一種反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法以及用該方法製造的太陽電池的製作方法
2023-06-03 08:54:21
專利名稱：一種反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法以及用該方法製造的太陽電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及光伏電池製造領域，特別涉及利用反應離子刻蝕進行 單晶矽或多晶矽表面制絨的方法以及用該方法製造的太陽電池。
背景技術：
在晶體矽太陽電池的製造過程中，由於單晶矽片和多晶矽片與溶 液反應不易控制，溶液腐蝕工藝不能在單晶矽和多晶矽表面上產生足 夠均勻 一致和足夠低反射率的絨面。利用掩膜腐蝕法製備矽片絨面需 要相當複雜的工藝。首先要在矽片上氧化出一層二氧化矽掩膜，然後
在掩膜上開一系列大約4微米的小孔，再進行酸腐蝕。儘管掩膜腐蝕 法可以製備出反射率很低的絨面，由於工藝複雜性，掩膜腐蝕法還不 能在工業生產中得到應用。傳統方法製造單晶矽絨面一般需要使用與 多晶矽制絨不同的設備或工藝，給產品的切換帶來困難。另外，溶液 腐蝕法需要使用大量的化學品溶液，給減少廢液排放或實現零排放帶 來較大壓力。雖然已有反應離子刻蝕技術方面的報導，但是已有的反 應離子刻蝕技術採用含一種卣素氣體與其他氣體的組合製造單晶或多 晶絨面，這種方法仍不能得到足夠低反射率的絨面，已有技術製備的 絨面的反射率在10%~20%。並且已有的反應離子刻蝕技術製造速度較 慢，無法實現每小時1200片以上連續製造。
發明內容
本發明人在研究中，通過大量實驗發現當使用包含至少兩種含 囟素的氣體和氧化性氣體的反應離子刻蝕氣體進行晶體矽絨面製備 時，製備的矽片的絨面，與已有的反應離子刻蝕技術所製備的矽片的 絨面相比，絨面的反射率顯著地降低，且能夠實現大批量連續生產。 基於此實驗成果，完成了本發明。
因此，本發明的一個目的是提供一種反應離子刻蝕製備太陽電池
v5圭片絨面的方法。
本發明的另一目的是提供一種太陽電池，該電池的基質材料如多 晶矽或單晶矽片採用上述方法來製備絨面。
本發明提供的 一種反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法， 該方法是將矽片放入反應離子刻蝕腔，然後通入反應離子刻蝕氣體進 行矽片表面刻蝕，其中，所述反應離子刻蝕氣體中包含至少兩種含滷 素的氣體和氧化性氣體。
上述方法中，所述含囟素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比為 3~18:5 25,優選為5 17 : 9 23,最優選為6 15 : 10~19。
上述方法中，所述至少兩種含卣素的氣體為Cl2、 CF4、 HBr、 C2F6、 SF6、 F2、 CHF;j和NF3中的至少兩種的任意組合；所述氧化性氣體為
02或o3。
優選地，上述方法中，所述至少兩種含卣素的氣體中至少一種為 Cl2;所述氧化性氣體為02。
6進一步優選地，所述反應離子刻蝕氣體中包含兩種含卣素的氣體，
且Cl2與另一種含卣素的氣體的體積比為1 6 : 2~12，優選為1~5 : 5~11,最優選為2~5 : 6 10。
上述方法中，所述矽片包括單晶矽片和多晶矽片。
在上述方法中，所述反應離子刻蝕氣體被激發形成等離子體，並 由電場控制其方向。
具體地，所述方法為把矽片放入反應離子刻蝕腔中，抽真空至 1.5 x 10—8 ~ 1.5 x 10"帕，然後，以300 ~ 1800毫升/分鐘的流量通入含 滷素的氣體以及以500~2500毫升/分鐘的流量通入氧化性氣體，待腔體 內壓力穩定後，加射頻功率200 1500瓦，刻蝕0.2 ~ 1.5分鐘，停止 供氣，抽真空至1.5 x 1(T8 1.5 x 10"帕，然後以600 ~ 1500毫升/分鐘 的流量通入氮氣至1個大氣壓，之後打開工藝腔，將矽片取出。
通過上述方法製備的矽片的絨面反射率在7.90% ~ 9.30%。
本發明提供的一種太陽電池，其中使用的矽片的絨面通過上述的 方法製造。
具體實施例方式
本發明提供了一種反應離子刻蝕矽片(包括單晶矽片和多晶矽片) 的方法。該反應離子刻蝕方法的特徵是採用包含至少兩種含滷素氣 體與氧化性氣體的反應離子刻蝕氣體，產生由電場控制方向的等離子 體撞擊，形成各向異性微觀側壁圖形和粗糙表面，撞擊出來的微顆粒 對部分表面的撞擊產生阻擋作用，進一步強化表面粗糙，反應離子刻 蝕氣體中的氧化和化學活性基團同時與單晶矽片或多晶矽片表面產生
7氧化和腐獨化學反應，使矽原子受物理撞擊脫離矽片表面更容易，加 速粗糙表面的形成。這樣，在矽片表面形成非常均勻一致的絨面。這 種絨面表面反射率比已有技術製造的絨面反射率更低，本發明製造的
絨面反射率在7.90% ~ 9.30%。並且本發明的製造速度快，可以實現每 小時2500片以上的連續製造。
本發明的制絨過程是一個反應離子刻蝕過程。本發明的反應離子 刻蝕過程是把矽片放入一種等離子體氣氛中刻蝕。本發明所使用的等 離子體是由至少兩種含卣素的氣體和氧化性氣體經過激發所形成。所 述含滷素的氣體選自Cl2、 CF4、 HBr、 C2F6、 SF6、 F2、 CHF3和Np3中； 所述氧化性氣體包括02或03。優選地，所述含卣素的氣體中至少一種 為Cl2;所述氧化性氣體為02。例如，本發明所使用的含卣素氣體以及 氧化性氣體可以是Cl2和SF6以及02。但本發明的含卣素氣體以及氧化 性氣體並不局限於Cb和SFs以及02。本發明例如，還可以使用CF4、 C2F6以及02或者NF3 、 HBr以及03的混合物。
當把矽片放入反應離子刻蝕腔中，抽真空至1.5 x l(T8 1.5 x 10" 帕，以300 ~ 1800毫升/分鐘的流量通入含卣素的氣體(其中，以100~ 600毫升/分鐘的流量通入Cl2和以200 ~ 1200毫升/分鐘的流量通入另 一種含卣素化合物氣體)以及以500~2500毫升/分鐘的流速通入氧化性 氣體，待腔體內壓力穩定後，加射頻功率200 1500瓦，刻蝕0.2-1.5 分鐘，停止供氣，抽真空至1.5xl0-8到 1.5xl0"帕，以600~1500 毫升/分鐘的流速通入氮氣至1個大氣壓，打開工藝腔，將矽片取出。 矽片表面被受控的等離子體撞擊並發生反應。由於等離子體方向受控， 部分微觀表面的受撞擊程度和反應生成氣化產物的速度快於相鄰微觀表面。所以形成受控形貌均勻一致的絨面。絨面的大小可以通過氣體 種類，加工功率和反應離子刻蝕時間來調節。
所述方法中，所述的激發是通過射頻方法或裝置達到的。
所述方法中，所述的射頻是通過通電形成高頻交流變化的電磁波 方法或裝置達到的。
所述方法中，所述的等離子體方向可控是通過陽極和陰極極化方 法或裝置達到的。
矽片在經過本發明的反應離子刻蝕後，表面形成了大小為0.1 ~ 15 微米的尺寸可控的絨面。這種絨面能非常有效的降低矽片表面的反射 率。使包括利用該法製造矽片絨面的太陽電池的轉換效率大大提高。
另外，由於本發明的反應離子刻蝕處理過程有效地去除損傷層的 缺陷和雜質，因而可以提高晶體矽太陽電池的轉換效率。再有，本發 明的反應離子刻蝕形成尺寸可控的均勻 一致絨面，並且實現了矽片的 單面制絨，背面製成平整光滑的表面。因此本發明的反應離子刻蝕絨 面有效地避免了表面高低不平的現象。所以本發明所製得的絨面對後 續工藝，特別對正面電極印刷和形成高質量的背場，有很好的幫助。 從而進一 步提高了矽片太陽電池的轉換效率。由於在制絨過程中反應 物和生成物均為氣態，因而不存在液態腐蝕制絨對矽片的機械沖擊損 傷。這不僅提高了矽太陽電池的機械強度，大大降低碎片率，也有助 於提高電流密度，即提高了矽片太陽電池的轉換效率。由於在制絨過 程中反應物和生成物均為氣態，排放物用洗氣裝置即可很容易實現符 合環保要求的排放。實施例1
將156 x 156平方毫米的P型多晶矽片放入反應離子刻蝕腔，抽真 空至1.1 x 10-2帕，以160毫升/分鐘的流量通入(312和以370毫升/分鐘 的流量通入CF4以及以930毫升/分鐘的流量通入02，待腔體內壓力穩 定後，加射頻功率675瓦，刻蝕0.3分鐘，停止供氣，抽真空至l.lx 10_2帕，然後以870毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將矽片取出。製得矽片的絨面反射率7.99%。然後把該多晶矽片 進行擴散、去邊、沉積鈍化膜、印刷、燒結，製成太陽電池。該太陽 電池的轉換效率、填充因子、開^^電壓和短5^電流分別為16.33%、 0.79、 624毫伏和8.09安培。而用現有技術的反應離子刻蝕法製備的矽片絨 面得到的太陽電池的各項參數為15.50%、 0.73、 602毫伏和7.01安培。
實施例2
將156 x 156平方毫米的P型多晶矽片放入反應離子刻蝕腔，抽真 空至1.6 x l(T3帕，以230毫升/分鐘的流量通入Cl2和以350毫升/分鐘 的流量通入HBr以及以520毫升/分鐘的流量通入03，待腔體內壓力穩 定後，加射頻功率330瓦，刻蝕0.2分鐘，停止供氣，抽真空至1.6x 10-3帕，然後以920毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將矽片取出。製得矽片的絨面反射率7.90%。然後把該多晶矽片 製成太陽電池。該太陽電池的轉換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為16.47%、 0.79、 623毫伏和8.12安培。
實施例3
將156 x 156平方毫米的P型多晶矽片放入反應離子刻蝕腔，抽真 空至1.7x 10-2帕，以310毫升/分鐘的流量通入Cl2和以570毫升/分鐘的流量通入CzF6以及以620毫升/分鐘的流量通入02,待腔體內壓力穩 定後，加射頻功率730瓦，刻蝕0.6分鐘，停止供氣，抽真空至1.7x 10-2帕，然後以920毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將矽片取出。製得矽片的絨面反射率7.93%。然後把該多晶矽片 製成太陽電池。該太陽電池的轉換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為16.27%、 0.79、 623毫伏和8.01安培。
實施例4
將156 x 156平方毫米的P型多晶矽片放入反應離子刻蝕腔，抽真 空至1.2 x l(T3帕，以150毫升/分鐘的流量通入Cl2和以690毫升/分鐘 的流量通入SF6以及以870毫升/分鐘的流量通入02,待腔體內壓力穩 定後，加射頻功率573瓦，刻蝕0.5分鐘，停止供氣，抽真空至1.2x 10-3帕，然後以790毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將矽片取出。製得矽片的絨面反射率9.30%。然後把該多晶矽片 製成太陽電池。該太陽電池的轉換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為15.70%、 0.77、 609毫伏和7.95安培。
實施例5
將156 x 156平方毫米的P型多晶矽片放入反應離子刻蝕腔，抽真 空至1.0 x 10-3帕，以155毫升/分鐘的流量通入F2和以670毫升/分鐘 的流量通入CHF3以及以860毫升/分鐘的流量通入02，待腔體內壓力 穩定後，加射頻功率570瓦，刻蝕0.6分鐘，停止供氣，抽真空至l.l x 10-3帕，然後以760毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開 工藝腔，將矽片取出。絨面反射率8.20%。然後把該多晶矽片製成太陽
ii電池。該太陽電池的轉換效率、填充因子、開路電壓和短路電流分別
為16.43%、 0.79、 623毫伏和8.02安培。
實施例6
將125 x 125平方毫米的P型單晶矽片放入反應離子刻蝕腔，抽真 空至1.5 x 10-2帕，以170毫升/分鐘的流量通入。12和以550毫升/分鐘 的流量通入SF6以及以730毫升/分鐘的流量通入02，待腔體內壓力穩 定後，加射頻功率590瓦，刻蝕0.2分鐘，停止供氣，抽真空至1.5x 10-2帕，然後以750毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，打開工 藝腔，將矽片取出。製得矽片的絨面反射率9.23%。然後把該單晶矽片 製成太陽電池。該太陽電池的轉換效率、填充因子、開路電壓和短路 電流分別為17.0%、 0.77、 608毫伏和5.6安培。
權利要求
1、一種反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法，該方法是將矽片放入反應離子刻蝕腔，然後通入反應離子刻蝕氣體進行矽片表面刻蝕，其特徵在於，所述反應離子刻蝕氣體中包含至少兩種含滷素的氣體和氧化性氣體。
2、 根據權利要求1所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法，其特徵在於，所述含卣素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比為3~18 : 5~25。
3、 根據權利要求2所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的 方法，其特徵在於，所述含卣素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比 為5~17 : 9~23。
4、 根據權利要求3所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的 方法，其特徵在於，所述含卣素的氣體的總量和氧化性氣體的體積比為6~15 : 10 19。
5、 根據權利要求1~4中任意一項所述的反應離子刻蝕製備太陽電 池矽片絨面的方法，其特徵在於，所述至少兩種含卣素的氣體為Cl2、 CF4、 HBr、 C2F6、 SF6、 F2、 CHF3和NF3中的至少兩種的任意組合； 所述氧化性氣體為02或o3。
6、 根據權利要求5所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的 方法，其特徵在於，所述至少兩種含卣素的氣體中至少一種為Cl2;所 述氧化性氣體為o2。
7、 根據權利要求6所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的 方法，其特徵在於，所述反應離子刻蝕氣體中包含兩種含卣素的氣體， 其中Cl2與另一種含卣素的氣體的體積比為1 6:2 12。
8、 根據權利要求7所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的 方法，其特徵在於，其中Cl2與另一種含卣素的氣體的體積比為1 5 : 5 11。
9、 根據權利要求8所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的 方法，其特徵在於，其中Cl2與另一種含滷素的氣體的體積比為2~5 : 6~10。
10、 根據權利要求1 4中任意一項所述的反應離子刻蝕製備太陽 電池矽片絨面的方法，其特徵在於，所述矽片包括單晶矽片和多晶矽 片。
11、 根據權利要求1 4中任意一項所述的反應離子刻蝕製備太陽 電池矽片絨面的方法，其特徵在於，所述反應離子刻蝕氣體被激發形 成等離子體，並由電場控制其方向。
12、 根據權利要求1 4中任意一項所述的反應離子刻蝕製備太陽 電池矽片絨面的方法，其特徵在於，具體為把矽片放入反應離子刻 蝕腔中，抽真空至1.5x 10-8~ 1.5x IO"帕，然後以300 ~ 1800毫升/分 鐘的流量通入含卣素的氣體以及以500 2500毫升/分鐘的流量通入氧 化性氣體，待腔體內壓力穩定後，加射頻功率200 1500瓦，刻蝕0.2 1.5分鐘，停止供氣，抽真空至1.5 x 10-8~ 1.5 x 10"帕，然後以600 ~ 1500毫升/分鐘的流量通入氮氣至1個大氣壓，之後打開工藝腔，將矽 片取出。
13、 根據權利要求1~4中任意一項所述的反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法，其特徵在於，通過該法製備的矽片的絨面反射率為7.90% ~ 9.30%。
14、 一種太陽電池，其特徵在於，該太陽電池中使用的矽片的絨 面通過權利要求1~13中的任意一項所述的方法製造。
全文摘要
本發明涉及一種反應離子刻蝕製備太陽電池矽片絨面的方法以及用該法製造的太陽電池。具體而言，涉及通過包含至少兩種含滷素的氣體和氧化性氣體的反應離子刻蝕氣體在反應離子刻蝕腔中進行反應離子刻蝕的方法以及用該法製造的太陽電池。用該法製備的矽片絨面均一、反射率低。
文檔編號H01L31/18GK101478013SQ20081018736
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者張光春, 施正榮, 朱永生, 汪義川 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司