一種單晶硅片單面制絨的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種單晶硅片單面制絨的方法。所述方法包括如下步驟：a）在單晶硅片的單側(cè)表面沉積一層二氧化硅膜；b）在前述沉積了二氧化硅膜的單晶硅片上進(jìn)行堿制絨，由于該單晶硅片的單側(cè)表面上有前述二氧化硅膜的掩蔽，因此實現(xiàn)該單晶硅片的另一側(cè)表面上的制絨。本發(fā)明用簡單的沉積技術(shù)和常規(guī)的單晶硅堿制絨工藝即可實現(xiàn)單晶硅片的單面制絨。相對于單晶硅片的常規(guī)雙面堿制絨，本發(fā)明實現(xiàn)了單面制絨，這極大的降低了不必要的硅片損耗和制絨液化學(xué)品損耗。并且，相對于其他已公開的單晶硅片單面制絨工藝，本發(fā)明用于實現(xiàn)單晶硅片單面制絨的工藝簡單、化學(xué)品易購買，克服了反應(yīng)離子刻蝕法和漂浮法的成本過高、疊片法的效率過低等缺陷，具有很好的實際應(yīng)用價值。
【專利說明】一種單晶硅片單面制絨的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及單晶硅太陽能電池制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于單晶硅片單面制絨的方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]在晶體硅太陽能電池生產(chǎn)過程中，硅片表面織構(gòu)化(制絨)在降低表面反射率方面起著重要作用，也是提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的有效手段之一。目前單晶硅片的制絨工藝多采用NaOH或KOH體系的堿性溶液的濕化學(xué)腐蝕工藝。該工藝采用的是浸沒式，即硅片兩面同時腐蝕 ，兩面均形成絨面。但在最終的太陽能電池中，只有一個表面的制絨面起到作用，另一表面的制絨面沒有任何用處，且該表面由于不平整，還會對鋁背場的制備造成不利影響。另外，隨著切片技術(shù)的不斷提升，單晶硅片將會越切越薄，為降低薄片對現(xiàn)有工藝帶來的不利影響以及為滿足行業(yè)對成本控制的嚴(yán)格要求，處在工藝最前端的制絨工藝需盡量減少不必要的硅損耗，因此單面制絨將成為以后的發(fā)展趨勢。
[0005]目前常用的實現(xiàn)單晶硅片單面制絨的方法為反應(yīng)離子刻蝕法、漂浮法和疊片法。反應(yīng)離子刻蝕法為干法制絨，其所需投入的設(shè)備和化學(xué)品的成本遠(yuǎn)大于常規(guī)的堿制絨濕法工藝，這限制了其的廣泛應(yīng)用。漂浮法是將硅片漂浮在制絨液中，讓其下表面與溶液接觸，上表面不與溶液接觸，采用鏈?zhǔn)焦に囘M(jìn)行制絨。目前，單晶硅片制絨時間一般需大于lOmin，為保證效率，在線式鏈?zhǔn)焦に嚨膸僖话悴坏陀趌m/min，這就要求鏈?zhǔn)皆O(shè)備僅制絨段的長度就需要至少10m，這大大增加了對設(shè)備和場地投入的要求，不便于大范圍推廣。疊片法是將兩片單晶硅片背靠背相接觸，從而實現(xiàn)接觸面腐蝕少，非接觸面正常制絨。該法雖然不增加設(shè)備和化學(xué)品的投入，但疊片的插片取片過程需人工手動插取，生產(chǎn)效率低，不利于自動化大生產(chǎn)的應(yīng)用。申請?zhí)枮?01310123595.5的中國發(fā)明專利公布了一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法。該專利先對硅片進(jìn)行了重擴散和去除磷硅玻璃，而后在一個表面涂覆納米結(jié)構(gòu)的TiO2或沉積Ti并快速退火，利用TiO2的光催化反應(yīng)來實現(xiàn)單面制絨。申請?zhí)枮?01020223246.2的中國實用新型專利公布了一種用于單面制絨的太陽能電池硅片。該專利在硅片的一個表面沉積氮化硅膜，利用氮化硅膜的阻擋作用來實現(xiàn)單面制絨。該兩篇專利為實現(xiàn)單面制絨而增加的化學(xué)品、設(shè)備和生產(chǎn)工藝所帶來的成本均不低，這對于大范圍的應(yīng)用推廣有一定限制。申請?zhí)枮?01180009272.2的中國發(fā)明專利公布了一種用于結(jié)晶半導(dǎo)體襯底單側(cè)紋理化的方法。該專利在硅片的一個表面提供具有隨機圖案的掩膜層，而后將硅片浸沒在拋光溶液中，有掩膜層的一面形成制絨面，無掩膜層的一面形成拋光面。該方法得到的制絨面與掩膜層形成的隨機圖案有很大關(guān)系，該圖案的隨機性是否會對大生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定性造成影響還需進(jìn)一步研究。目前未見利用液相沉積二氧化硅膜的掩蔽作用實現(xiàn)單晶硅片單面制絨的報道。[0006]參考資料
1.中國科學(xué)院微電子研究所.一種高陷光納米結(jié)構(gòu)單面制絨的實現(xiàn)方法[P]:中國，201310123595.5, 2013-04-10.2.常州天合光能有限公司.用于單面制絨的太陽能電池硅片[P]:中國，201020223246.2，2010-06-10.3.1MEC公司、魯汶天主教大學(xué).單側(cè)紋理化的方法[P]:中國，201180009272.2，2011-02-11.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種單晶硅片單面制絨的方法。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述:
所述方法包括如下步驟:a)、在單晶硅片的單側(cè)表面沉積一層二氧化硅膜；b)、在前述沉積了二氧化硅膜的單晶硅片上進(jìn)行堿制絨，由于該單晶硅片的單側(cè)表面上有前述二氧化硅膜的掩蔽，因此實現(xiàn)該單晶硅片的另一側(cè)表面上的制絨。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明用簡單的沉積技術(shù)和常規(guī)的單晶硅堿制絨工藝即可實現(xiàn)單晶硅片的單面制絨。相對于單晶硅片的常規(guī)雙面堿制絨，本發(fā)明實現(xiàn)了單面制絨，這極大的降低了不必要的硅片損耗和制絨液化學(xué)品損耗，將制絨段的硅片損耗和制絨液化學(xué)品損耗降低至常規(guī)雙面堿制絨的50%。并且，相對于其他已公開的單晶硅片單面制絨工藝，本發(fā)明用于實現(xiàn)單晶硅片單面制絨的工藝簡單、化學(xué)品易購買，克服了反應(yīng)離子刻蝕法和漂浮法的成本過高、疊片法的效率過低等缺陷，具有很好的實際應(yīng)用價值。
[0009]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明所述的單晶硅片單面制絨的實現(xiàn)工藝流程圖。
[0011]圖2為實施例1單晶硅片常規(guī)工藝制絨后硅片截面的掃描電子顯微鏡圖片。
[0012]圖3為實施例2制絨后硅片截面的掃描電子顯微鏡圖片。由圖可見，硅片上表面得到了很好的金字塔絨面，硅片下表面保留了原硅片的形貌。
[0013]圖4為單晶硅片原硅片表面的掃描電子顯微鏡圖片。
[0014]圖5為實施例2制絨后硅片制絨面的掃描電子顯微鏡圖片。
[0015]圖6為實施例2制絨后硅片非制絨面的掃描電子顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
本發(fā)明為一種單晶硅片單面制絨的方法，所述方法包括如下步驟:a)、在單晶硅片的單側(cè)表面沉積一層二氧化硅膜；b)、在前述沉積了二氧化硅膜的單晶硅片上進(jìn)行堿制絨，由于該單晶硅片的單側(cè)表面上有前述二氧化硅膜的掩蔽，因此實現(xiàn)該單晶硅片的另一側(cè)表面上的制絨。
[0017]所述步驟a)具體包括:al)、通過液相沉積在所述單晶硅面的兩側(cè)均沉積一層二氧化硅膜；a2 )、將兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片的其中一側(cè)表面的二氧化硅膜洗去。
[0018]所述步驟al)的液相沉積是采用過飽和的六氟硅酸溶液,利用六氟硅酸的水解反應(yīng)來實現(xiàn)二氧化硅的沉積。
[0019]步驟al)的具體操作步驟包括:
1)向六氟硅酸溶液中加入過量硅酸粉末或二氧化硅粉末，常溫攪拌(例如三小時)，形成硅酸或二氧化硅過飽和的六氟硅酸溶液；
2)過濾六氟硅酸溶液除去剩余的硅酸粉末或二氧化硅粉末，向過濾后的六氟硅酸溶液中加入去離子水和硼酸粉末，得到液相沉積生長液，攪拌并升溫至所需的溫度；
3)將單晶硅片浸入上述溶液，待雙側(cè)表面均達(dá)到合適膜厚后取出該單晶硅片，用去離子水清洗，吹干后即得兩表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片。
[0020]步驟al)所用的六氟硅酸溶液的濃度為35~40 wt.%，硅酸粉末、二氧化硅粉末、硼酸粉末的純度均大于99.0%。
[0021]步驟al)所用的硅酸粉末或二氧化硅粉末的用量為六氟硅酸溶液質(zhì)量的4%飛％，液相沉積生長液(過飽和的六氟硅酸溶液)中六氟硅酸的摩爾濃度為廣2.5 mol/L，硼酸的摩爾濃度為2~10 mmol/L，反應(yīng)的溫度為5(T70°C。
[0022]步驟al)所獲得的二氧化硅膜的膜厚為5(T150 nm。
[0023]步驟a2)具體包括，液相沉積得到的是兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片，為實現(xiàn)單面制絨，需用濃度為0.5^5 wt.%的氫氟酸溶液對兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片的其中一側(cè)表面的二氧化硅膜進(jìn)行清洗，將其去除。
[0024]步驟b)為單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)的常規(guī)堿制絨工藝。
[0025]步驟b)在單面制絨后，另一側(cè)表面的二氧化硅膜無需采用額外工藝除去，該二氧化硅膜可在單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)的后續(xù)工藝中自行除去。
[0026]綜上所述，本發(fā)明提供一種單晶硅片單面制絨的方法。所述方法主要是利用液相沉積(LPD)技術(shù)，在單晶硅片的一側(cè)表面沉積二氧化硅膜，利用二氧化硅膜的掩蔽作用來實現(xiàn)單晶硅片的單面制絨。本發(fā)明用于實現(xiàn)單晶硅片單面制絨的工藝簡單、化學(xué)品易購買，具有很好的實際應(yīng)用價值。
[0027]為滿足單晶制絨的要求，本發(fā)明采用前述液相沉積條件，既實現(xiàn)了二氧化硅膜的快速沉積(沉積速度大于5nm/min),又將二氧化娃膜的膜厚控制在5(Tl50nm,實現(xiàn)了較好的掩蔽作用，兼顧了生產(chǎn)效率和單面制絨質(zhì)量，洗去其中一面時也非?？焖?，極大地提高了生產(chǎn)效率。
[0028]以下通過實施例作進(jìn)一步的闡述。
[0029]實施例1提供一個對比例，為不應(yīng)用本發(fā)明工藝的常規(guī)制絨方法:
采用如下步驟:
1)、配制堿制絨液:在攪拌作用下，將400gK0H、470mL monoTEX-M、90mL monoTEX-D和20L去離子水混合均勻，而后升溫至75°C ；
2)、制絨:將單晶硅片浸入上述堿制絨液中進(jìn)行制絨，制絨溫度為75°C，制絨時間為12min。
[0030] 圖2給出了按本實施例得到的單晶硅片制絨后硅片截面的掃描電子顯微鏡圖片，從圖片中可知兩表面均得到了金字塔形狀的絨面。
[0031]實施例2為按照圖1所示工藝流程進(jìn)行制絨的實施例:
采用如下步驟:
a)、配制過飽和六氟娃酸溶液:向15kg濃度為35wt.%六氟娃酸溶液中加入600g娃酸粉末，常溫攪拌3小時，形成硅酸過飽和的六氟硅酸溶液；
b)、配制液相沉積生長液:過濾除去剩余的硅酸粉末，向濾液中加入12.7kg去離子水和7.5g硼酸粉末，攪拌并升溫至60 (即:在配好的生長液中，所述六氟硅酸的摩爾濃度為
1.5 mol/L、所述硼酸的摩爾濃度為5 mmol/L)；
C)、液相沉積:將單晶硅片(I )浸入上述溶液，待膜厚達(dá)到120nm后取出硅片，用去離子水清洗，吹干后即得兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片(II);
d)、氫氟酸清洗:用濃度為2wt.%的氫氟酸溶液擦洗上述硅片的一側(cè)表面，除去該側(cè)表面的二氧化硅膜(III);
e)、制絨:將上述硅片按實施例1提供的方法進(jìn)行制絨，即得到單側(cè)有絨面的單晶硅片(IV)。
[0032]單面制絨后，另一側(cè)表面的二氧化硅膜無需采用額外工藝除去，該二氧化硅膜可在單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)的后續(xù)工藝中自行除去(V)。
[0033]圖3、圖5、圖6給出了按本實施例得到的單晶硅片制絨后硅片的掃描電子顯微鏡圖片，圖4給出了制絨前原硅片的掃描電子顯微鏡圖片。由圖可見，按本實施例的方法進(jìn)行制絨，硅片上表面得到了很好的金字塔絨面，硅片下表面保留了原硅片的形貌。
[0034]實施例3 采用如下步驟:
a)、配制過飽和六氟硅酸溶液:向15kg濃度為40wt.%六氟硅酸溶液中加入900g 二氧化硅粉末，常溫攪拌3小時，形成二氧化硅過飽和的六氟硅酸溶液；
b)、配制液相沉積生長液:過濾除去剩余的二氧化硅粉末，向濾液中加入5.4kg去離子水和10.3g硼酸粉末，攪拌并升溫至50 oC (即:在配好的生長液中，所述六氟硅酸的摩爾濃度為2.5 mol/L、所述硼酸的摩爾濃度為10 mmol/L)；
C)、液相沉積:將單晶硅片浸入上述溶液，待膜厚達(dá)到50nm后取出硅片，用去離子水清洗，吹干后即得兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片；
d)、氫氟酸清洗:用濃度為0.5 wt.%的氫氟酸溶液擦洗上述硅片的一側(cè)表面，除去該側(cè)表面的二氧化硅膜；
e)、制絨:將上述硅片按實施例1提供的方法進(jìn)行制絨。
[0035]制絨后的單晶硅片上表面得到了很好的金字塔絨面，下表面保留了原硅片的形貌。
[0036]實施例4
采用如下步驟:
a)、配制過飽和六氟娃酸溶液:向12kg濃度為38wt.%六氟娃酸溶液中加入600g娃酸粉末，常溫攪拌3小時，形成硅酸過飽和的六氟硅酸溶液；
b)、配制液相沉積生長液:過濾除去剩余的硅酸粉末，向濾液中加入22.4kg去離子水和3.9g硼酸粉末，攪拌并升溫至70 (即:在配好的生長液中，所述六氟硅酸的摩爾濃度為I mol/L、所述硼酸的摩爾濃度為2 mmol/L)；
C)、液相沉積:將單晶硅片浸入上述溶液，待膜厚達(dá)到150nm后取出硅片，用去離子水清洗，吹干后即得兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片；
d)、氫氟酸清洗:用濃度為5wt.%的氫氟酸溶液擦洗上述硅片的一側(cè)表面，除去該側(cè)表面的二氧化硅膜；
e)、制絨:將上述硅片按實施例1提供的方法進(jìn)行制絨。
[0037]制絨后的單晶硅片上表面得到了很好的金字塔絨面，下表面保留了原硅片的形貌。
[0038]本發(fā)明并不僅限于上述實施方式，不能以此限定本發(fā)明的范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)解釋為屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟:a)、在單晶硅片的單側(cè)表面沉積一層二氧化硅膜；b)、在前述沉積了二氧化硅膜的單晶硅片上進(jìn)行堿制絨，由于該單晶硅片的單側(cè)表面上有前述二氧化硅膜的掩蔽，因此實現(xiàn)該單晶硅片的另一側(cè)表面上的制絨。
2.如權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于所述步驟a)具體包括:al)、通過液相沉積在所述單晶硅面的兩側(cè)均沉積一層二氧化硅膜；a2)、將兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片的其中一側(cè)表面的二氧化硅膜洗去。
3.如權(quán)利要求2所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于所述步驟al)的液相沉積是采用過飽和的六氟硅酸溶液，利用六氟硅酸的水解反應(yīng)來實現(xiàn)二氧化硅的沉積。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟al)的具體操作步驟包括: O向六氟硅酸溶液中加入過量硅酸粉末或二氧化硅粉末，常溫攪拌，形成硅酸或二氧化娃過飽和的六氟娃酸溶液； 2)過濾六氟硅酸溶液除去剩余的硅酸粉末或二氧化硅粉末，向過濾后的六氟硅酸溶液中加入去離子水和硼酸粉末，得到液相沉積生長液，攪拌并升溫至所需的溫度； 3)將單晶硅片浸入上述溶液，待雙側(cè)表面均達(dá)到合適膜厚后取出該單晶硅片，用去離子水清洗，吹干后即得兩表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片。
5.如權(quán)利要求4所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟al)所用的六氟硅酸溶液的濃度為35~40 wt.%，硅酸粉末、二氧化硅粉末、硼酸粉末的純度均大于99.0%。
6.如權(quán)利要求4所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟al)所用的硅酸粉末或二氧化硅粉末的用量為六氟硅酸溶液質(zhì)量的4%飛％，液相沉積生長液中六氟硅酸的摩爾濃度為廣2.5 mol/L，硼酸的摩爾濃度為2~10 mmol/L，反應(yīng)的溫度為5(T70°C。
7.如權(quán)利要求4所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟al)所獲得的二氧化硅膜的膜厚為50~150 nm。
8.如權(quán)利要求2所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟a2)具體包括，用濃度為0.5^5 wt.%的氫氟酸溶液對兩側(cè)表面均沉積有二氧化硅膜的單晶硅片的其中一側(cè)表面的二氧化硅膜進(jìn)行清洗，將其去除。
9.如權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟b)為單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)的常規(guī)堿制絨工藝。
10.如權(quán)利要求1所述的一種單晶硅片單面制絨的方法，其特征在于步驟b)在單面制絨后，另一側(cè)表面的二氧化硅膜無需采用額外工藝除去，該二氧化硅膜可在單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)的后續(xù)工藝中自行除去。
【文檔編號】C30B33/10GK103972325SQ201310566233
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】周波軒, 蔡文斌, 徐蘇凡, 林濤, 武敏莉 申請人:睿納能源科技（上海）有限公司, 復(fù)旦大學(xué)