟c的清洗浴)。因此，用pH為7-10的水性溶液進(jìn)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(yōu)選地，該pH是7-8。

通過以較低的KOH和/或NaOH濃度進(jìn)行步驟b，不會(huì)產(chǎn)生理想的親水性表面。對(duì)于親水性表面，由于晶片表面的均勻潤(rùn)濕，后續(xù)的織構(gòu)化過程可以在表面區(qū)域上以更為均勻的分布展開。為了補(bǔ)償該缺點(diǎn)，步驟d對(duì)經(jīng)清洗、蝕刻的表面進(jìn)行氧化，從而使其具有足夠的親水性來實(shí)現(xiàn)最終后續(xù)織構(gòu)化溶液的良好鋪展，從而能夠獲得良好的織構(gòu)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(gè)方面，本發(fā)明涉及對(duì)單晶硅基材表面進(jìn)行織構(gòu)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，以及用水性堿性溶液接觸經(jīng)制備的表面，對(duì)經(jīng)制備的表面進(jìn)行織構(gòu)化，從而將經(jīng)制備的表面轉(zhuǎn)變成織構(gòu)化表面?？梢栽诓襟Ed之后直接進(jìn)行使經(jīng)制備的表面與水性堿性溶液接觸的該步驟，沒有中間清洗。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于形成太陽(yáng)能電池的方法，其包括第一或第二個(gè)方面的任意實(shí)施方式的方法。

上述目的是通過根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置實(shí)現(xiàn)的。

在所附的獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的具體和優(yōu)選的方面。從屬權(quán)利要求的特征可以與獨(dú)立權(quán)利要求的特征以及其他從屬權(quán)利要求的特征適當(dāng)?shù)叵嘟Y(jié)合，并且不僅僅是權(quán)利要求所明確闡述的。

雖然本領(lǐng)域中一直存在對(duì)裝置的改進(jìn)、改變和發(fā)展，但發(fā)明人相信本發(fā)明的構(gòu)思代表了充分新和新穎的改進(jìn)，包括改變現(xiàn)有實(shí)踐，導(dǎo)致提供具有該性質(zhì)的更有效的裝置。

通過以下詳細(xì)描述，結(jié)合通過實(shí)施例說明本發(fā)明原理的附圖，本發(fā)明的以上和其它特性、特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。提供的該描述僅用于實(shí)施例，不對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。以下引用的附圖標(biāo)記表示所述附圖。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行織構(gòu)化的晶片的反射率與波長(zhǎng)關(guān)系圖。該圖還顯示來自現(xiàn)有技術(shù)的參考點(diǎn)。

圖2示意性顯示晶片，其具有9個(gè)測(cè)量位置，以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的60塊晶片在這些位置上測(cè)量的平均反射率。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，制備單晶硅基材表面用于后續(xù)織構(gòu)化步驟的方法的流程圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，對(duì)制備的單晶硅基材表面進(jìn)行織構(gòu)化的方法的流程圖。

在不同的圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件。

具體實(shí)施方式

將就具體實(shí)施方式并參照某些附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但本發(fā)明并不受此限制，其僅受限于權(quán)利要求。所述附圖僅為示意性而不具限制性。在附圖中，為達(dá)到說明的目的，可能放大一些元件的尺寸而未按比例繪制。所述尺寸和相對(duì)尺寸不與本發(fā)明實(shí)踐的實(shí)際減小相對(duì)應(yīng)。

此外，在說明書以及權(quán)利要求書中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等用來區(qū)別類似的元件，而不一定是用來描述時(shí)間或空間的等級(jí)順序或任何其它方式的順序。應(yīng)理解，在合適的情況下，如此使用的術(shù)語(yǔ)可互換使用，本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式能夠按照除本文所述或說明的順序以外的其它順序進(jìn)行操作。

此外，在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述目的，而不一定用于描述相對(duì)位置。應(yīng)理解，在合適的情況下，如此使用的術(shù)語(yǔ)可互換使用，本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式能夠按照本文所述或說明的方向以外的其它方向進(jìn)行操作。

應(yīng)注意，權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)解釋為限于其后列出的器件；其不排除其它元件或步驟。因此應(yīng)將其解釋為詳細(xì)說明存在所提到的所述特征、整數(shù)、步驟或組分，但不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟或組分或其組合。因此，“包含裝置A和B的器件”表述的范圍不應(yīng)限于僅由組件A和B組成的器件。其表示就本發(fā)明而言，器件僅有的相關(guān)組件是A和B。

說明書中提及的“一個(gè)實(shí)施方式”或“一種實(shí)施方式”表示就實(shí)施方式描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或性質(zhì)包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。因此，在說明書中各種地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方式中”或“在一種實(shí)施方式中”不一定全部都涉及同一個(gè)實(shí)施方式，但可能如此。此外，具體的特性、結(jié)構(gòu)或特征在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中可以任何合適的方式組合，其通過本發(fā)明的描述對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。

類似地，應(yīng)理解，在對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的描述中，為達(dá)到簡(jiǎn)化說明和有助于理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多個(gè)方面的目的，有時(shí)將本發(fā)明的各種特征在單個(gè)實(shí)施方式、附圖或其描述中組合在一起。然而，這種進(jìn)行說明的方法不應(yīng)解釋為反映本發(fā)明需要比各權(quán)利要求中明確陳述的更多的特征的意圖。相反，如所附權(quán)利要求書所反映，發(fā)明方面在于少于單個(gè)之前說明的實(shí)施方式的所有特征。因此，將詳細(xì)說明書之前的權(quán)利要求書明確結(jié)合到該詳細(xì)說明書中，其中各權(quán)利要求獨(dú)自作為本發(fā)明獨(dú)立的實(shí)施方式。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，盡管本文所述的一些實(shí)施方式包括其它實(shí)施方式所包括的一些特征但不包括其它特征，不同實(shí)施方式的特征的組合意在處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，形成不同的實(shí)施方式。例如，在所附權(quán)利要求書中，可以任何組合使用任何要求保護(hù)的實(shí)施方式。

在本文提供的描述中列出大量具體細(xì)節(jié)。然而應(yīng)理解，本發(fā)明實(shí)施方式的實(shí)踐可不具有這些特定細(xì)節(jié)。在其它情況中，沒有詳細(xì)描述眾所周知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以免使本發(fā)明的描述難以理解。

提供以下術(shù)語(yǔ)，其目的僅為幫助理解本發(fā)明。

除非另有說明，否則，如本文所用術(shù)語(yǔ)“剛切割的表面”包括從切片和絲鋸技術(shù)這兩者獲得的單晶硅基材的表面。此外，術(shù)語(yǔ)“鋸”用于表示用來從較大的硅塊體結(jié)構(gòu)切割單塊基材的任意切割工藝。最后，在本說明書中，術(shù)語(yǔ)“晶片”用于表示“單晶硅基材”。根據(jù)本發(fā)明，太陽(yáng)能電池制造商接收(或形成)單晶硅基材，所述單晶硅基材從較大的硅塊體結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片或鋸切而來。在該初始階段，單晶硅基材包括剛切割的表面，其包括由于鋸割過程和污染物這兩者所導(dǎo)致的物理?yè)p壞。污染物的例子包括但不限于有機(jī)物、無機(jī)物、膜、離子和顆粒污染物。

現(xiàn)在通過對(duì)本發(fā)明若干實(shí)施方式的詳細(xì)描述來描述本發(fā)明。很明顯，可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)構(gòu)建本發(fā)明的其它實(shí)施方式，而不背離本發(fā)明的技術(shù)教示，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書條款的限制。

優(yōu)選通過對(duì)單晶硅基材上存在的有機(jī)雜質(zhì)進(jìn)行氧化來進(jìn)行步驟a。在一些實(shí)施方式中，去除污染物可以包括使表面與包含反應(yīng)性氧物質(zhì)的溶液接觸。這可以通過使基材與例如包含H₂O₂的溶液、臭氧化的去離子水或者包含HF/O₃的混合物的溶液接觸來實(shí)現(xiàn)。出于安全原因，優(yōu)選避免使用HF，H₂O₂或臭氧化的去離子水是優(yōu)選的。H₂O₂具有一些優(yōu)點(diǎn)。其比臭氧更安全，并且其不需要對(duì)臭氧發(fā)生器進(jìn)行投資。但是，本發(fā)明的發(fā)明人意識(shí)到H₂O₂分解導(dǎo)致H₂O作為副產(chǎn)物之一。

可以通過各種方法完成預(yù)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。

當(dāng)通過將基材浸入浴中來進(jìn)行步驟a時(shí)，浴組成的穩(wěn)定性是重要的，從而使得浴可以重復(fù)用于后續(xù)基材。當(dāng)使用H₂O₂作為步驟a中的清潔溶液時(shí)，H₂O副產(chǎn)物隨時(shí)間對(duì)預(yù)清潔浴進(jìn)行稀釋。這可以通過向浴中添加更多的H₂O₂來臨時(shí)克服，但是在一定時(shí)間之后，浴含量變得過于稀釋，從而添加H₂O₂不再能作為選項(xiàng)。如果使用浸入過程的話，使用臭氧化的去離子水(DIW/O₃)作為步驟a中的清潔溶液是特別有利的，因?yàn)槠洳恍纬蒆₂O作為副產(chǎn)物，因而其不會(huì)對(duì)浴造成稀釋。此外，雖然臭氧化的去離子水的處理在原理上來說比H₂O₂更為危險(xiǎn)，但是其安全使用是成熟的實(shí)踐，這使得如果用于裝備良好的生產(chǎn)環(huán)境中而不是裝備不佳的實(shí)驗(yàn)室中的話，安全性不再是主要問題。此外，用于產(chǎn)生臭氧化的去離子水的臭氧發(fā)生器在大約兩年內(nèi)就回本，這是由于其相比于H₂O₂化學(xué)品的低運(yùn)行花費(fèi)。此外，步驟d需要使用臭氧化的去離子水。因此，步驟a使用臭氧化的去離子水是特別有利的，因?yàn)槌粞醢l(fā)生器和安全設(shè)備(如果存在的話)可同時(shí)用于步驟a和d。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟a可以包括將表面浸入(例如，將基材浸入)臭氧化的去離子水的浴中。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟a中，使表面與包含反應(yīng)性氧物質(zhì)的溶液接觸包括：使表面與臭氧化的去離子水在2-4.5(優(yōu)選2-4，更優(yōu)選2-3)的pH接觸。這是有利的，因?yàn)樵谶@些pH范圍內(nèi)，可以去除部分金屬殘留物。pH越酸，可以去除的金屬殘留物越多。此外，這些pH范圍對(duì)于去離子水中的臭氧溶解是有利的。事實(shí)上，去離子水越為酸性，可以溶解在其中的臭氧越多，但是pH低于2沒有進(jìn)一步改善臭氧化的去離子水的性質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，臭氧化的去離子水是臭氧飽和的。這改善了臭氧化的去離子水對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行氧化的能力。

在一些實(shí)施方式中，用于步驟a的臭氧化的去離子水的pH可以是在去離子水中存在HCl作為主要的酸或者僅有的酸的結(jié)果。主要的酸，指的是溶液的酸含量包括超過50摩爾％的HCl。HCl是有利的，因?yàn)槠淞畠r(jià)且較為安全，并且其中和沒有特別的問題。

在一些實(shí)施方式中，步驟a中的臭氧化的去離子水的臭氧濃度可以至少是10ppm。這是有利的，因?yàn)槠涓纳屏巳芤簩?duì)于有機(jī)化合物的清潔能力。

在一些實(shí)施方式中，可以在20-40℃，優(yōu)選25-35℃的溫度進(jìn)行步驟a。結(jié)合使用臭氧化的去離子水，這些溫度范圍是特別優(yōu)選的。

在一些實(shí)施方式中，步驟a可以僅延續(xù)3-7分鐘，優(yōu)選4-6分鐘?？梢允褂酶L(zhǎng)的時(shí)間，但這不是必需的。結(jié)合使用臭氧化的去離子水，這些持續(xù)時(shí)間是特別優(yōu)選的。

通常來說，單晶硅基材可以是具有由鋸切工藝形成的剛切割表面的剛切割的基材。這就是說，在由于鋸切工藝使得硅基材表面受到嚴(yán)重?fù)p壞和污染的情況下，本發(fā)明的方法是最為有用的。

在步驟b中可以通過各種方法完成鋸切損壞去除溶液的施涂，包括但不限于，浴浸入、噴涂、噴頭分配和/或其組合。

在一些實(shí)施方式中，步驟b可以包括將經(jīng)預(yù)清潔的表面浸入到水性溶液的浴中，所述水性溶液包含12-19重量％，優(yōu)選13-18重量％，更優(yōu)選13-17重量％，以及最優(yōu)選14-16重量％的KOH和/或NaOH。

在一些實(shí)施方式中，用于步驟b的水性溶液的溫度可以是65-75℃。

在一些實(shí)施方式中，步驟b可以持續(xù)1-5分鐘，優(yōu)選2-4分鐘?？梢允褂酶L(zhǎng)的處理，但這不是必需的。

在一些實(shí)施方式中，步驟b可以包括以1.1-1.5μm/分鐘，優(yōu)選1.2-1.4μm/分鐘的速率對(duì)表面進(jìn)行蝕刻。

在步驟b之后，通常將基材轉(zhuǎn)入將要進(jìn)行步驟c的清洗浴中。

在一些實(shí)施方式中，步驟c可以包括用pH為7-10的水性介質(zhì)(例如，去離子水)填充浴槽，排空浴槽，以及用pH為7-10的水性介質(zhì)(例如，去離子水)再次填充浴槽。

在一些實(shí)施方式中，用于步驟c的水性介質(zhì)的溫度可以是30-60℃，優(yōu)選40-50℃。使用該溫度有助于避免步驟b和步驟c之間可能導(dǎo)致硅酸鹽沉淀的熱沖擊。

在一些實(shí)施方式中，用于步驟c的水性介質(zhì)可以是去離子水。

在一些實(shí)施方式中，步驟d可以包括從浴槽的頂部噴灑經(jīng)蝕刻的表面，以及從浴槽的底部用臭氧化的去離子水填充浴槽。這是可行的，因?yàn)榭梢栽谠〔圩陨淼耐獠客瓿沙粞踉谒械脑鋈?。例如，這可以通過使用連接到提供去離子水的管線的靜態(tài)混合器來完成。

在一些實(shí)施方式中，用于步驟d的臭氧化的去離子水可以具有用于步驟a的臭氧化的去離子水的任意特性。例如，pH可以是2-4.5，優(yōu)選2-4，更優(yōu)選2-3。

在一些實(shí)施方式中，步驟d中的臭氧化的去離子水的臭氧濃度可以至少是10ppm。在該情況下，優(yōu)點(diǎn)在于，該高濃度臭氧會(huì)有助于使基材的表面變得更具親水性。

優(yōu)選地，步驟d可以僅持續(xù)1-5分鐘，優(yōu)選2-4分鐘?？梢允褂酶L(zhǎng)的時(shí)間，但這不是必需的。

在另一個(gè)方面，在完成步驟d之后，可以進(jìn)行織構(gòu)化步驟。在織構(gòu)化步驟期間，向單晶硅基材的經(jīng)制備的表面施涂蝕刻溶液，對(duì)經(jīng)制備的表面進(jìn)行織構(gòu)化，從而將經(jīng)制備的表面轉(zhuǎn)變成織構(gòu)化表面?？梢酝ㄟ^浴浸入來完成蝕刻溶液的施涂。雖然已經(jīng)開發(fā)了許多用于表面織構(gòu)化的技術(shù)，但是優(yōu)選使用熱堿性溶液的各向異性蝕刻，特別是如果使用單晶硅作為基材的話。

在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)單晶硅基材表面進(jìn)行織構(gòu)化的方法可以包括：通過第一方面的任意實(shí)施方式的方法制備單晶硅基材表面，以及用水性堿性溶液接觸經(jīng)制備的表面，對(duì)經(jīng)制備的表面進(jìn)行織構(gòu)化，從而將經(jīng)制備的表面轉(zhuǎn)變成織構(gòu)化表面。

優(yōu)選地，堿性溶液是如下物質(zhì)的混合物：

a.去離子水

b.氫氧化鉀或氫氧化鈉；以及

c.異丙醇和/或表面活性劑。

向單晶硅基材的經(jīng)制備的表面施涂織構(gòu)化蝕刻溶液通常在單晶硅基材的經(jīng)制備的表面上形成金字塔狀物。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，織構(gòu)化表面可以包括金字塔狀結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，金字塔狀物的平均高度可以是3-5μm。

令人驚訝的是，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面來制備單晶硅基材表面的方法導(dǎo)致在織構(gòu)化步驟期間形成的織構(gòu)化表面具有對(duì)于織構(gòu)化幾何形貌改善的均勻性。作為結(jié)果，相比于US2011111548，減少了單晶硅基材的織構(gòu)化表面的整體表面反射率。這在實(shí)驗(yàn)部分中得以證明。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面或者其他方面的實(shí)施方式中，所述方法的進(jìn)行不使用HF水性溶液。這具有健康和環(huán)境方面的益處。

在一些實(shí)施方式中，織構(gòu)化可包括將經(jīng)制備的表面浸入包含堿性溶液的浴中。

在一些實(shí)施方式中，織構(gòu)化可包括使經(jīng)制備的表面與水性堿性溶液接觸7-10分鐘，優(yōu)選8-10分鐘?？梢允褂酶L(zhǎng)的織構(gòu)化時(shí)間，但這不是必需的。也可以使用更短的時(shí)間。

在一些實(shí)施方式中，所述方法還包括對(duì)織構(gòu)化表面進(jìn)行清洗。

在一些實(shí)施方式中，在清洗之后，可以對(duì)織構(gòu)化表面進(jìn)行中和。

在一些實(shí)施方式中，可以在例如40-60℃的溫度范圍，用HCl(例如5％的HCl)來進(jìn)行中和步驟。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于形成太陽(yáng)能電池的方法，其包括第一個(gè)方面或其他方面的任意實(shí)施方式的方法?？梢圆捎迷摲椒ㄐ纬扇我庖阎奶?yáng)能電池結(jié)構(gòu)或者太陽(yáng)能電池類型。

例如，作為非限制性例子，在一個(gè)實(shí)施方式中，用于形成太陽(yáng)能電池的方法可以包括形成具有背側(cè)發(fā)射器的n-PERT(鈍化發(fā)射器和背面完全擴(kuò)散)太陽(yáng)能電池。在該實(shí)施方式中，在進(jìn)行了所述其他方面(織構(gòu)化)的步驟之后，可以用相比于硅基材的摻雜類型而言相反類型的摻雜劑對(duì)織構(gòu)化表面的相反基材表面進(jìn)行摻雜。例如，如果織構(gòu)化硅基材是n摻雜的話，則相反表面可以是p摻雜。這可以通過例如BBr₃的擴(kuò)散或者外延性生長(zhǎng)來進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，織構(gòu)化表面還可以通過POCl₃的擴(kuò)散進(jìn)一步摻雜，以形成正面場(chǎng)區(qū)域。

太陽(yáng)能電池制造中的另一個(gè)步驟可以是織構(gòu)化表面和相反表面的電鈍化。例如，可以使用Si₃N₄層或者SiO₂/Si₃N₄堆疊來鈍化n型(例如織構(gòu)化)表面。對(duì)于p型表面(例如，與織構(gòu)化表面相反的表面)的合適鈍化可以是例如Al₂O₃或者SiO₂，或其組合。值得指出的是，本發(fā)明的發(fā)明人注意到在本發(fā)明的方法之后進(jìn)行的鈍化具有特別好的質(zhì)量。

太陽(yáng)能電池制造中的另一個(gè)步驟可以是織構(gòu)化表面的金屬化。為了對(duì)織構(gòu)化表面進(jìn)行金屬化，可以形成穿過前表面上的鈍化層的開口，從而將織構(gòu)化表面暴露出來。為了對(duì)相反表面進(jìn)行金屬化，可以形成穿過背表面上的鈍化層的開口，從而將相反(背)表面暴露出來。這些凹槽/開口可以是通過例如激光燒蝕形成的。例如，可以通過銅(例如，電鍍)或者銀(例如，絲網(wǎng)印刷)來進(jìn)行金屬化。值得指出的是，本發(fā)明的發(fā)明人注意到，本發(fā)明的方法導(dǎo)致具有優(yōu)異的均勻性和粘附力的鍍覆層。

實(shí)施例1：制備用于織構(gòu)化的單晶硅晶片

大致流程圖如圖3所示。如下分別制備20批50n型切克勞斯基(czochralski)單晶硅晶片(每片厚180μm，156x 156mm，電阻率為5歐姆·厘米)，用于后續(xù)織構(gòu)化步驟。

首先，通過如下方式從每塊晶片的兩個(gè)表面去除污染物：在30℃，將每塊晶片在50L的臭氧化的去離子水的浴中浸入5-8分鐘，通過添加HCl使其pH略低于3，并且其臭氧濃度超過10ppm(步驟a)。然后，將由此獲得的經(jīng)過預(yù)清潔的表面在70℃的第二浴中浸入2分50秒，所述第二浴含有水性溶液，其包含15-20重量％的KOH(步驟b)。然后，將由此獲得的經(jīng)蝕刻的表面轉(zhuǎn)移到清洗浴中，在其中，在約為7.5的pH和45℃的溫度，用去離子水對(duì)其進(jìn)行清洗(步驟c)。該清洗過程持續(xù)5分鐘。然后，在30℃，將每塊經(jīng)過清洗的晶片在50L的第三浴中浸入3分鐘，通過添加HCl使其pH略低于3，并且其臭氧濃度超過10ppm(步驟d)。觀察到在這整個(gè)過程中沒有形成鹽，得到的表面是干凈且親水性的。每塊晶片的制備導(dǎo)致去除約1g的硅。

實(shí)施例2：實(shí)施例1中獲得的經(jīng)制備的單晶硅晶片的織構(gòu)化。

大致流程圖如圖4所示。將實(shí)施例1中制備的每塊晶片浸入織構(gòu)化浴中，持續(xù)8分40秒，所述織構(gòu)化浴包含2重量％的KOH和表面活性劑(購(gòu)自RENA公司的F)(步驟e)。得到的織構(gòu)外觀是均勻的，并且包括高約為5μm高度的金字塔狀物。然后，通過向浴中加入去離子水并使其溢流，在浴中用去離子水清洗每個(gè)織構(gòu)化表面(步驟f)。清洗過程耗時(shí)5分鐘。然后，每塊經(jīng)清洗的織構(gòu)化晶片浸入含有水性HCl的熱浴的浴槽中，持續(xù)5分鐘進(jìn)行中和(步驟g)。

對(duì)于每批次，制備步驟(實(shí)施例1)和織構(gòu)化步驟(實(shí)施例2)總耗時(shí)50分鐘。每小時(shí)制備和織構(gòu)化300-350塊晶片。

實(shí)施例3：織構(gòu)化晶片的特性；蝕刻均勻性：

對(duì)于20批晶片中的每批晶片，在進(jìn)行實(shí)施例1(制備)之前和實(shí)施例2(織構(gòu)化)之后，分別稱重3塊晶片。晶片每側(cè)的平均蝕刻深度為8.69μm，在同一批晶片上獲得的蝕刻深度均勻性表征為0.38％的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。各批晶片之間獲得的蝕刻深度均勻性表征為2.24％的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

實(shí)施例4：織構(gòu)化晶片的特性；反射均勻性：

從根據(jù)實(shí)施例2織構(gòu)化的9批晶片中選擇26塊晶片。對(duì)于選擇的晶片，分別在它們的織構(gòu)化表面的9個(gè)點(diǎn)測(cè)量反射率。在700nm處，在所有26x9個(gè)測(cè)量點(diǎn)上測(cè)得的平均反射率是9.7％。這對(duì)應(yīng)于950nm處的約8.8％。這相比于US 2011/0111548所觀察到的950nm處的9.3％的平均反射率是非常有利的(參見圖1的方塊點(diǎn))。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式處理的晶片的一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的反射譜圖(菱形點(diǎn))。其在700nm具有9.1％的反射率以及在950nm具有8.3％的反射率。每塊晶片的反射率均勻性表征為0.98％的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。每批的反射率均勻性表征為0.48％的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。各批晶片之間的反射率均勻性表征為2.48％的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。如預(yù)期，觀察到每批內(nèi)的均勻性好于各批之間的情況。觀察到的同一批不同晶片之間相比于相同晶片上不同次測(cè)量的更好均勻性的解釋如下：對(duì)于位于織構(gòu)化浴底部的測(cè)量點(diǎn)，通常觀察到相比于位于織構(gòu)化浴的頂部的那些測(cè)量點(diǎn)更高的反射率。該效應(yīng)是由于織構(gòu)化浴中晶片的垂直放置。這可參見圖2，其中，每個(gè)所示的反射率值是對(duì)應(yīng)數(shù)量的晶片上的60個(gè)測(cè)量值計(jì)算出來的平均值。

實(shí)施例5：由實(shí)施例2獲得的織構(gòu)化晶片制備的n型鈍化發(fā)射器、具有背側(cè)發(fā)射器的背面完全擴(kuò)散(n-PERT)光伏電池的制備和特性。

如下所述對(duì)實(shí)施例2獲得的織構(gòu)化晶片進(jìn)行改性。與織構(gòu)化表面相反的表面通過使用BBr₃進(jìn)行p摻雜，以及通過使用POCl₃增加織構(gòu)化表面的n摻雜。此外，進(jìn)行了來自旋涂摻雜劑的選擇性正面場(chǎng)區(qū)域激光摻雜。然后，通過空間原子層沉積，用Si₃N₄對(duì)織構(gòu)化表面進(jìn)行鈍化，以及用Al₂O₃對(duì)相反表面進(jìn)行鈍化。然后，通過等離子體強(qiáng)化的化學(xué)氣相沉積，在Al₂O₃上沉積SiO₂層。通過在晶片的前側(cè)和后側(cè)進(jìn)行激光燒蝕，在鈍化層中形成開口，以便按三匯流條設(shè)計(jì)(three bus bar design)實(shí)現(xiàn)接觸沉積。在晶片的前側(cè)和后側(cè)都噴濺Al。然后，在前側(cè)，通過光誘導(dǎo)鍍覆，在孔(鈍化層中的開口)中沉積Ni/Cu。然后，通過電鍍沉積銅，以及最終通過浸銀鍍來沉積銀。然后對(duì)得到的太陽(yáng)能電池進(jìn)行表征，顯示40.3mA/cm²的短路電流密度J_sc，689mV的開路電壓V_oc，80.9％的填充因子FF，以及22.5％的能量轉(zhuǎn)化效率。在弗勞恩霍夫ISE(Fraunhofer ISE)(CalLab)進(jìn)行這些測(cè)量。就本發(fā)明的發(fā)明人所知，對(duì)于大面積(156mm x 156mm)n型PERT電池(具有背硼擴(kuò)散反射器)，該值(22.5％)是世界紀(jì)錄。

應(yīng)理解，雖然本文已對(duì)本發(fā)明裝置的優(yōu)選實(shí)施方式、特定構(gòu)造和構(gòu)型以及材料進(jìn)行了討論，但是可對(duì)形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變或修改，而不背離本發(fā)明的范圍。例如，上文給出的任意公式僅僅是可以使用的工藝的代表。可以向框圖添加或者刪除功能性，并且功能塊之間的操作可以互換?？梢詫?duì)所述方法增加或減少步驟而不背離本發(fā)明的范圍。