一種消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：(1)將具有金剛線切割痕跡的多晶硅片置于黑硅處理溶液中進(jìn)行黑硅處理，在硅片表面形成多孔硅結(jié)構(gòu)；(2)將該多晶硅片置于氫氟酸、硝酸的混合酸溶液中進(jìn)行表面酸制絨，在表面形成微米尺度的孔狀結(jié)構(gòu)；(3)將該多晶硅片再次置于黑硅處理溶液中，在微米孔的內(nèi)部形成多孔硅結(jié)構(gòu)；(4)將該多晶硅片置于氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿制絨處理，在多晶硅片表面形成納米倒金字塔嵌于微米孔內(nèi)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制絨方法消除了金剛線切割多晶硅片的表面的劃痕，有效降低了制絨后硅片的反射率，大幅度提升了金剛線切割多晶硅太陽(yáng)電池的光電性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種消除金剛線切割痕跡的多晶括制絨方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及多晶娃表面制絨技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種消除金剛線切割痕跡的多晶 娃制絨方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金剛線切割技術(shù)被廣泛用于切割脆性非金屬材料。在光伏行業(yè)中，金剛線切割技 術(shù)常被用于晶體娃的切片。相較于傳統(tǒng)的采用碳化娃作為磨料漿料的砂漿切割技術(shù)，金剛 線切割技術(shù)有W下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.生產(chǎn)率更高，2.切削廢料少，3.切片厚度控制精確，4.機(jī)械 損傷小。更重要的是，目前采用金剛線切割工藝的單晶娃太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò) 19%，達(dá)到了傳統(tǒng)砂漿切割單晶娃太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)水平。因此，金剛線切割技術(shù)有望在不久 的將來(lái)成為娃基太陽(yáng)電池的主流切割技術(shù)。
[0003] 然而，就目前為止，金剛線切割的多晶娃太陽(yáng)電池仍處于實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，無(wú)法大規(guī) 模批量生產(chǎn)。究其原因，是由于現(xiàn)階段金剛線切割多晶娃的制絨技術(shù)仍不成熟。對(duì)于砂漿切 割的多晶娃片而言，氨氣酸和硝酸的混合酸制絨是最常用的制絨方法。它是通過(guò)混合酸與 娃片表面的缺陷處反應(yīng)形成隨機(jī)的微米孔狀絨面。運(yùn)種制絨方法對(duì)于損傷層很厚，表面到 處都是缺陷的砂漿切割多晶娃片而言是十分有效的。但是，金剛線切割的多晶娃片表面粗 糖度較低，且表面密布周期性的微米尺度切割劃痕。常用的酸制絨方法無(wú)法在運(yùn)樣的表面 上形成有效的絨面結(jié)構(gòu)，且娃片表面的切割劃痕無(wú)法被去除，其制絨后的表面反射率仍超 過(guò)25%，無(wú)法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
[0004] 為了解決運(yùn)個(gè)問(wèn)題，常用的方法有干法和濕法刻蝕技術(shù)。其中，作為干法刻蝕技術(shù) 的代表，反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)多晶娃片的制絨十分有效，但其制備工藝復(fù)雜，成本高昂，不 利于推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化。相較而言，采用金屬輔助催化腐蝕的濕法刻蝕技術(shù)，其成本較低，且與 現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)合度高;但其現(xiàn)有技術(shù)仍不成熟，金剛線切割痕跡還無(wú)法完全消除，且制備的絨 面多為黑娃絨面，其表面復(fù)合嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了電池的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能在金剛線切割 多晶娃片上有效制絨，且能消除切割劃痕的制絨方法，制絨后的多晶娃片絨面均勻，將其制 備成電池，電池效率顯著提升。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種消除金剛線切割痕跡的多晶娃制絨方法，具 體地，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0007] -種消除金剛線切割痕跡的多晶娃制絨方法，其特征在于，包括如下步驟：
[000引第一步，將具有金剛線切割痕跡的多晶娃片置于黑娃處理溶液中進(jìn)行黑娃處理， 在多晶娃片表面形成多孔娃結(jié)構(gòu)；
[0009]第二步，將經(jīng)過(guò)黑娃處理的多晶娃片置于氨氣酸、硝酸的混合酸溶液中進(jìn)行表面 酸制絨，在表面形成微米尺度的孔狀結(jié)構(gòu)；
[0010] 第=步，將經(jīng)過(guò)表面酸制絨的多晶娃片再次置于黑娃處理溶液中進(jìn)行黑娃處理， 在微米孔的內(nèi)部形成多孔娃結(jié)構(gòu)；
[0011] 第四步，將經(jīng)過(guò)上述步驟處理的多晶娃片置于氨氧化鋼溶液中進(jìn)行堿制絨處理， 在多晶娃片表面形成納米倒金字塔嵌于微米孔內(nèi)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；
[0012] 第五步，將制絨后的多晶娃片浸泡于硝酸溶液中，去除表面附著的銀納米顆粒。
[0013] 優(yōu)選的，在第一步和第=步中，黑娃處理溶液由氨氣酸、過(guò)氧化氨、去離子水及硝 酸銀配置而成。
[0014] 進(jìn)一步的，氨氣酸、過(guò)氧化氨和硝酸銀的摩爾濃度分別為0.5-5mol/L、0.5-5mol/L 和0.0001-0.OOlmol/L。
[0015] 優(yōu)選的，在第一步和第=步中，黑娃處理的溫度為20-60°C，時(shí)間為1-10分鐘。
[0016] 優(yōu)選的，在第二步的氨氣酸和硝酸的混合酸溶液中，氨氣酸、硝酸和去離子水的體 積比為1:5:4。
[0017] 優(yōu)選的，在第二步中，酸制絨的溫度為0-20°C，時(shí)間為2-5分鐘。
[0018] 優(yōu)選的，在第四步的氨氧化鋼溶液中，氨氧化鋼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-lOwt%。
[0019] 優(yōu)選的，在第四步中，堿制絨處理的溫度為20-60°C，時(shí)間為1 -10分鐘。
[0020] 優(yōu)選的，在第五步的硝酸溶液中，硝酸與去離子水的體積比為1:1-5,清洗時(shí)間為 5-10分鐘。
[0021] 使用上述消除金剛線切割痕跡的多晶娃制絨方法得到的多晶娃片在太陽(yáng)電池中 的應(yīng)用。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制絨方法優(yōu)點(diǎn)在于：
[0023] 第一，本發(fā)明的制備方法采用的是金屬輔助催化腐蝕的濕法刻蝕技術(shù)，成本低廉， 與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)合度高。
[0024] 第二，本發(fā)明的制備方法通過(guò)結(jié)合酸制絨的各向同性腐蝕及堿制絨的各向異性腐 蝕，消除了金剛線切割的切割劃痕。其中，第一步中，在娃片表面制備多孔娃結(jié)構(gòu)，大幅度增 加了娃片的表面粗糖度，使得第二步的酸處理能夠更加均勻地對(duì)整個(gè)娃片表面進(jìn)行制絨， 形成微米孔結(jié)構(gòu)。在酸制絨的過(guò)程中，娃片表面的孔狀結(jié)構(gòu)逐步擴(kuò)大，交疊。隨著娃體腐蝕 量的增加，較淺的切割劃痕逐漸消失，而較深的劃痕則逐漸變淺。而后，在制備類(lèi)倒金字塔 結(jié)構(gòu)的過(guò)程中（黑娃處理后進(jìn)行堿處理），娃體的腐蝕量進(jìn)一步增加，隨著腐蝕深度的增加， 娃片表面的切割劃痕完全消除。與此同時(shí)，通過(guò)運(yùn)種方法制備出的微納復(fù)合絨面具有低反 射率，提升了電池的光電性能，使得電池效率大幅度提升。
[0025] W下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，W充分地了解 本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的制絨示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例1制得的多晶娃絨面的掃描電鏡照片。
[0028] 圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例2制得的多晶娃絨面的掃描電鏡照片。
[0029] 圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例3制得的多晶娃絨面的掃描電鏡照片。
[0030] 圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例制得的多晶娃絨面與常規(guī)酸制絨對(duì)應(yīng)的反射率譜圖。
[0031] 圖6為用本發(fā)明較佳實(shí)施例制得的多晶娃絨面制備金剛線切割多晶娃太陽(yáng)電池的 工藝流程圖。
[0032] 圖7為用本發(fā)明較佳實(shí)施例3制得的多晶娃絨面制備的金剛線切割多晶娃太陽(yáng)電 池對(duì)應(yīng)的電流-電壓曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本發(fā)明較佳實(shí)施例的消除金剛線切割痕跡的多晶娃制絨方法如圖1所示。
【具體實(shí)施方式】 [0034] 如下：
[0035] 實(shí)施例1:
[0036] 第一步，按照W下摩爾濃度配置黑娃處理溶液：氨氣酸0.5mol/L、過(guò)氧化氨 0.5mol/L、硝酸銀O.OOOlmol/L，將該溶液加入制絨槽中，攬拌均勻。將具有金剛線切割痕跡 的多晶娃片置于此黑娃處理溶液中，反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多 晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清洗。
[0037] 第二步，按照W下體積百分比配置混合酸制絨液，加入制絨槽中，攬拌均勻：氨氣 酸10% ;硝酸50% ;去離子水40%。將經(jīng)過(guò)黑娃處理的多晶娃片置于此混合酸溶液中，反應(yīng) 溫度為8°C，反應(yīng)時(shí)間為2分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行 清洗。
[0038] 第=步，將經(jīng)過(guò)酸制絨的娃片再次置于第一步中的黑娃處理溶液中，反應(yīng)溫度為 30°C，反應(yīng)時(shí)間為5分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清洗。
[0039] 第四步，在室溫下配置質(zhì)量百分比為lOwt%的氨氧化鋼溶液，將經(jīng)過(guò)第S步處理 的多晶娃片置于此氨氧化鋼溶液中，反應(yīng)時(shí)間為2分鐘。而后用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清 洗。
[0040] 第五步，在室溫下配置體積比為硝酸：去離子水=1:1的硝酸溶液，并把經(jīng)過(guò)第四 步處理后的多晶娃片浸入于此硝酸溶液中進(jìn)行清洗，去除表面附著的銀納米顆粒，清洗時(shí) 間為10分鐘，取出后用去離子水清洗干凈得到去除金剛線切割痕跡的表面制絨的多晶娃 片。
[0041 ] 實(shí)施例2:
[0042] 第一步，按照W下摩爾濃度配置黑娃處理溶液:氨氣酸5mol/L、過(guò)氧化氨2.5mol/ L、硝酸銀0.00Imol/L，將該溶液加入制絨槽中，攬拌均勻。將具有金剛線切割痕跡的多晶娃 片置于此黑娃處理溶液中，反應(yīng)溫度為45°C，反應(yīng)時(shí)間為2分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取 出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清洗。
[0043] 第二步，按照W下體積百分比配置混合酸制絨液，加入制絨槽中，攬拌均勻：氨氣 酸10% ;硝酸50% ;去離子水40%。將經(jīng)過(guò)黑娃處理的多晶娃片置于此混合酸溶液中，反應(yīng) 溫度為8°C，反應(yīng)時(shí)間為3分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行 清洗。
[0044] 第=步，將經(jīng)過(guò)酸制絨的娃片再次置于第一步中的黑娃處理溶液中，反應(yīng)溫度為 45°C，反應(yīng)時(shí)間為2分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清洗。
[0045] 第四步，在室溫下配置質(zhì)量百分比為lOwt%的氨氧化鋼溶液，將經(jīng)過(guò)第S步處理 的多晶娃片置于此氨氧化鋼溶液中，反應(yīng)時(shí)間為3分鐘。而后用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清 洗。
[0046] 第五步，在室溫下配置體積比為硝酸：去離子水=1:1的硝酸溶液，并把經(jīng)過(guò)第四 步處理后的多晶娃片浸入于此硝酸溶液中進(jìn)行清洗，去除表面附著的銀納米顆粒，清洗時(shí) 間為10分鐘，取出后用去離子水清洗干凈得到去除金剛線切割痕跡的表面制絨的多晶娃 片。
[0047] 實(shí)施例3:
[004引第一步，按照W下摩爾濃度配置黑娃處理溶液：氨氣酸2.6mol/L、過(guò)氧化氨 l.lmol/L、硝酸銀0.0002mol/L，將該溶液加入制絨槽中，攬拌均勻。將具有金剛線切割痕跡 的多晶娃片置于此黑娃處理溶液中，反應(yīng)溫度為45°C，反應(yīng)時(shí)間為5分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多 晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清洗。
[0049] 第二步，按照W下體積百分比配置混合酸制絨液，加入制絨槽中，攬拌均勻：氨氣 酸10% ;硝酸50% ;去離子水40%。將經(jīng)過(guò)黑娃處理的多晶娃片置于此混合酸溶液中，反應(yīng) 溫度為8°C，反應(yīng)時(shí)間為3分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行 清洗。
[0050] 第=步，將經(jīng)過(guò)酸制絨的娃片再次置于第一步中的黑娃處理溶液中，反應(yīng)溫度為 45°C，反應(yīng)時(shí)間為5分鐘。反應(yīng)結(jié)束后將多晶娃片取出，并用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清洗。
[0051] 第四步，在室溫下配置質(zhì)量百分比為5wt%的氨氧化鋼溶液，將經(jīng)過(guò)第S步處理的 多晶娃片置于此氨氧化鋼溶液中，反應(yīng)時(shí)間為5分鐘。而后用去離子水對(duì)娃片表面進(jìn)行清 洗。
[0052] 第五步，在室溫下配置體積比為硝酸：去離子水=1:1的硝酸溶液，并把經(jīng)過(guò)第四 步處理后的多晶娃片浸入于此硝酸溶液中進(jìn)行清洗，去除表面附著的銀納米顆粒，清洗時(shí) 間為10分鐘，取出后用去離子水清洗干凈得到去除金剛線切割痕跡的表面制絨的多晶娃 片。
[0053] 如圖2-4所示，經(jīng)過(guò)上述方法處理的多晶娃片，其表面的切割劃痕已被消除，表面 形貌為納米倒金字塔嵌套于微米孔中的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，其表面反射率相較于常規(guī)酸制絨 的絨面大幅度降低(如圖5所示），平均反射率可W降低到15%，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。
[0054] 如圖6所示，將采用本發(fā)明較佳實(shí)施例3制絨得到的金剛線切割多晶娃片經(jīng)過(guò)傳統(tǒng) 的太陽(yáng)電池制備工藝(包括擴(kuò)散，去憐娃玻璃，沉積減反層，絲網(wǎng)印刷及燒結(jié)）制備成太陽(yáng)電 池，其電池性能如表1所示。由表1可知，相較于常規(guī)酸制絨方法，采用本發(fā)明方法制備的金 剛線切割多晶娃太陽(yáng)電池在開(kāi)路電壓和短路電流上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，大幅度提升了電池的 光電轉(zhuǎn)換效率。圖7給出了太陽(yáng)電池對(duì)應(yīng)的電流-電壓曲線。
[0055] 表1.用不同絨面制備的金剛線切割多晶娃太陽(yáng)電池的性能參數(shù)對(duì)比
[0化6]
[0057] W上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng) 造性勞動(dòng)就可W根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員 依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可W得到的技術(shù) 方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，包括如下步驟： 第一步，將具有金剛線切割痕跡的多晶硅片置于黑硅處理溶液中進(jìn)行黑硅處理，在多 晶娃片表面形成多孔娃結(jié)構(gòu)； 第二步，將經(jīng)過(guò)黑硅處理的多晶硅片置于氫氟酸、硝酸的混合酸溶液中進(jìn)行表面酸制 絨，在表面形成微米尺度的孔狀結(jié)構(gòu)； 第三步，將經(jīng)過(guò)表面酸制絨的多晶硅片再次置于黑硅處理溶液中進(jìn)行黑硅處理，在微 米孔的內(nèi)部形成多孔娃結(jié)構(gòu)； 第四步，將經(jīng)過(guò)上述步驟處理的多晶硅片置于氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿制絨處理，在多 晶硅片表面形成納米倒金字塔嵌于微米孔內(nèi)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)； 第五步，將制絨后的多晶硅片浸泡于硝酸溶液中，去除表面附著的銀納米顆粒。2. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第一步 和第三步中，黑硅處理溶液由氫氟酸、過(guò)氧化氫、去離子水及硝酸銀配置而成。3. 如權(quán)利要求2所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，氫氟酸、 過(guò)氧化氫和硝酸銀的摩爾濃度分別為〇. 5-5mol/L、0.5-5mol/L和0.0001-0.0 Olmol/L。4. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第一步 和第三步中，黑硅處理的溫度為20_60°C，時(shí)間為1-10分鐘。5. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第二步 的氫氟酸和硝酸的混合酸溶液中，氫氟酸、硝酸和去離子水的體積比為1:5:4。6. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第二步 中，酸制絨的溫度為0_20°C，時(shí)間為2-5分鐘。7. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第四步 的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l-l〇wt%。8. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第四步 中，堿制絨處理的溫度為20-60°C，時(shí)間為1-10分鐘。9. 如權(quán)利要求1所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法，其特征在于，在第五步 的硝酸溶液中，硝酸與去離子水的體積比為1:1-5,清洗時(shí)間為5-10分鐘。10. 使用如權(quán)利要求1-9所述的消除金剛線切割痕跡的多晶硅制絨方法得到的多晶硅 片在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01L31/0236GK105826410SQ201610307092
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】沈文忠, 莊宇峰, 鐘思華, 李正平
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)