一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法

摘要

本发明公开了一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：(1)采用等离子体干法刻蚀去除多晶硅片的前表面损伤层；然后进行RIE制绒；(2)采用链式湿法化学处理方法对硅片依次进行背面腐蚀抛光、RIE损伤层去除以及后清洗处理；(3)采用背靠背插片方式对上述硅片的绒面进行磷源扩散；(4)将扩散后的硅片进行湿法刻蚀并去除表面PSG，然后在其正表面沉积钝化减反射膜；(5)在硅片背面分别印刷背银、铝浆后烘干，然后在其正表面印刷正银后烧结，即可得到多晶硅太阳电池。本发明不仅减少了工艺步骤，同时也减少了化学品的使用量，大大降低了企业的运营成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能是一种安全可靠、经济实惠且容易获得的绿色能源。因此，太阳能电池组件得到了越来越多的关注，而高转换效率、低成本是太阳能电池发展的主要趋势，也是技术研究者追求的目标。为了获得更高的光电转换效率，除了要求晶体硅材料本身的高质量、能形成理想的PN结等内在特性外，还需要电池片表面有很好的陷光效果。陷光效应通常由表面织构化来实现的，即电池片生产中的重要工序——制绒。它通过增加电池对光的吸收，降低表面反射率，增大太阳能电池的短路电流从而达到提高太阳电池效率的目的。现有技术中，晶体硅太阳电池的制绒通常是采用湿法化学腐蚀方法制备微米级绒面结构。

但是，由于微米级绒面的陷光效果有限，为了进一步提高陷光效果，近几年基于反应离子刻蚀方法（RIE）制备纳米绒面的方法在产业化生产中得到了广泛应用。RIE制绒是为了形成更为精细的纳米绒面结构，在RIE制绒前首先要去除原硅片表面3~6微米厚度的线切割损伤层。如日本专利JP2014082430A公开了一种常规RIE制绒的多晶硅太阳电池制造方法，其工艺步骤为：（1）化学腐蚀去除线切割损伤层；（2）RIE制绒；（3）RIE损伤层去除以及后清洗处理；（4）扩散；（5）刻蚀以及去除PSG；（6）PECVD；（7）丝网印刷以及烧结。很明显，与传统多晶硅太阳电池制造工艺相比，上述RIE制绒的多晶硅太阳电池制造工艺有如下不足之处：(1) 增加了去除线切割损伤层和RIE损伤层去除以及后清洗处理工艺步骤，从而相应增加了工艺运行成本；(2) 采用化学腐蚀导致使用的化学品量较多，昂贵的化学废液的处理以及大体积酸碱的仓储和操作也会使得企业的运营成本大大增加；(3) 多次经过化学溶液处理增加了为节约成本而使用越来越薄的硅片的脆性，此外，较多工序之间的传递，都会增大了硅片的破损率。

另一方面，随着技术的发展，研究人员发现，在硅片背面进行抛光处理可以提高电池的长波响应，为进一步提高光电转换效率奠定了必要的基础。因此，出现了对硅片背面进行抛光的工艺步骤。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

(1) 采用等离子体干法刻蚀去除多晶硅片的前表面损伤层；然后进行RIE制绒，在硅片前表面形成纳米绒面；

(2) 采用链式湿法化学处理方法对硅片依次进行背面腐蚀抛光、RIE损伤层去除以及后清洗处理；

(3) 采用背靠背插片方式对上述硅片的绒面进行磷源扩散，制备PN结；

扩散温度为820~850℃，扩散时间为60~90 min，扩散方阻为70~100 Ω/□；

(4) 将上述扩散后的硅片进行湿法刻蚀并去除表面PSG，然后在其正表面沉积钝化减反射膜；

(5) 在上述硅片背面分别印刷背银、铝浆后烘干，然后在其正表面印刷正银后烧结，即可得到多晶硅太阳电池。

上文中，步骤(1)中采用等离子体干法刻蚀去除硅片前表面损伤层以及RIE制绒可以集成在同一个设备中，例如：干法刻蚀在工艺腔1中进行，RIE制绒在工艺腔2中进行，工艺腔1和工艺腔2是相邻设置的，两个工艺腔体之间由阀门连接，硅片通过载板由滚轮传输。

步骤(2)中，链式湿法化学处理方法是将背面腐蚀抛光，RIE损伤层去除以及后清洗处理三种工艺依次集中在同一台链式设备中，硅片通过滚轮按平铺式运行方式依次都过上述三种工艺。

上述技术方案中，所述步骤(1)中，采用NF₃等离子体刻蚀方法去除多晶硅片的前表面损伤层，刻蚀时间为5~20 min，去除损伤层厚度为3~6微米。

上述技术方案中，所述步骤(1)中，RIE制绒是采用SF₆/O₂/Cl₂混合气体等离子体对硅片前表面进行反应离子刻蚀制备纳米绒面；刻蚀时间为5~10 min，纳米绒面微结构大小为200~400 nm，反射率为5~15%。

上述技术方案中，所述步骤(2)中，背面腐蚀抛光采用HNO₃/HF/H₂SO4混合溶液，RIE损伤层去除采用KOH溶液，后清洗处理采用HF/HCL混合溶液。

上述技术方案中，所述步骤(4)中，所述钝化减反射膜为SiNx薄膜，其厚度为70~90 nm，折射率为1.9~2.2。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明开发了一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法，将等离子体干法刻蚀去除硅片前表面损伤层以及RIE制绒集成在同一个设备中，从而减少工艺步骤，同时也减少了化学品的使用量，大大降低了企业的运营成本；此外，由于等离子体干法刻蚀去除线切割损伤层的过程中反应物和生成物均为气态，因此减小了现有技术中化学溶液反应对硅片的机械冲击损伤，提高了电池片的机械强度，大大降低了破损率；而且，排放物很容易通过洗气装置实现符合环保要求的排放；

2、本发明将背面腐蚀抛光、RIE损伤层腐蚀去除、酸洗去除PSG三种工艺集中在同一台链式设备中，因此大大方便了清洗工艺，提高了生产效率；同时避免了现有技术中因多次搬运硅片而带来的硅片破损问题，减少了硅片损失，降低了企业成本；

3、本发明在RIE损伤层去除前兼容背面抛光工艺，不仅可以除去背面残留的线切割损伤层，同时可以提高电池的长波响应，为进一步提高光电转换效率奠定了必要的基础；

4、本发明的制备方法简单易行，成本较低，适于推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例一

以P型多晶硅为例，一种RIE制绒的多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

(1) 通过机械手将原始多晶硅片放入载板，通过等离子体设备的装载腔进入工艺腔1进行等离子体干法刻蚀，通入气体为NF₃，刻蚀时间为10 min，刻蚀厚度为4微米；然后，载板上的硅片通过滚轮传输到工艺腔2进行RIE制绒，通入气体为SF₆/O₂/Cl₂混合气体，制绒时间为10 min，制绒后反射率为7%，得到RIE制绒后的硅片；

(2) 将上述RIE制绒后的硅片通过机械手放入链式湿法化学设备中，硅片的RIE制绒面朝上，通过滚轮传输首先进入背面腐蚀抛光槽，抛光液为HNO₃/HF/H₂SO4混合溶液；去离子水冲洗后，然后，通过滚轮传输到RIE损伤层去除槽，反应溶液为KOH；去离子水冲洗，再然后，通过滚轮传输到清洗槽槽，清洗溶液为HF/HCl混合溶液；最后，经过2次去离子冲洗后，吹干，得到清洗后的硅片；

(3) 将上述清洗后的硅片采用背靠背的插片方式，即将两片非RIE制绒面的硅片靠在一起，将硅片插入石英舟中；通过桨将插满硅片的石英舟送入扩散炉内进行磷源扩散，扩散温度为840度，扩散时间为60 min，扩散后方块电阻为85 Ω/□；得到扩散后的硅片；

(4) 将上述扩散后的硅片放入RENA湿法清洗设备中，进行边缘刻蚀和去除表面PSG，得到刻蚀的硅片；

(5) 在上述硅片的RIE制绒面PECVD进行沉积SiNx薄膜，沉积厚度为80 nm，折射率为2.05，得到沉积后的硅片；

(6) 依次在上述硅片的背面分别印刷银浆、铝浆后烘干，然后在其正表面印刷正面银浆后烧结，即可得到多晶硅太阳电池。