一種單面拋光方法
2023-05-30 16:43:01
一種單面拋光方法
【專利摘要】一種單面拋光方法，用來處理太陽能電池中的矽晶片。該拋光方法是用真空紫外光照射矽片的非待拋光面，在200℃～400℃的溫度下，使矽片的非待拋光面生長一層厚度為5nm～50nm的氧化矽薄膜，而矽片的待拋光面被矽片自身所遮擋，不會被真空紫外光所照射到，因而不會生長氧化矽薄膜，以此達到只在單面生成氧化矽阻擋膜的目的。在後續的拋光工序中，無氧化矽阻擋膜的一面與拋光溶液反應形成拋光面，有氧化矽阻擋膜的一面保留絨面結構，形成單面拋光效果。本發明的拋光方法，工藝流程簡單快捷，成本低廉，使用本發明的方法處理後的矽片，拋光面光滑平整，制絨面的絨面保存完好，具有意想不到的技術效果。
【專利說明】一種單面拋光方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於晶體矽太陽能電池製造領域，具體地，涉及一種對矽晶片進行單面拋光的方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池，也稱光伏電池，是一種將太陽的光能直接轉化為電能的半導體器件。
[0003]由於它是綠色環保產品，不會引起環境汙染，而且是可再生資源，所以在當今能源短缺的情形下，太陽能電池是一種具有廣闊發展前途的新型能源。
[0004]目前，太陽能電池片的製造工藝已經標準化，其主要步驟如下:
[0005]制絨:通過化學反應使原本光亮的矽片表面(包括正面和背面)形成凸凹不平的結構以減少光在其表面的反射。
[0006]擴散制結:P型(或N型)矽片在擴散後表面變成N型(或P型)，形成PN結，使得矽片具有光伏效應。擴散的濃度、深度以及均勻性直接影響太陽能電池片的電性能，擴散進雜質的總量用方塊電阻來衡量，雜質總量越小，方塊電阻越大。
[0007]周邊刻蝕:該步驟的目的在於去掉擴散制結時在矽片邊緣形成的將PN結兩端短路的導電層。
[0008]沉積氮化矽薄膜主要起減反射和鈍化的作用。
[0009]印刷電極。
[0010]燒結:使印刷的電極與矽片之間形成合金。
[0011]其中，制絨的目的是將光滑的矽片表面製成絨面結構，以減少入射光在電池片正面的反射。目前，制絨工序大多採用溼法制絨，將待處理矽片浸入制絨溶液中，使矽片的兩面均生成絨面結構。但是，電池片背面的絨面結構會造成光照的長波部分易於從背面透射出去。同時，由於絨面結構的表面積更大，導致更多的表面複合。尤其是對於一些新型高效的太陽能電池片結構，需要增加背面鈍化薄膜，而背面鈍化薄膜無法在絨面結構上表現出優異性能來。因此，一面為絨面一面為拋光面是太陽能電池片的理想結構。
[0012]然而，當矽片進行制絨或拋光時，溶液總是同時接觸到矽片的兩面，造成矽片的兩面同時被制絨，或者同時被拋光。
[0013]解決方法之一是將雙面制絨的矽片的單面覆蓋上阻擋薄膜，再將矽片放入拋光溶液中拋光。這層阻擋膜必須不與拋光溶液反應。同時這層阻擋膜還必須緻密，不會導致拋光液經阻擋膜的孔洞到達矽片表面而與絨面反應。再次，這層膜在矽片的正面與矽片的背面還必須要有明顯的分界線，不會存在阻擋膜繞射到矽片背面，影響矽片另一面的拋光效果。
【發明內容】
[0014]有鑑於此，本發明的目的在於提出一種單面拋光方法，該拋光方法可以解決阻擋膜繞射到娃片非待拋光面的技術問題，只在娃基片的非待拋光面上形成一層氧化娃層作為阻擋層，從而實現單面拋光的效果，獲得理想的一面制絨一面拋光的矽基片。[0015]根據本發明的目的提出的一種單面拋光方法，用來處理太陽能電池中的矽晶片，所述單面拋光方法包括步驟:
[0016]提供一待處理的娃晶片，
[0017]將該矽晶片置入氧氣氛圍後，在200-400度的溫度下，對該矽晶片的非待拋光面進行紫外線照射，在該紫外線的作用下，氧氣只在所述矽晶片的非待拋光面上與矽反應生
成一層氧化娃;
[0018]將該矽晶片放入拋光溶液進行拋光，所述氧化矽形成對所述拋光溶液的阻擋層，使得該拋光溶液只在所述拋光面上形成拋光效果；
[0019]去除非待拋光面上的所述氧化矽層。
[0020]優選的，所述矽基片為經過制絨工藝處理過的矽基片，或者所述矽基片為經過擴散工藝處理過的矽基片。
[0021]優選的，:所述紫外線的波長範圍為125nm?175nm。
[0022]優選的，所述紫外線的光強為30W/m2?300W/m2，紫外線穿過氧氣的距離為0.2?Icm,生產的氧化娃厚度為5nm_50nm。
[0023]優選的，所述氧氣的流量為5sccm?15sccm,處理時間為IOs?5min。
[0024]優選的，所述拋光溶液為四甲基氫氧化銨溶液。
[0025]優選的，:去除氧化矽層時，使用HF溶液作為清洗液。
[0026]優選的，在將矽晶片放入拋光溶液進行拋光之前，還包括對該矽基片進行清洗的步驟。
[0027]優選的，在去除所述氧化矽之前，還包括對該矽基片進行清洗的步驟。
[0028]與現有技術相比，本發明的技術效果在於:
[0029]1、本發明採用紫外線協助氧化的方法生長單面氧化膜，由於待拋光面被矽基片自身遮擋，而且氧化過程的溫度不超過400度，不會形成熱氧化層，因此在該拋光面上無氧化繞射，無需增加額外的工藝來去除繞射氧化膜。
[0030]2、形成的單面氧化阻擋膜結構緻密，適合做拋光阻擋層。
[0031]3、實驗證明，採用本發明的單面拋光方法，絨面結構保留完好，拋光面光滑平整，取得了良好的技術效果。
[0032]4、本發明的製備方法簡單易行，操作簡單，成本低廉，氧化所需的時間也大幅減少，因而具有良好的可行性和適應性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1是本發明的單面拋光方法的流程框架圖。
[0035]圖2-圖5是本發明第一實施方式下的單面拋光流程示意圖。
[0036]圖6-圖11是比較例中的拋光方法流程示意圖。【具體實施方式】
[0037]正如【背景技術】中所述，現有的制絨工序大多採用溼法制絨，將待處理矽片浸入制絨溶液中，使矽片的兩面均生成絨面結構。但是，電池片背面的絨面結構會造成光照的長波部分易於從背面透射出去。同時，由於絨面結構的表面積更大，導致更多的表面複合。尤其是對於一些新型高效的太陽能電池片結構，需要增加背面鈍化薄膜，而背面鈍化薄膜無法在絨面結構上表現出優異性能來。因此，一面為絨面一面為拋光面是太陽能電池片的理想結構。然而，當矽片進行制絨或拋光時，溶液總是同時接觸到矽片的兩面，造成矽片的兩面同時被制絨，或者同時被拋光。
[0038]因此本發明提出了一種單面拋光方法，該拋光方法的工作原理如下:矽片的熱氧化通常需要在1000°c左右的高溫下進行。如果溫度降到450°C以下，矽片的熱氧化幾乎可以忽略不計。真空紫外輻射的能量在6eV以上，高於多數化學鍵的鍵能，因此，真空紫外光具有極強的激化化學反應的能力，降低反應所需的溫度，使得氧氣在400°C以下就能與矽迅速反應生成氧化矽，。根據該原理，我們在真空紫外光的照射下，在400°C以下的溫度下就可以觀察到明顯的氧化反應，且生成的氧化矽層具有高緻密性，能夠滿足後續對拋光液的阻擋作用。具體地，本發明提供一種真空紫外光照射矽片的非待拋光面，在200°C?400°C的溫度下，使娃片的非待拋光面生長一層厚度為5nm?50nm的氧化娃薄膜,而娃片的待拋光面被矽片自身所遮擋，使其不被真空紫外光所照射到，因而不會生長氧化矽薄膜，從而只在單面生成氧化矽阻擋膜。在後續的拋光工序中，無氧化矽阻擋膜的一面與拋光溶液反應形成拋光面，有氧化矽阻擋膜的一面保留絨面結構，形成單面拋光效果。
[0039]下面，將對本發明的具體技術方案做詳細介紹。
[0040]請參見圖1，圖1是本發明的單面拋光方法的流程框圖。如圖所示，本發明的拋光方法主要包括如下幾個步驟:
[0041]首先，提供一待處理的矽晶片，其可以是P型矽晶片，也可以是N型矽晶片。該待處理的矽晶片至少已經經過制絨工藝的處理，其上下兩個表面呈現凹凸的絨結構，如圖示中的金字塔結構。當然，該上下兩個制絨面還可以是其它形式的絨結構。將其中一個表面設定為待拋光面，另一個表面設定為非待拋光面。在另一種實施方式中，該待處理的娃晶片也可以是經過擴散處理之後的矽晶片，此時，在其上下兩個制絨面上根據摻雜的情況選定待拋光面和非待拋光面，具體操作可以按照目前常規的制絨或擴散工藝進行，在此不再贅述。
[0042]將該矽晶片置入氧氣氛圍中。在200-400度的溫度下，對該矽晶片的非待拋光面進行紫外線照射，使得氧氣能夠迅速地與矽基片表面反應生成一層氧化矽層。於此同時，矽晶片的另一面，也就是待拋光面由於在其自身的遮擋下，無法被紫外線照射，因此在待拋光面上無法生成氧化矽層。當然，實際情況中，氧氣不可避免的會與矽晶片的待拋光面接觸，並且由於在該環境溫度下，氧氣還是能與矽產生微弱的熱氧化反應，因此並不是完全沒有氧化矽產生，只是正如上文中提高的，一旦溫度低於400度，氧氣與矽反應生成的氧化矽幾乎可以忽略不計，對後續拋光不會產生任何影響，因此在本發明中將這部分在待拋光面由於熱氧化產生的弱氧化矽層進行忽略，認為只在非待拋光面上才形成了能夠作為阻擋層的氧化矽薄膜。需要指出的是，這裡對待拋光面的遮光也可以通過覆蓋一層不透光掩模的形式實現。
[0043]該上述步驟中，所使用的溫度範圍，可以使得矽晶片在此溫度下無法通過熱氧化的形式形成氧化矽，配合上述對紫外線的單面遮擋，可以杜絕氧化矽繞射到待拋光面，從而只在非待拋光面上形成氧化矽層。具體地，該紫外線的波長範圍為125nm?175nm，紫外線的光強為30W/m2?300W/m2，紫外線穿過氧氣的距離為0.2?1cm，氧氣的流量為5sCCm?15sccm,處理時間為IOs?5min。生產的氧化娃厚度為5nm_50nm。
[0044]將該矽晶片放入拋光溶液進行拋光，所述氧化矽形成對所述拋光溶液的阻擋層，使得該拋光溶液只在所述待拋光面上形成拋光效果。該拋光溶液為四甲基氫氧化銨溶液，即TMAH溶液。
[0045]最後，去除非待拋光面上的所述氧化矽層。去除氧化矽層時，使用HF溶液作為清洗液。
[0046]在實際應用中，還包括一些對經晶片的清洗步驟，比如在將矽晶片放入拋光溶液進行拋光之前，還包括對該矽基片進行清洗的步驟，該清洗步驟具體可以通過RCA清洗法，去除一些殘留的有機物或金屬氧化物。再比如在去除所述氧化矽之前，還包括對該矽基片進行清洗的步驟，具體可以選擇使用純水進行清洗，以洗滌矽片上殘留的TMAH溶液。
[0047]下面再以一個具體實施例和比較例來對本發明的技術效果做說明。
[0048]實施例一
[0049]一種矽片的單面拋光方法，參見圖2?5，其步驟包括:
[0050](I)將待處理矽片10置於氧氣中，使用波長為126nm，光強為100W/m2紫外線照射娃片的非待拋光面Imin,使娃片的非待拋光面生成IOnm的氧化娃薄膜11 ；
[0051]其中，氧氣的流量為lOsccm，溫度為300°C，紫外線穿過氧氣的距離為0.5cm ；
[0052](2)將待處理的矽片放入RCA溶液中進行清洗；
[0053](3)將待處理的矽片放入TMAH溶液中進行單面拋光，拋光溫度為85°C ；
[0054](4)將待處理的矽片放入純水中進行清洗；
[0055](5)將待處理矽片放入HF溶液中，去除矽片正面的氧化矽薄膜11 ；
[0056]對比例一
[0057]一種矽片的單面拋光方法，參見圖6?11，具體步驟包括:
[0058](I)將待處理矽片20置於920°C的氧化爐中進行氧化，使矽片表面生成厚度為IOnm的氧化膜21 ；
[0059]其中，氧氣的流量為20L/min,氧化時間為30min ;；
[0060](2)在待處理的矽片的待拋光面印刷腐蝕性漿料，腐蝕氧化層；
[0061](3)將待處理的矽片放入純水中，清洗去除腐蝕性漿料；
[0062](4)將待處理的矽片放入RCA溶液中進行清洗；
[0063](5)將待處理的矽片放入TMAH溶液中進行單面拋光，拋光溫度為85°C ；
[0064](6)將待處理的矽片放入純水中進行清洗；
[0065](7)將待處理矽片放入HF溶液中，去除矽片正面的氧化矽薄膜21。
[0066]可見，本發明的拋光方法，工藝流程簡單快捷，成本低廉，使用本發明的方法處理後的矽片，拋光面光滑平整，制絨面的絨面保存完好，具有意想不到的技術效果。
[0067]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種單面拋光方法，用來處理太陽能電池中的矽晶片，其特徵在於，所述單面拋光方法包括步驟: 提供一待處理的娃晶片， 將該矽晶片置入氧氣氛圍後，在200-400度的溫度下，對該矽晶片的非待拋光面進行紫外線照射，在該紫外線的作用下，氧氣只在所述矽晶片的非待拋光面上與矽反應生成一層氧化矽； 將該矽晶片放入拋光溶液進行拋光，所述氧化矽形成對所述拋光溶液的阻擋層，使得該拋光溶液只在所述待拋光面上形成拋光效果； 去除非待拋光面上的所述氧化矽層。
2.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:所述矽基片為經過制絨工藝處理過的矽基片，或者所述矽基片為經過擴散工藝處理過的矽基片。
3.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:所述紫外線的波長範圍為125nm ?175nm。
4.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:所述紫外線的光強為30W/m2?300W/m2,紫外線穿過氧氣的距離為0.2?Icm,生產的氧化娃厚度為5nm_50nm。
5.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:所述氧氣的流量為5sCCm?15sccm,處理時間為IOs?5min。
6.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:所述拋光溶液為四甲基氫氧化銨溶液。
7.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:去除氧化矽層時，使用HF溶液作為清洗液。
8.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:在將矽晶片放入拋光溶液進行拋光之前，還包括對該矽基片進行清洗的步驟。
9.如權利要求1所述的單面拋光方法，其特徵在於:在去除所述氧化矽之前，還包括對該矽基片進行清洗的步驟。
【文檔編號】H01L31/18GK103872183SQ201410133039
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】萬松博, 王栩生, 章靈軍 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司