CN119039991A - 一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂、反应液及方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于硅片加工技术领域，涉及一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂、反应液及方法与应用。本发明提供了一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂，以质量百分比计，所述添加剂由：消泡剂0.3~1.0%，修饰剂0.1~1.0%，促进剂0.1~1.0%，以及余量的去离子水构成；所述消泡剂选自非离子型表面活性剂中的至少一种，所述修饰剂选自含苯基的氧化磷类化合物、含苯基的酯类化合物中的至少一种，所述促进剂选自具有氧化性的强碱弱酸盐、具有氧化性的硼酸盐中的至少一种。本发明提供的添加剂用于硅片碱刻蚀抛光时，能使得硅片背面金字塔腐蚀平整和塔基圆化，具备优异的钝化性能与较低的接触电阻，通过提高短路电流最终达到提高电池效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于硅片加工技术领域，涉及一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂、反应液及方法与应用。
背景技术
在太阳能电池制造领域，传统的生产技术依赖于硝酸与氢氟酸的混合酸刻蚀方法，旨在实现精确的边缘刻蚀与PSG（磷硅玻璃）层的有效去除。PSG层是由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层SiO2，在高温下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG。PSG层的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。刻蚀抛光工艺在增强电池效率方面，通过逐步加深抛光程度，使得金字塔结构尖端趋于圆润，表面平滑度显著提升，从而在表面钝化与光电接触特性之间达到了微妙的平衡，促进了电池转换效率的提升。然而，鉴于其对环境造成的潜在影响，该工艺并非理想的长期解决方案。
碱刻蚀抛光技术作为一种替代方案，展现了其在环保与效能提升方面的双重优势。该技术不仅摒弃了传统工艺中对环境不友好的酸，实现了绿色生产，还显著提高了太阳能电池的转换效率。具体而言，碱刻蚀抛光过程能深度优化电池表面形貌，使金字塔结构的顶端完全平坦化，基底呈现规则的方形轮廓，表面平整度达到前所未有的水平。尽管这种高度平整化的表面增强了钝化效果，有利于减少载流子复合，但同时也伴随着接触电阻的显著增加，这在一定程度上制约了电池整体效率的进一步提升，导致总体效率相较于某些优化状态下的传统工艺有所降低。反射率越高代表塔基越平整，镀膜相对均匀，碱刻蚀抛光中添加添加剂是一种合适的方法。专利CN118240485A使用抛光剂、两性无机离子盐等复配添加剂，得到反射率为48.59%的硅片，但依然无法满足该领域对更高效率的追求。因此，在探索更高效、更环保的太阳能电池生产工艺时，如何在保持高钝化性能的同时，优化接触特性，成为了亟待解决的关键技术挑战。
发明内容
本发明的目的在于如何优化硅片表面形貌，将制绒后硅片背面表面金字塔塔基圆化，提高钝化和降低接触电阻，从而提升电池效率，对此本发明提供了一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂、反应液及方法与应用来解决本领域内的这种需要。
一方面，本发明涉及一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂，以质量百分比计，所述添加剂由：消泡剂0.3~1.0%，修饰剂0.1~1.0%，促进剂0.1~1.0%，以及余量的去离子水构成；
所述消泡剂选自非离子型表面活性剂中的至少一种；
所述修饰剂选自含苯基的氧化磷类化合物、含苯基的酯类化合物中的至少一种；
所述促进剂选自具有氧化性的强碱弱酸盐、具有氧化性的硼酸盐中的至少一种。
进一步地，在本发明提供的用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂中，所述非离子型表面活性剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚；
所述含苯基的氧化磷类化合物为三苯基氧磷，所述含苯基的酯类化合物为邻甲基苯甲酸乙酯、邻苯二甲酸单苄酯；
所述具有氧化性的强碱弱酸盐为次氯酸钠、过碳酸钠，所述具有氧化性的硼酸盐为过硼酸钾。
进一步地，在本发明提供的用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂中，所述去离子水电阻率大于18MΩ。
另一方面，本发明涉及一种用于硅片碱刻蚀抛光的反应液，其由浓度为1~3wt%的碱溶液和所述添加剂混合得到。
进一步地，在本发明提供的用于硅片碱刻蚀抛光的反应液中，所述反应液中的碱溶液与所述添加剂的体积比为30~100:6。
进一步地，在本发明提供的用于硅片碱刻蚀抛光的反应液中，所述反应液中的碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
另一方面，本发明涉及一种含有圆化塔基结构的硅片的制备方法，包括：将经过制绒的硅片进行表面处理去除PSG层，经过清洗后进行碱刻蚀抛光；所述碱刻蚀抛光包括：将硅片置于所述反应液中进行反应。
进一步地，在本发明提供的含有圆化塔基结构的硅片的制备方法中，所述碱刻蚀抛光的温度为60~80℃，时间为150s~300s。
另一方面，本发明涉及一种含有圆化塔基结构的硅片，其采用所述含有圆化塔基结构的硅片的制备方法制得。
进一步地，在本发明提供的含有圆化塔基结构的硅片中，所述含有圆化塔基结构的硅片的反射率不低于51%，塔基边长不高于9μm。
另一方面，本发明涉及所述用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂，或所述用于硅片碱刻蚀抛光的反应液在硅片碱刻蚀抛光中的应用，所述添加剂或所述反应液提高硅片的反射率。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备以下有益效果或优点：
本发明使用消泡剂、修饰剂、促进剂等高分子绿色试剂，其作为添加剂用于硅片碱刻蚀抛光时，能够将硅片的反射率达到51%以上，并且硅片背面金字塔腐蚀平整，塔基圆化，与常规方块塔基不同，圆化后的塔基有着不错的钝化性能与低的接触电阻，可以通过提高短路电流最终达到提高效率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为实施例1制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
图2为实施例2制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
图3为实施例3制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
图4为对比例1制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
图5为对比例2制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。下述实施例中的%，如无特殊说明，均为质量百分含量。下述实施例中的配比，如无特殊说明，均为质量比。
实施例1
本实施例提供了一种在制绒硅片上制备圆化塔基的碱抛添加剂工艺。
以质量百分比计，由以下成分组成添加剂，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚0.3%，三苯基氧磷0.1%，次氯酸钠0.1%，以及余量的去离子水（电阻率为18MΩ）。
制备工艺如下：
步骤1、将经过制绒的硅片进行表面处理去除背面的PSG层，去除液为1.0%氢氟酸溶液（质量比）。
步骤2、将步骤1处理过的硅片放入去离子水（电阻率为18MΩ）中处理，时间60s。
步骤3、将浓度为1.08wt%的氢氧化钠溶液与添加剂进行混合，形成反应液，将步骤2中所得硅片放入反应液中进行反应，即可得到含有圆化塔基结构的硅片；反应液中的碱溶液与所述添加剂的体积比为60:6，反应温度为60℃，时间为150s。
图1为实施例1制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
实施例2
本实施例提供了一种在制绒硅片上制备圆化塔基的碱抛添加剂工艺。
以质量百分比计，由以下成分组成添加剂，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚0.3%，聚二甲基硅氧烷0.2%，三苯基氧磷0.2%，邻甲基苯甲酸乙酯0.3%，次氯酸钠0.3%，过碳酸钠0.3%，以及余量的去离子水（电阻率为18MΩ）。
制备工艺如下：
步骤1、将经过制绒的硅片进行表面处理去除背面的PSG层，去除液为1.0%氢氟酸溶液（质量比）。
步骤2、将步骤1处理过的硅片放入去离子水（电阻率为18MΩ）中处理，时间60s。
步骤3、将浓度为2.05wt%的氢氧化钠溶液与添加剂进行混合，形成反应液，将步骤2中所得硅片放入反应液中进行反应，即可得到含有圆化塔基结构的硅片；反应液中的碱溶液与所述添加剂的体积比为30:6，反应温度为70℃，时间为180s。
图2为实施例2制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
实施例3
本实施例提供了一种在制绒硅片上制备圆化塔基的碱抛添加剂工艺。
以质量百分比计，由以下成分组成添加剂，聚氧丙烯甘油醚1.0%，邻苯二甲酸单苄酯1.0%，过硼酸钾1.0%，以及余量的去离子水（电阻率为18MΩ）。
制备工艺如下：
步骤1、将经过制绒的硅片进行表面处理去除背面的PSG层，去除液为1.0%氢氟酸溶液（质量比）。
步骤2、将步骤1处理过的硅片放入去离子水（电阻率为18MΩ）中处理，时间60s。
步骤3、将浓度为3.01wt%的氢氧化钠溶液与添加剂进行混合，形成反应液，将步骤2中所得硅片放入反应液中进行反应，即可得到含有圆化塔基结构的硅片；反应液中的碱溶液与所述添加剂的体积比为100:6，反应温度为80℃，时间为300s。
图3为实施例3制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
对比例1
本对比例意图说明本申请中的各个功能组分缺一不可，本对比例同实施例2，区别在于未加入修饰剂，即以质量百分比计，由以下成分组成添加剂，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚0.3%，聚二甲基硅氧烷0.2%，次氯酸钠0.3%，过碳酸钠0.3%，以及余量的去离子水（电阻率为18MΩ）。
图4为实施例4制得的硅片背面的表面金字塔形貌。
将实施例1~3和对比例1制得的硅片进行测试，测得结果如表1所示。
表1：性能测试结果
由表1可知，本发明通过应用特定的消泡剂、修饰剂、促进剂进行组合，对硅片表面的形貌和性能具有显著影响，通过调整本发明提供的添加剂，可以优化硅片的反射性能和表面平整度。
对比例2
本对比例提供了未加入添加剂得到的硅片，本对比例同实施例2，区别在于未加入添加剂，试验结果如图5所示。由图5可知，常规碱抛金字塔顶端完全变平，基底呈现方形，表面更加平整，尽管钝化性能提高，但接触电阻显著恶化，总体效率降低。
如上所述，较好的描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述实施例和说明书仅是对本发明的优选实施方式进行描述，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂，其特征在于，以质量百分比计，所述添加剂由：消泡剂0.3~1.0%，修饰剂0.1~1.0%，促进剂0.1~1.0%，以及余量的去离子水构成；
所述消泡剂选自非离子型表面活性剂中的至少一种；
所述修饰剂选自含苯基的氧化磷类化合物、含苯基的酯类化合物中的至少一种；
所述促进剂选自具有氧化性的强碱弱酸盐、具有氧化性的硼酸盐中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂，其特征在于，所述非离子型表面活性剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚；
所述含苯基的氧化磷类化合物为三苯基氧磷，所述含苯基的酯类化合物为邻甲基苯甲酸乙酯、邻苯二甲酸单苄酯；
所述具有氧化性的强碱弱酸盐为次氯酸钠、过碳酸钠，所述具有氧化性的硼酸盐为过硼酸钾。
3.根据权利要求1所述的用于硅片碱刻蚀抛光的添加剂，其特征在于，所述去离子水电阻率大于18MΩ。
4.一种用于硅片碱刻蚀抛光的反应液，其特征在于，由浓度为1~3wt%的碱溶液和权利要求1~3任一项所述的添加剂混合得到。
5.根据权利要求4所述的用于硅片碱刻蚀抛光的反应液，其特征在于，所述反应液中的碱与所述添加剂的体积比为0.1~100:6。
6.根据权利要求4所述的用于硅片碱刻蚀抛光的反应液，其特征在于，所述反应液中的碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
7.一种含有圆化塔基结构的硅片的制备方法，包括：将经过制绒的硅片进行表面处理去除PSG层，经过清洗后进行碱刻蚀抛光，其特征在于，所述碱刻蚀抛光包括：将硅片置于权利要求4~6任一项所述的反应液中进行反应。
8.根据权利要求7所述的含有圆化塔基结构的硅片的制备方法，其特征在于，所述碱刻蚀抛光的温度为60~80℃，时间为150s~300s。
9.一种含有圆化塔基结构的硅片，其特征在于，采用权利要求7~8任一项所述的含有圆化塔基结构的硅片的制备方法制得；
所述含有圆化塔基结构的硅片的反射率不低于51%，塔基边长不高于9μm。
10.权利要求1~3任一项所述的添加剂，或权利要求4~6任一项所述的反应液在硅片碱刻蚀抛光中的应用，其特征在于，所述添加剂或所述反应液提高硅片的反射率。
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