CN106972079B - Perc太阳能电池硅片背面的清洗方法 - Google Patents

Perc太阳能电池硅片背面的清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗发生在PERC太阳能电池制备过程中电池硅片沉积正面氮化硅膜之后、沉积背面氧化铝膜之前，包括依次进行的如下步骤：(1)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中；(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗；(3)将硅片放入KOH溶液中；(4)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中；(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗；(6)将硅片放入HF溶液或者HCL溶液或者HF和HCL的混合溶液中；(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗完成后将硅片提出水面；(8)对硅片进行烘干。该清洗方法能够提升电池的光电转换效率。

Description

PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是指PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种有效吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P～N结上，形成新的空穴～电子对，在P～N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
传统晶硅太阳能电池基本上只采用正面钝化技术，在硅片正面用PECVD的方式沉积一层氮化硅，降低少子在前表面的复合速率，可以大幅度提升晶硅电池的开路电压和短路电流，从而提升晶硅太阳电池的光电转换效率。
随着对晶硅电池的光电转换效率的要求越来越高，人们开始研究背钝化太阳电池技术。
发明内容
本发明的目的是提供PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗方法能够显著提升PERC太阳能电池硅片背面氧化铝膜的钝化效果，减少电池污染，提高电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现的：PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，其特征在于：该清洗发生在PERC太阳能电池制备过程中电池硅片沉积正面氮化硅膜之后、沉积背面氧化铝膜之前，该清洗方法具体包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为0.1％～6％，H2O2的质量分数为0.1％～5％，混合溶液的温度为60～99度，放置时间为30～300s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为30～300s；
(3)将硅片放入KOH溶液中，KOH的质量分数为0.3％～18％，温度为60～99度，放置时间为30～300s；
(4)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为0.1％～6％，H2O2的质量分数为0.1％～5％，混合溶液的温度为60～99度，放置时间为30～300s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为30～300s；
(6)将硅片放入HF溶液或者HCL溶液或者HF和HCL的混合溶液中，温度为60～90度，放置时间为5～300s，其中，HF溶液中，HF的质量分数为0.2％～6％，HCL溶液中，HCL的质量分数为0.2％～5％，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为0.2％～6％，HCL的质量分数为0.2％～5％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为60～99度，漂洗时间为30～300s，漂洗完成后将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
上述步骤(1)和步骤(4)的目的是清洗硅片的有机杂质或与碱反应后粘附的副产物。步骤(3)的目的是刻蚀硅片背面。
其中，上述步骤中所有的KOH均可以用NaOH替换。
所述步骤(6)放入酸液是为了中和硅片从前面步骤带来的残留碱液、去除金属离子以及去掉硅片背面的氧化层。
所述步骤(7)中，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面。采用慢提拉技术，即将硅片在热的去离子水中浸泡后，慢慢提出水面，有助于硅片疏水。
本发明的清洗方法在PERC太阳能电池硅片正面沉积正面氮化硅膜后，对硅片背面进行清洗，然后取出在背面沉积背面氧化铝膜，即PERC太阳能电池硅片背面的清洗发生在沉积正面氮化硅膜之后、并且在沉积背面氧化铝膜之前。由于清洗背面可以去除硅片背面的氧化层和脏污，减少电池污染，有利于背面氧化铝膜的沉积，可以显著提升背面氧化铝膜的钝化效果，提高电池的开路电压和短路电流，从而大幅度提升电池的光电转换效率。并且设备投入成本低，工艺简单，且与目前生产线兼容性好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是PERC太阳能电池的整体结构截面图；
图2是PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法的流程框图。
附图标记说明
1、背银电极，2、铝背场，3、背面氮化硅膜，4、背面氧化铝膜，
5、P型硅，6、N型硅，7、正面氮化硅膜，8、正银电极，
9、激光开槽区；10、背铝条。
具体实施方式
实施例一
如图1所示的能够提高光电转换效率的PERC太阳能电池，包括自下而上依次设置的背银电极1、铝背场2、背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型硅6、正面氮化硅膜7和正银电极8，太阳能电池在背面还开设有开通背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4后直至P型硅5的多条激光开槽区9，多条激光开槽区9平行设置，每个激光开槽区9内均填充有背铝条10，背铝条10与铝背场2采用铝浆料一体印刷成型，铝背场2通过背铝条10与P型硅5相连，背银电极1、铝背场2、背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型硅6、正面氮化硅膜7和正银电极8自下而上依次相连接，P型硅5为电池的硅片，N型硅6为在硅片正面扩散形成的N型发射极，正面氮化硅膜7沉积在硅片正面，背面氧化铝膜4沉积在硅片背面，硅片沉积正面氮化硅膜7后再沉积背面氧化铝膜4，并且在沉积背面氧化铝膜4前对硅片背面进行清洗。
本实施例的背面氧化铝膜4的材质为三氧化二铝(Al2O3)，背面氮化硅膜3和正面氮化硅膜7的材质相同，均为氮化硅(Si3N4)。
本实施例中，正面氮化硅膜7的厚度为75微米，背面氮化硅膜3的厚度为150微米，背面氧化铝膜4的厚度为8nm。正面氮化硅膜7的厚度可以在50～300微米内取值，最优的厚度为60～90微米，背面氮化硅膜3的厚度可以在80～300微米内取值，最优的厚度为100～200微米，背面氧化铝膜4的厚度可以在2～50nm内取值，比如为10nm、20nm、30nm、40nm，最优的厚度为5～30nm。
该PERC太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(101)在硅片正面形成绒面，硅片为P型硅5；
(102)在硅片正面进行扩散形成N型硅6，即N型发射极；
(103)去除硅片周边的PN结和扩散过程形成的正面磷硅玻璃，并对硅片正面进行臭氧氧化处理；步骤(3)后，根据实际情况决定是否还需要对硅片背面进行抛光；
(104)在硅片正面沉积正面氮化硅膜7；
(105)对硅片背面进行清洗，
(106)在硅片背面沉积背面氧化铝膜4；
(107)在硅片背面沉积背面氮化硅膜3；
(108)对硅片背面进行激光开槽，开通背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4后直至硅片，形成多条激光开槽区9；
(109)在硅片背面印刷背电极浆料，烘干；
(110)在硅片背面印刷铝浆料，形成铝背场2，在印刷铝背场2的同时在激光开槽区9内印刷铝浆料，形成背铝条10，背铝条10与铝背场2一体印刷成型，印刷后进行烘干；
(111)在硅片正面印刷正电极浆料，烘干；
(112)对硅片进行高温烧结，形成背银电极1、铝背场2和正银电极8；
(113)对硅片进行抗LID退火处理，形成太阳能电池。
本发明PERC太阳能电池硅片在沉积正面氮化硅膜7后再沉积背面氧化铝膜4，并且在沉积背面氧化铝膜4前对硅片背面进行清洗，即PERC太阳能电池硅片背面的清洗发生在沉积正面氮化硅膜7之后、并且在沉积背面氧化铝膜4之前。
如图2所示，本发明PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗发生在PERC太阳能电池制备过程中电池硅片沉积正面氮化硅膜之后、沉积背面氧化铝膜之前，该清洗方法包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为0.1％，H2O2的质量分数为0.1％，混合溶液的温度为99度，放置时间为300s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为30s；
(3)将硅片放入KOH溶液中，KOH的质量分数为0.3％，温度为99度，放置时间为300s；
(4)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为0.1，H2O2的质量分数为0.1，混合溶液的温度为99度，放置时间为300s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为30s；
(6)将硅片放入HF溶液，温度为90度，放置时间为300s，HF的质量分数为0.2％；该步骤也可以用HCL溶液来代替HF溶液，此时HCL的质量分数为0.2％，或者用HF和HCL的混合溶液来代替HF溶液，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为0.2％，HCL的质量分数为0.2％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为60度，漂洗时间为300s，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
实施例二
PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗方法包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入NAOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中NAOH的质量分数为1.5％，H2O2的质量分数为1.3％，混合溶液的温度为90度，放置时间为240s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为240s；
(3)将硅片放入NAOH溶液中，NAOH的质量分数为4.5％，温度为90度，放置时间为240s；
(4)将硅片放入NAOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中NAOH的质量分数为1.5％，H2O2的质量分数为1.3％，混合溶液的温度为90度，放置时间为250s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为250s；
(6)将硅片放入HF溶液，温度为80度，放置时间为240s，HF的质量分数为1.5％；该步骤也可以用HCL溶液来代替HF溶液，此时HCL的质量分数为1.2％，或者用HF和HCL的混合溶液来代替HF溶液，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为1.5％，HCL的质量分数为1.2％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为90度，漂洗时间为250s，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
实施例三
PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗方法包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为3％，H2O2的质量分数为2.5％，混合溶液的温度为80度，放置时间为150s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为150s；
(3)将硅片放入KOH溶液中，KOH的质量分数为9％，温度为80度，放置时间为160s；
(4)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为3％，H2O2的质量分数为2.5％，混合溶液的温度为82度，放置时间为160s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为150s；
(6)将硅片放入HF溶液，温度为75度，放置时间为150s，HF的质量分数为3％；该步骤也可以用HCL溶液来代替HF溶液，此时HCL的质量分数为2.5％，或者用HF和HCL的混合溶液来代替HF溶液，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为3％，HCL的质量分数为2.5％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为80度，漂洗时间为160s，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
实施例四
PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗方法包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入NAOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中NAOH的质量分数为4.5％，H2O2的质量分数为3.8％，混合溶液的温度为70度，放置时间为60s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为100s；
(3)将硅片放入NAOH溶液中，NAOH的质量分数为14％，温度为70度，放置时间为60s；
(4)将硅片放入NAOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中NAOH的质量分数为4.5％，H2O2的质量分数为3.8％，混合溶液的温度为70度，放置时间为60s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为90s；
(6)将硅片放入HF溶液，温度为70度，放置时间为40s，HF的质量分数为4.5％；该步骤也可以用HCL溶液来代替HF溶液，此时HCL的质量分数为3.8％，或者用HF和HCL的混合溶液来代替HF溶液，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为4.5％，HCL的质量分数为3.8％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为65度，漂洗时间为250s，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
实施例五
PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，该清洗方法包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为6％，H2O2的质量分数为5％，混合溶液的温度为60度，放置时间为30s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为300s；
(3)将硅片放入KOH溶液中，KOH的质量分数为18％，温度为60度，放置时间为30s；
(4)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为6％，H2O2的质量分数为5％，混合溶液的温度为60度，放置时间为30s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为300s；
(6)将硅片放入HF溶液，温度为90度，放置时间为5s，HF的质量分数为6％；该步骤也可以用HCL溶液来代替HF溶液，此时HCL的质量分数为5％，或者用HF和HCL的混合溶液来代替HF溶液，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为6％，HCL的质量分数为5％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为99度，漂洗时间为30s，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，其特征在于：该清洗发生在PERC太阳能电池制备过程中电池硅片沉积正面氮化硅膜之后、沉积背面氧化铝膜之前，该清洗方法包括依次进行的如下步骤：
(1)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为0.1％～6％，H2O2的质量分数为0.1％～5％，混合溶液的温度为60～99摄氏度，放置时间为30～300s；
(2)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为30～300s；
(3)将硅片放入KOH溶液中，KOH的质量分数为0.3％～18％，温度为60～99摄氏度，放置时间为30～300s；
(4)将硅片放入KOH和H2O2的混合溶液中，该混合溶液中KOH的质量分数为0.1％～6％，H2O2的质量分数为0.1％～5％，混合溶液的温度为60～99摄氏度，放置时间为30～300s；
(5)将硅片放入去离子水中进行漂洗，漂洗时间为30～300s；
(6)将硅片放入HF溶液或者HCL溶液或者HF和HCL的混合溶液中，温度为60～90摄氏度，放置时间为5～300s，其中，HF溶液中，HF的质量分数为0.2％～6％，HCL溶液中，HCL的质量分数为0.2％～5％，HF和HCL的混合溶液中，HF的质量分数为0.2％～6％，HCL的质量分数为0.2％～5％；
(7)将硅片放入去离子水中进行漂洗，温度为60～99摄氏度，漂洗时间为30～300s，漂洗完成后将硅片提出水面；
(8)对硅片进行烘干。
2.如权利要求1所述的PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，其特征在于：上述步骤中所有的KOH均用NaOH替换。
3.如权利要求1所述的PERC太阳能电池硅片背面的清洗方法，其特征在于：所述步骤(7)中，漂洗完成后采用慢提拉技术将硅片提出水面。
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Denomination of invention: Cleaning method for back surface of perc solar cell silicon wafer

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