一種單晶矽片絨面的製備方法與流程
2023-05-01 15:36:46
本發明涉及一種單晶矽片絨面的製備方法，屬於光電技術領域。
背景技術：
表面織構化即在矽片表面製備陷光結構，工業上稱為制絨，是指經過一定表面處理後，太陽電池表面呈現凹凸不平的孔洞狀表面形態，可降低多晶矽太陽電池表面的光損失，提高太陽電池的光電轉化效率。
目前單晶矽電池商業生產中通常用表面制絨的方法來降低反射率，常用的制絨方法為鹼制絨，利用腐蝕液對矽片表面進行各向異性腐蝕，得到均勻密布的金字塔表面結構。制絨後矽片腐蝕深度在3.4～5.2um之間，但是所製備絨面在可見光譜範圍內仍然有較高的反射率，在18%～24%之間，晶體矽太陽能電池的單面酸制絨工藝，申請公布號：cn101976705a，在近紅外光譜範圍內（1.1～2.5um）的反射率高達50%。並且現有的單晶矽片的制絨方法採用先酸制絨、後鹼制絨的工藝，但是此方法工藝複雜、碎片率高、絨面的反射率高、制絨絨面均勻性不佳。
因此，亟待尋找一種降低反射率、提高制絨絨面均勻性的絨面製備方法，具有現實意義。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：現有的單晶矽片的制絨方法採用先酸制絨、後鹼制絨的工藝，但是碎片率高、絨面的反射率高、制絨絨面均勻性不佳的問題，提供了一種單晶矽片絨面的製備方法。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
（1）單晶矽片的表面清洗：選取單晶矽片，分別用丙酮和去離子水表面超聲清洗後乾燥；
（2）絨面處理劑1的製備：按重量份數計，分別選取20～40份醋酸溶液、5～7份三氧化鉻、5～10份氫氟酸、3～5份甲酸溶液、3～5份酒石酸、4～6份雙氧水和10～15份甘油，攪拌混合後得絨面處理劑1；
（3）絨面處理劑2的製備：按重量份數計，分別選取5～10份表面活性劑、2～4份氫氧化鈣、15～20份氫氧化鉀、5～10份氫氧化鈉和100～120份水，混合後得絨面處理劑2；
（4）第一次絨面處理後的單晶矽片：將清洗後單晶矽片加入絨面處理劑1中，浸泡後取出，用去離子水清洗後放入絨面處理劑2中浸泡，用去離子水洗滌後乾燥；
（5）母鹽溶液的製備：按重量份數計，分別選取3～6份硝酸釔、4～8份氧化鐿、5～9份硝酸鋁，100～120份硝酸溶液，加熱至60～80℃，攪拌混合後過濾，得濾渣，按質量比1:100，將濾渣加入去離子水中，攪拌均勻即可；
（6）液體培養基的製備：按重量份數劑，分別選取4～6份醋酸鈣、10～20份葡萄糖、8～10份酵母膏、10～15份瓊脂和800～1000份去離子水，攪拌混合即可；
（7）第一次絨面處理後的單晶矽片：按質量比1:50，將第一次絨面處理後的單晶矽片放入液體培養基中，並接種菌號為glrt202ca的菌株，避光培養，培養後向液體培養基中滴加母鹽溶液，滴加後攪拌，用碳酸氫鈉溶液調節ph為8.5～9.0，調節後靜止放置2～4天，取出單晶矽片，衝洗表面後乾燥，乾燥後在700～750℃溫度下煅燒30～50min，煅燒後取出，即可得絨面處理後的單晶矽片。
步驟（2）中所述的表面活性劑為吐溫-80、司盤-80、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種或多種。
步驟（4）中在絨面處理劑1中的浸泡時間為70～100s，在絨面處理劑2中的浸泡時間為40～60s。
步驟（5）中所述的硝酸溶液的質量分數為60%。
步驟（7）中所述的避光培養的溫度為30～35℃，避光培養時間為3～5天。
步驟（7）中所述的母鹽溶液質量為液體培養基質量3～5%。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明先採用酸性絨面處理劑1，先對單晶矽片表面進行預處理，預處理後可在單晶矽片表面形成疏鬆結構，將單晶矽片表面的單質矽氧化成二氧化矽，再使用鹼性絨面處理劑2，可通過化學反應，使矽的氧化物進行溶解，腐蝕速度相同，可以得到減反射效果良好的絨面，增強光吸收，具有較低反射率的單晶矽絨面；
（2）本發明將單晶矽片放入液體培養基中，先向液體培養基中加入可生成碳酸鈣沉澱的菌種，培養後會生成納米碳酸鈣沉澱，沉積在單晶矽片表面，隨後加入硝酸釔等物質製備得到的母鹽溶液，滴加後酵母菌可將母鹽中的的粒子沉積，進一步形成凹凸不平的孔洞狀表面形態，得到具有良好光陷阱作用和減反射效果的晶矽絨面，提高單晶矽太陽電池的光電轉換效率，並且這種絨面結構的形成，可以大幅度增加矽片的表面積，有利於對太陽光的充分吸收。
具體實施方式
選取10～20片矽片為156mm×156mm的p型準單晶矽片，分別用丙酮和去離子水表面超聲清洗後取出，擦乾單晶矽片表面後在40～50℃溫度下乾燥，得清洗後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取20～40份質量分數8%醋酸溶液、5～7份三氧化鉻、5～10份氫氟酸、3～5份質量分數5%甲酸溶液、3～5份質量分數10%酒石酸溶液、4～6份雙氧水和10～15份甘油，攪拌混合10～15min後得絨面處理劑1；按重量份數計，分別選取5～10份表面活性劑、2～4份氫氧化鈣、15～20份氫氧化鉀、5～10份氫氧化鈉和100～120份水，攪拌混合後得絨面處理劑2；按質量比1:30將清洗後單晶矽片加入絨面處理劑1中，浸泡70～100s後取出，用去離子水清洗2～4次後放入絨面處理劑2中，浸泡40～60s後取出，用去離子水洗滌2～4次後放入烘箱中，在50～60℃溫度下乾燥2～4h，得第一次絨面處理後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取3～6份硝酸釔、4～8份氧化鐿、5～9份硝酸鋁，100～120份質量分數60%硝酸溶液，加熱至60～80℃攪拌混合30～60min後過濾，得濾渣，按質量比1:100，將濾渣加入去離子水中，攪拌均勻得母鹽溶液；按重量份數劑，分別選取4～6份醋酸鈣、10～20份葡萄糖、8～10份酵母膏、10～15份瓊脂和800～1000份去離子水，攪拌混合後得液體培養基；按質量比1:50，將第一次絨面處理後的單晶矽片放入液體培養基中，並接種6～10株菌號為glrt202ca的菌株，在30～35℃溫度下避光培養3～5天，培養後向液體培養基中滴加液體培養基質量3～5%母鹽溶液，滴加結束後攪拌混合2～3h，用質量分數15%碳酸氫鈉溶液調節ph為8.5～9.0，調節後靜止放置2～4天，放置後取出單晶矽片，用去離子水衝洗表面2～4次後放入烘箱中乾燥，乾燥後在700～750℃溫度下煅燒30～50min，煅燒後取出，即可得絨面處理後的單晶矽片。
所述的表面活性劑為吐溫-80、司盤-80、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種或多種。
實例1
選取10片矽片為156mm×156mm的p型準單晶矽片，分別用丙酮和去離子水表面超聲清洗後取出，擦乾單晶矽片表面後在40溫度下乾燥，得清洗後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取5份司盤-80、2份氫氧化鈣、15份氫氧化鉀、5份氫氧化鈉和100份水，攪拌混合後得絨面處理劑1；按重量份數計，分別選取20份質量分數8%醋酸溶液、5份三氧化鉻、5份氫氟酸、3份質量分數5%甲酸溶液、3份質量分數10%酒石酸溶液、4份雙氧水和10份甘油，攪拌混合10min後得絨面處理劑2；按質量比1:30將清洗後單晶矽片加入絨面處理劑1中，浸泡70s後取出，用去離子水清洗2次後放入絨面處理劑2中，浸泡40s後取出，用去離子水洗滌2次後放入烘箱中，在50℃溫度下乾燥2h，得第一次絨面處理後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取3份硝酸釔、4份氧化鐿、5份硝酸鋁，100份質量分數60%硝酸溶液，加熱至60℃攪拌混合30min後過濾，得濾渣，按質量比1:100，將濾渣加入去離子水中，攪拌均勻得母鹽溶液；按重量份數劑，分別選取4份醋酸鈣、10份葡萄糖、8份酵母膏、10份瓊脂和800份去離子水，攪拌混合後得液體培養基；按質量比1:50，將第一次絨面處理後的單晶矽片放入液體培養基中，並接種6株菌號為glrt202ca的菌株，在30℃溫度下避光培養3天，培養後向液體培養基中滴加液體培養基質量3%母鹽溶液，滴加結束後攪拌混合2h，用質量分數15%碳酸氫鈉溶液調節ph為8.5，調節後靜止放置2天，放置後取出單晶矽片，用去離子水衝洗表面2次後放入烘箱中乾燥，乾燥後在700℃溫度下煅燒30min，煅燒後取出，即可得絨面處理後的單晶矽片。
實例2
選取15片矽片為156mm×156mm的p型準單晶矽片，分別用丙酮和去離子水表面超聲清洗後取出，擦乾單晶矽片表面後在45℃溫度下乾燥，得清洗後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取8份十二烷基苯磺酸鈉、3份氫氧化鈣、17份氫氧化鉀、8份氫氧化鈉和110份水，攪拌混合後得絨面處理劑1；按重量份數計，分別選取30份質量分數8%醋酸溶液、6份三氧化鉻、7份氫氟酸、4份質量分數5%甲酸溶液、4份質量分數10%酒石酸溶液、5份雙氧水和13份甘油，攪拌混合13min後得絨面處理劑2；按質量比1:30將清洗後單晶矽片加入絨面處理劑1中，浸泡80s後取出，用去離子水清洗3次後放入絨面處理劑2中，浸泡50s後取出，用去離子水洗滌3次後放入烘箱中，在55℃溫度下乾燥3h，得第一次絨面處理後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取4份硝酸釔、6份氧化鐿、7份硝酸鋁，110份質量分數60%硝酸溶液，加熱至70℃攪拌混合40min後過濾，得濾渣，按質量比1:100，將濾渣加入去離子水中，攪拌均勻得母鹽溶液；按重量份數劑，分別選取5份醋酸鈣、15份葡萄糖、9份酵母膏、12份瓊脂和900份去離子水，攪拌混合後得液體培養基；按質量比1:50，將第一次絨面處理後的單晶矽片放入液體培養基中，並接種8株菌號為glrt202ca的菌株，在33℃溫度下避光培養4天，培養後向液體培養基中滴加液體培養基質量4%母鹽溶液，滴加結束後攪拌混合2.5h，用質量分數15%碳酸氫鈉溶液調節ph為8.7，調節後靜止放置3天，放置後取出單晶矽片，用去離子水衝洗表面3次後放入烘箱中乾燥，乾燥後在730℃溫度下煅燒40min，煅燒後取出，即可得絨面處理後的單晶矽片。
實例3
選取20片矽片為156mm×156mm的p型準單晶矽片，分別用丙酮和去離子水表面超聲清洗後取出，擦乾單晶矽片表面後在50℃溫度下乾燥，得清洗後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取10份十二烷基硫酸鈉、4份氫氧化鈣、20份氫氧化鉀、10份氫氧化鈉和120份水，攪拌混合後得絨面處理劑1；按重量份數計，分別選取40份質量分數8%醋酸溶液、7份三氧化鉻、10份氫氟酸、5份質量分數5%甲酸溶液、5份質量分數10%酒石酸溶液、6份雙氧水和15份甘油，攪拌混合15min後得絨面處理劑2；按質量比1:30將清洗後單晶矽片加入絨面處理劑1中，浸泡100s後取出，用去離子水清洗4次後放入絨面處理劑2中，浸泡60s後取出，用去離子水洗滌4次後放入烘箱中，在60℃溫度下乾燥4h，得第一次絨面處理後的單晶矽片；按重量份數計，分別選取6份硝酸釔、8份氧化鐿、9份硝酸鋁，120份質量分數60%硝酸溶液，加熱至80℃攪拌混合60min後過濾，得濾渣，按質量比1:100，將濾渣加入去離子水中，攪拌均勻得母鹽溶液；按重量份數劑，分別選取6份醋酸鈣、20份葡萄糖、10份酵母膏、15份瓊脂和1000份去離子水，攪拌混合後得液體培養基；按質量比1:50，將第一次絨面處理後的單晶矽片放入液體培養基中，並接種10株菌號為glrt202ca的菌株，在35℃溫度下避光培養5天，培養後向液體培養基中滴加液體培養基質量5%母鹽溶液，滴加結束後攪拌混合3h，用質量分數15%碳酸氫鈉溶液調節ph為9.0，調節後靜止放置4天，放置後取出單晶矽片，用去離子水衝洗表面4次後放入烘箱中乾燥，乾燥後在750℃溫度下煅燒50min，煅燒後取出，即可得絨面處理後的單晶矽片。
對照例：對光學掩膜後的單晶矽片進行化學酸刻蝕，工藝條件為：刻蝕液配方hf:hno3:h2o:ch3cooh=1:6:3:1，室溫下刻蝕60～100s，即可得到絨面處理後的單晶矽片。
實例1～3和對照例各項指標如表1所示。
表1：
由表1可知，本發明提供的制絨方法，能有效減少晶界間臺階高度，改善單晶矽片外觀，所得絨面結構細小而均勻，降低反射率，提高光電轉換效率。