CN116454174B

CN116454174B - 一种背接触电池的背面抛光方法

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Publication number: CN116454174B
Application number: CN202310713370.9A
Authority: CN
Inventors: 林楷睿; 皮文慧; 林锦山; 黄晓狄; 张超华
Original assignee: Goldstone Fujian Energy Co Ltd
Current assignee: Goldstone Fujian Energy Co Ltd
Priority date: 2023-06-16
Filing date: 2023-06-16
Publication date: 2023-09-08
Anticipated expiration: 2043-06-16
Also published as: CN116454174A; WO2024255349A1

Abstract

本发明属于背接触电池抛光技术领域，具体涉及一种背接触电池的背面抛光方法，包括以下步骤：S1、将硅片浸没在第一碱液中第一次碱抛，反应结束后水洗烘干；S2、利用高温扩散在S1得到的硅片两侧表面均形成一层磷硅玻璃层；S3、然后去除S2得到的硅片一面的磷硅玻璃层；S4、将S3得到的硅片浸没在第二碱液中进行第二次碱抛，反应结束后水洗；S5、将S4得到的硅片浸没在第三碱液中进行第三次碱抛，反应结束后水洗；S6、去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层，水洗烘干。本发明能够减少药液耗量，槽体寿命相对增加，降低硅损并提高表面平整度。

Description

一种背接触电池的背面抛光方法

技术领域

本发明属于背接触电池抛光技术领域，具体涉及一种背接触电池的背面抛光方法。

背景技术

背接触电池是目前高效晶硅电池的研发方向之一。其PN结区与金属电极均位于电池的背面，正面没有任何电极的遮挡。如何提高背面的表面平整度，进一步提高背钝化水平，是提升背接触电池效率的重点。

现有技术中通常采用槽式碱腐蚀的方式抛光来提高背面的表面平整度、提高背钝化水平，碱腐蚀具体为在高温条件下用高浓度的KOH或NaOH与硅片反应，但抛光效果较差，表面仍存在1-10μm的台阶高度差，反射率低于40%。

为了提高硅片表面的平整度，现有技术中通常采取了增大腐蚀量与腐蚀深度的方法，但一方面抛光时间长，补液量大并且槽体寿命显著降低，药液耗量会直接成倍增加；另一方面硅损大，硅片成本高，不利于项目的薄片化发展。

因此，如何在降低硅损并提高表面平整度的同时减少药液耗量是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的药液耗量多、硅损大的缺陷，提供一种背接触电池的背面抛光方法，该背面抛光方法能够减少药液耗量，槽体寿命相对增加，降低硅损并提高表面平整度，表面台阶高度差在3μm以下，表面反射率大于40%。

为了实现上述目的，本发明提供了一种背接触电池的背面抛光方法，包括以下步骤：

S1、将硅片浸没在第一碱液中第一次碱抛，反应结束后水洗烘干；

S2、利用高温扩散在S1得到的硅片两侧表面均形成一层磷硅玻璃层；

S3、然后去除S2得到的硅片一面的磷硅玻璃层；

S4、将S3得到的硅片浸没在第二碱液中进行第二次碱抛，反应结束后水洗；

S5、将S4得到的硅片浸没在第三碱液中进行第三次碱抛，反应结束后水洗；

S6、去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层，水洗烘干。

本发明S1中，所述第一次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在1-2μm。

在本发明的一些优选实施方式中，所述第一次碱抛的条件包括：反应温度为70-80℃，反应时间为60-120s。

在本发明的一些优选实施方式中，S2中，所述磷硅玻璃层的厚度为100-1000A。

在本发明的一些优选实施方式中，所述高温扩散的过程包括在700-900℃下热处理90-120min。

在本发明的一些优选实施方式中，S3中硅片一面的磷硅玻璃层的去除采用滚轮输送进入HF溶液中去除的方式。

更优选地，所述HF溶液中HF的质量浓度为1%-5%，硅片被输送的速度为1.2-2.0m/min。

本发明S4中所述第二次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2-3μm。

在本发明的一些优选实施方式中，所述第二次碱抛的条件包括：反应温度为70-80℃，反应时间为90-180 s、更优选90-150s。

本发明S5中所述第三次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2-3μm。本发明使得表面反射率大于40%。

在本发明的一些优选实施方式中，所述第三次碱抛的条件包括：反应温度为60-75℃，反应时间为90-240 s；更优选反应温度为60-70℃，反应时间为90-150s。

在本发明的一些优选实施方式中，S1中，所述第一碱液包括浓度为5wt%-10wt%的第一无机碱。

在本发明的一些优选实施方式中，S4中，所述第二碱液包括：以质量百分比计，浓度为2%-10%、更优选2%-5%的第二无机碱，浓度为1%-3%的有机碱。

在本发明的一些优选实施方式中，S5中，所述第三碱液包括：以质量百分比计，浓度为2%-5%的第三无机碱，浓度为0.5%-2%的抛光添加剂。

在本发明的一些优选实施方式中，所述有机碱选自四甲基氢氧化铵。

在本发明的一些优选实施方式中，所述抛光添加剂包括：以质量百分比计，1.5%-3%的表面活性剂，0.5%-2%的盐，1%-2%的缓蚀阻垢剂，93%-97%的水。

在本发明的一些优选实施方式中，所述表面活性剂包括0.5%-1%的聚丙烯酸钠和1%-2%的脂肪醇聚氧乙烯醚。

在本发明的一些优选实施方式中，所述缓蚀阻垢剂选自氨基三甲叉磷酸。

在本发明的一些优选实施方式中，所述盐选自苯甲酸钠和/或碳酸钠。

在本发明的一些优选实施方式中，S6中，去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层采用HF溶液，该HF溶液中HF质量浓度为1%-5%。

在本发明的一些优选实施方式中，去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层的条件包括：反应温度为室温，反应时间为60-180s。

有益效果：

本发明通过上述技术方案，尤其是进行适宜腐蚀深度的三次碱抛并在第一次碱抛后在硅片单面形成磷硅玻璃层（PSG），PSG层一方面能够对硅片起到吸杂作用，钝化性能进一步提升，从而降低对硅片质量的要求；另一方面可以作为掩膜层，保护硅片的正面硅不被腐蚀；且本发明在生长PSG层之前进行第一次碱抛，可以省去一道高温扩散前的清洗工序，并且经过适量抛光后PSG层会更加均匀和致密，对正面的保护效果更好。本发明通过特定时机的多次碱抛有效降低了化学药液的消耗量（优选碱液浓度低，且抛光时间短，进一步有效降低后续补液量），槽体寿命相对增加，并且经过第二次碱抛与第三次碱抛，硅片表面平整度有了明显的改善，钝化性能大幅提高。其中，三次碱抛分别进行适宜腐蚀深度，能够提高表面平整度，从而利于改善背面钝化性能。而在相同条件下，若三次碱抛腐蚀深度不适宜，例如在第一次碱抛中过量腐蚀，会导致两倍的硅损，从而显著提高量产时的硅片成本。

在本发明的优选方案中，第二次碱抛的第二碱液采用无机碱与有机碱相结合的方法，抛光速率更快且均匀性更高，有利于背面抛光效果，并有效保护了正面硅不被腐蚀。

在本发明优选的第三碱液方案中，选择特定组成的表面活性剂、有机盐、缓蚀阻垢剂形成的抛光添加剂，使得抛光过程中正面可以最大程度的不被腐蚀，背面可以得到较好的抛光效果，同时有利于硅片表面的清洁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1的多步抛光后的显微镜图。

图2是对比例1的常规抛光后的显微镜图。

具体实施方式

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。其中，术语“可选的”、“任选的”均是指可以包括，也可以不包括（或可以有，也可以没有）。

本发明提供了一种背接触电池的背面抛光方法，包括以下步骤：

S2、利用高温扩散在S1得到的硅片两侧表面均形成一层磷硅玻璃层（PSG）；

S3、然后去除S2得到的硅片一面的磷硅玻璃层；

S6、去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层，水洗烘干。

在上述技术方案中，本发明采用多步碱抛来处理背面，尤其是在第一次碱抛后形成PSG层，将PSG层作正面掩膜层，对硅片进行吸杂处理，钝化性能提升；后续再进行两次碱抛，使得药液（即碱液）损耗量降低，并且硅片塔基尺寸增大，提高了背面抛光效果，钝化性能进一步大幅提升。

本领域中背面抛光是背接触电池的第一道工序，因此，需要指出的是，S1中硅片原料为金刚线切割的裸硅片。

本发明S1中，所述第一次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在1-2μm。第一次碱抛的单面腐蚀深度适宜低，能够最大程度降低硅双面腐蚀的损耗，适量抛光利于后续PSG膜的均匀与致密性。

所述单面腐蚀深度在1-2μm，是指硅片任一面的腐蚀深度均在1-2μm范围内；后续含义同理。

在本发明的一些优选实施方式中，S1中，所述第一次碱抛的条件包括：反应温度为70-80℃，反应时间为60-120s。

本发明S1中所述硅片优选为单晶硅片。

S2中利用高温扩散在S1得到的硅片两侧表面均形成一层磷硅玻璃层，可以理解的是，该过程中硅片的双面均会形成磷硅玻璃层。

在本发明的一些优选实施方式中，S2中，所述磷硅玻璃层的厚度为100-1000A。该优选方案中，磷硅玻璃层的厚度适宜，能够起到外吸杂作用，且有利于保护正面不被腐蚀。

更优选地，所述HF溶液中HF的质量浓度为1%-5%。

更优选地，硅片被输送的速度为1.2-2.0m/min。所述输送例如可以采用链式输送机进行，可以理解的是，链式输送机的传动滚轮速度为1.2-2.0m/min。

本发明S3中硅片一面的磷硅玻璃层的去除，其反应温度为室温。

本发明S4中所述第二次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2-3μm。第二次碱抛的单面腐蚀深度适宜提高，能够完全去除硅片表面的金刚线损伤层，更利于下一步抛光。

在本发明的一些优选实施方式中，S4中所述第二次碱抛的条件包括：反应温度为70-80℃，反应时间为90-180 s、更优选90-150s。

在本发明的一些优选实施方式中，S4中，所述第二碱液包括：以质量百分比计，浓度为2%-10%、更优选2%-5%的第二无机碱，浓度为1%-3%的有机碱。本发明采用该组成的第二碱液，使得抛光均匀性更好且抛光速率更快，有利于进一步提高硅片表面的平整度。

在本发明的一些优选实施方式中，所述有机碱选自四甲基氢氧化铵（TMAH），四甲基氢氧化铵可以保护硅片正面的掩膜层不被腐蚀。

本发明S5中所述第三次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2-3μm。本发明使得表面反射率大于40%。第三次碱抛的单面腐蚀深度保持适宜高，能够增大硅片表面的塔基尺寸，利于降低表面的台阶高度差，提高表面平整度。

在本发明的一些优选实施方式中，S5中所述第三次碱抛的条件包括：反应温度为60-75℃，反应时间为90-240 s；更优选反应温度为60-70℃，反应时间为90-150s。

本发明优选第三次碱抛的反应温度低于第二次碱抛的反应温度，来控制适宜的腐蚀速度，尤其是在第三碱液中含抛光添加剂时还能避免抛光添加剂腐蚀过快、避免抛光添加剂高温挥发，从而利于进一步提升表面平整度，同时降低硅损。

在上述第一碱液、第二碱液和第三碱液的优选组成方案中，本发明采用特定的混碱组成方式来进行第二次碱抛与第三次碱抛，抛光均匀性更好且抛光速率更快，进一步有效提高了表面抛光效果，同时选择的相应碱浓度较低，最大程度上减少了药液耗量。

所述第一无机碱、第二无机碱、第三无机碱各自独立地选自氢氧化钠和/或氢氧化钾。

在本发明的一些优选实施方式中，所述抛光添加剂包括：以质量百分比计，1.5%-3%的表面活性剂，0.5%-2%的盐，1%-2%的缓蚀阻垢剂，93%-97%的水。该实施方式中，能够充分利用表面活性剂的乳化和润湿作用来协同分离硅片背面的污垢，同时利用有盐（优选为有机盐）和缓蚀阻垢剂来协同控制碱腐蚀速率，使得抛光过程中正面可以最大程度的不被腐蚀，背面可以得到较好的抛光效果。

在本发明的一些优选实施方式中，所述表面活性剂包括0.5%-1%的聚丙烯酸钠和1%-2%的脂肪醇聚氧乙烯醚。本发明的该优选方案中，至少采用适宜配比的脂肪醇聚氧乙烯醚和聚丙烯酸钠作为表面活性剂，会通过乳化作用和润湿作用协同将污垢从硅片表面分离出来，对硅片表面有良好的清洁作用，更利于对硅片背面的抛光，提高背面表面平整度。

本发明中，作为表面活性剂的脂肪醇聚氧乙烯醚的具体常规种类均可以用于本发明，例如，脂肪醇聚氧乙烯醚的c原子数可以为12-18，聚合度可以为15-20。

在本发明的一些优选实施方式中，所述缓蚀阻垢剂选自氨基三甲叉磷酸。本发明的该优选方案中，氨基三甲叉磷酸能够选择性吸附在二氧化硅表面，大幅度降低第三碱液对二氧化硅的腐蚀速率，从而使得抛光过程中正面可以最大程度的不被腐蚀，背面可以得到较好的抛光效果。

所述盐可以为有机盐和/或无机盐，优选选自苯甲酸钠和/或碳酸钠。

更优选地，所述有机盐选自苯甲酸钠。该优选方案中，苯甲酸钠可以通过改变第三碱液的粘度，控制反应速率，防止过度腐蚀，同时对金属离子具有螯合作用，更好地保证了硅片表面的清洁，更利于对硅片背面的抛光，提高背面表面平整度。

本发明的任一步骤中所述水洗采用的水优选为去离子水。

下面详细描述本发明的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种背接触电池的背面抛光方法，步骤如下：

S1、将背接触电池单晶硅片浸没在第一碱液中，在75℃下反应90s，反应结束后用去离子水洗烘干；

所述的第一碱液为浓度为7wt%的NaOH水溶液，抛光后硅片单面腐蚀深度在1-1.5μm；

S2、利用高温扩散在单晶硅片表面形成一层PSG（磷硅玻璃层）；

所述的高温扩散工艺为在850℃下热处理100min，PSG层厚度为500A；

S3、采用HF溶液和链式输送机去除硅片一面的磷硅玻璃层；具体通过链式输送机将硅片输送至浸入HF溶液中；

所述HF溶液中的HF浓度为2wt%，反应温度为室温，链式输送机传动滚轮速度为1.2m/min。

S4、将单面去除PSG的抛光硅片放入第二碱液中，在80℃下反应120s，反应结束后水洗；

所述的第二碱液为无机碱与有机碱的混合水溶液，无机碱为3wt%的NaOH，有机碱为2wt%的四甲基氢氧化铵（TMAH），抛光后硅片单面腐蚀深度在2-2.5μm。所述第二碱液抛光均匀性好且抛光速率快，有利于提高硅片表面的平整度，且四甲基氢氧化铵可以保护硅片正面的掩膜层不被腐蚀；

S5、将S4处理后的硅片放入第三碱液中，在65℃下反应120s，反应结束后水洗；

所述的第三碱液为含3wt%的NaOH、1wt%的抛光添加剂的水溶液，抛光后硅片单面腐蚀深度在2-3μm；

所述抛光添加剂的主要成分为0.8wt%的聚丙烯酸钠，2wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚（具体为脂肪醇聚氧乙烯醚的c原子数=12，聚合度n=18），1wt%的苯甲酸钠，1.5wt%的氨基三甲叉磷酸，余量为水。

脂肪醇聚氧乙烯醚和聚丙烯酸钠作为表面活性剂，可以通过乳化作用和润湿作用将污垢从硅片表面分离出来，对硅片表面有良好的清洁作用；

氨基三甲叉磷酸作为缓蚀阻垢剂，可以选择性吸附在二氧化硅表面，大幅度降低碱对二氧化硅的腐蚀速率，从而使得抛光过程中正面可以不被腐蚀，背面可以得到较好的抛光效果；

苯甲酸钠作为有机盐，可以通过改变槽体溶液的粘度，控制反应速率，防止过度腐蚀，同时对金属离子具有螯合作用，更好地保证了硅片表面的清洁。

S6、用HF溶液去除PSG掩膜层，反应温度为室温，反应时间为100s，并用去离子水洗烘干，完成背面抛光处理。该HF溶液中HF质量浓度为2%。

本实施例所得产品的显微镜图如图1所示。

实施例2

参照实施例1的方法进行，不同的是，S1中第一次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在1.5-2μm，相应地调节第一次碱抛的反应温度为80℃，反应时间为120s。

实施例3

参照实施例1的方法进行，不同的是，S2中形成的磷硅玻璃层的厚度为300A，相应地调节高温扩散的温度为800℃，热处理时间为90 min。

实施例4

参照实施例1的方法进行，不同的是，S4中第二次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2.5-3μm，相应地调节第二次碱抛中无机碱浓度为5wt%的NaOH，反应时间为150s。

实施例5

参照实施例1的方法进行，不同的是，S4中第二次碱抛采用第三碱液，S5中第三次碱抛采用第二碱液。

对比例1

本对比例采用常规抛光方法，具体为：将金刚线切割的裸硅片放入碱液中，在80℃下反应，所用碱浓度为15wt%的NaOH水溶液，反应时间为120s。

本对比例所得产品的显微镜图如图2所示。

对比例2

参照对比例1的方法进行，不同的是，调节反应时间为300s。

对比例3

参照实施例1的方法进行，不同的是，不进行S2-S3，而是在S1后直接进行S4-S5。

对比例4

参照实施例1的方法进行，不同的是，S1中第一次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在3-4μm，相应地调节第一次碱抛的反应温度为85℃，反应时间为150s。

测试例

将上述实施例和对比例得到的产品进行性能测试，其测试方法为①利用D8积分式反射仪测得样品的反射率；②根据硅片减重量算出硅片的腐蚀深度，计算公式如下：腐蚀深度=硅片的腐蚀重量/硅片密度/硅片面积，硅片密度为2.33g/cm³；③利用halm测试仪测定背接触电池的开路电压（简称开压），测试结果如下表1所示。反射率越高，表面平整度越好。

表1

性能	背面表面平整度指标：反射率(%)	产品双面硅损指标：腐蚀深度（μm）	药液耗量指标：无机碱用量（L）	钝化性能指标：开压（mV）
					实施例1	42.68	6.5	26	751
实施例2	41.53	8.6	28	750
					实施例3	41.65	8.2	26	750
实施例4	41.72	7.3	30	750
					实施例5	41.28	6.5	26	751
对比例1	38.69	8.5	55	745
					对比例2	41.02	19.8	68	748
对比例3	41.26	13.4	35	748
					对比例4	41.85	12.6	42	749

通过上述结果可知，相比于对比例，采用本发明实施例的方案，能够在降低硅损（总腐蚀深度在9μm以下）的同时，提高表面平整度在较高水平，反射率大于41%，同时减少药液耗量，保证优良的钝化水平（开路电压大于750mV），也即获得好的综合效果。不采用本发明特定步骤的对比例1-4，无法达到本实施例的效果。

进一步地，根据实施例1和实施例2-5可以看出，采用本发明优选的方案，能够在降低硅损的同时最大化提高表面平整度，从而更利于提高钝化性能，节约量产成本。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种背接触电池的背面抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将硅片浸没在第一碱液中第一次碱抛，所述第一次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在1-2μm，反应结束后水洗烘干；所述第一碱液包括浓度为5wt%-10wt%的第一无机碱；

S3、然后去除S2得到的硅片一面的磷硅玻璃层；

S4、将S3得到的硅片浸没在第二碱液中进行第二次碱抛，所述第二次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2-3μm，反应结束后水洗；所述第二碱液包括：以质量百分比计，浓度为2%-10%的第二无机碱，浓度为1%-3%的有机碱；

S5、将S4得到的硅片浸没在第三碱液中进行第三次碱抛，所述第三次碱抛使得抛光后硅片的单面腐蚀深度在2-3μm，反应结束后水洗；所述第三碱液包括：以质量百分比计，浓度为2%-5%的第三无机碱，浓度为0.5%-2%的抛光添加剂；

S6、去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层，水洗烘干。

2.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，S1中，所述第一次碱抛的条件包括：反应温度为70-80℃，反应时间为60-120s。

3.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，S2中，所述磷硅玻璃层的厚度为100-1000A；所述高温扩散的过程包括在700-900℃下热处理90-120min。

4.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，S3中硅片一面的磷硅玻璃层的去除采用滚轮输送进入HF溶液中去除的方式，所述HF溶液中HF的质量浓度为1%-5%，硅片被输送的速度为1.2-2.0m/min。

5.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，S4中所述第二次碱抛的条件包括：反应温度为70-80℃，反应时间为90-180 s。

6.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，S5中所述第三次碱抛的条件包括：反应温度为60-75℃，反应时间为90-240 s。

7.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，所述有机碱选自四甲基氢氧化铵；所述抛光添加剂包括：以质量百分比计，1.5%-3%的表面活性剂，0.5%-2%的盐，1%-2%的缓蚀阻垢剂，93%-97%的水。

8.根据权利要求7所述的背面抛光方法，其特征在于，所述表面活性剂包括0.5%-1%的聚丙烯酸钠和1%-2%的脂肪醇聚氧乙烯醚，缓蚀阻垢剂选自氨基三甲叉磷酸，盐选自苯甲酸钠和/或碳酸钠。

9.根据权利要求1所述的背面抛光方法，其特征在于，S6中，去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层采用HF溶液，该HF溶液中HF质量浓度为1%-5%；和/或

去除S5得到的硅片的磷硅玻璃层的条件包括：反应温度为室温，反应时间为60-180s。