具有錐體結構的矽表面的製備方法

2023-09-17 13:28:25 1

專利名稱：具有錐體結構的矽表面的製備方法
具有錐體結構的矽表面的製備方法根據權利要求1的前序部分，本發明涉及具有錐體結構(pyramidaleTextur)的矽 表面的製備方法。此類方法例如從EP 0 944 114 Bl中是已知的。就太陽能電池而言，為了製備具 有錐體結構的矽表面，建議蝕刻液中含有的異丙醇含量大於乙二醇含量。由此，特定的錐體 尺寸分布 在一定的分散程度(Streuimg)內是可調節的。但是，在實踐中已經發現，在使用同一蝕刻液時，取決於待加工的矽表面的品質， 得到了不同的錐體尺寸分布。為了製備出均一的錐體尺寸分布，在實踐中必要的是，蝕刻液 的配方和各待加工的矽表面的品質相適配。除了改變配方之外，還必須改變腐蝕持續時間 和溫度。調節出適用於製備期望錐體尺寸分布的參數有時是冗長和昂貴的。在矽表面上製備錐體結構的常見方法的其他缺點在於，附著在矽表面上的雜質引 起不期望的結構變化。這種結構變化產生了肉眼可見的不規則的矽表面。這樣的矽表面被認為是有缺陷 的。為了克服上述缺點，根據現有技術已知的是，在製備錐體結構所需的用鹼性蝕刻 液進行處理的步驟之前設置另一蝕刻步驟。其中首先用高濃度鹼性溶液蝕刻經鋸切的矽 片。這種前置的另一蝕刻步驟要求額外的耗費。除此之外，經鋸切的矽片品質之間的差異 也不總是能夠完全地得以補償。另一可能方案為，使用氧化性酸實施另一蝕刻步驟。這種另一腐蝕步驟也產生額 外的費用。除此之外，經鋸切的矽片品質之間的差異也不能得到充分的補償。另一缺點在 於，在該情況中，必須使用高濃度氧化性酸，而操作高濃度氧化酸性是危險的。本發明的目的是，消除現有技術的缺點。具體地，本發明提供了具有錐體結構的矽 表面的製備方法，該方法能夠儘可能簡單並廉價的實施。根據本發明的另一目的，可以獨立 於矽片的品質並且不改變蝕刻液的組成和/或濃度來製備具有特定的錐體結構的矽表面。所述目的通過權利要求1的技術特徵得以實現。本發明的有利的實施方案在權利 要求2 14的技術特徵中給出。根據本發明的具有錐體結構的矽表面的製備方法，在矽表面與蝕刻液接觸前用臭 氧處理該矽表面。這樣處理的矽表面即使在品質不同的情況下在後續用蝕刻液處理後也顯 示出特別均勻的錐體結構。也就是說，在該矽表面上如此製備的錐體具有相對狹窄的尺寸 分布。特別地，沒有必要依據待處理的矽片的品質改變蝕刻液的組成或其他參數(如溫度 或腐蝕持續時間)。該建議的方法可以簡單並廉價的實施。術語「品質」特別理解為矽片的化學表面特性。矽片的不同的化學表面特性是由 於在鋸切時使用了不同的液體而造成的。作為液體可以使用例如油或二元醇。根據使用的 液體種類的不同，後續對經鋸切的矽片以不同方式進行清洗。矽表面可以特別根據疏水性 或親水性對其品質進行區別，或者根據預先進行的清洗步驟的殘留物是否附著其上對其品 質進行區別。根據特別有利的方案，在氣相中用臭氧處理矽表面。這種處理步驟可以快速並簡單的實施。對矽表面進行後續乾燥不是必需的。這裡，已證明下面的條件是有利的，臭氧在 氣相中的濃度大於20g/m3。該氣相的空氣溼度有利地為60 95%，優選75 85%。然而根據備選的方案，為了用臭氧進行處理，也可以將矽片浸入去離子水中，在該 去離子水中添加了濃度為大於lppm、優選3 50ppm的臭氧。不管是用含臭氧的氣相還是用含臭氧的液體處理矽表面，有利的是，處理溫度在 15 60°C、優選在20 40°C的溫度範圍。該處理實施的持續時間有利地為15秒至60分 鍾，優選3分鐘至40分鐘。一般而言，3分鐘至10分鐘範圍的處理持續時間已經引起非常 好的結果。根據另一有利的方案，在通過鋸切製備矽片後根據本發明用臭氧進行處理。其中 矽片以普遍方式平行於面切割。通過鋸切製備的矽片可以在根據本發明用臭氧處理 前進行溼法淨化(Nassreinigimg)。該步驟去除可能附著在矽表面上的鋸切殘留物。在這 個情況中，臭氧處理在溼法淨化後實施。但是也可以將前述的溼法淨化步驟與本發明的臭 氧處理步驟組合。在這個情況中，溼法淨化也可以用添加了臭氧的水溶液進行。臭氧處理的矽片可以後續進行乾燥和包裝。也就是說，它們形成了準備出售的中 間產品，之後根據顧客的特定需求用蝕刻液處理製備錐體結構。但是，另一方面，在多種情況中，本發明的臭氧處理步驟也可以從傳送的矽片開始 以連續、半連續或批處理方法與蝕刻步驟一起實施。其中在蝕刻管線和淨化管線中對於接 收蝕刻液的槽而言逆流(stromaufw^ts)提供另一用於接收添加了臭氧的去離子水的槽。 或者，例如提供具有蓋子的可密封的容器，其中矽片和含臭氧的氣相接觸。例如還可以向待 處理的矽表面提供臭氧和水蒸氣或用含臭氧的水蒸氣吹待處理的矽表面。接著，這種臭氧處理的矽片以常見方式浸入鹼性蝕刻液中。其中，該蝕刻液含有 KOH或NaOH作為主要成分。另外可以在該蝕刻液中加入一種或多種醇，優選異丙醇。蝕刻 液的溫度有利的為70 90°C中。蝕刻時間，根據在期望的在矽表面上製備錐體的尺寸，為 5分鐘至20分鐘。以下詳細闡述實施例實施例1 將裝有100片矽片的載體放置在容器中。用蓋子密封該容器。接著，通過導入水 蒸氣將容器中的空氣溼度調節為85 95%的相對空氣溼度範圍。可選地，也可以在容器中 形成水蒸汽。進一步地通過在容器中輸入臭氧將臭氧濃度調節為20 40g/m3。矽片用前 述的氣相處理大約15分鐘。接著用氮氣或氧氣衝洗容器內部。打開蓋子，接著將裝在載體 中的矽片——無其他中間步驟——浸入蝕刻液中以製備錐體結構。實施例2 將裝有100片矽片的載體浸入充滿去離子水的槽中。向去離子水中加入濃度約為 IOppm的臭氧。水的溫度為25 30°C。在10分鐘的處理持續時間後，從處理槽中取出載 體，並且——無其他中間步驟——浸入蝕刻液中製備錐體結構。
權利要求
具有錐體結構的矽表面的製備方法，其中將具有該矽表面的矽片浸入蝕刻液中，其特徵在於，在矽表面與蝕刻液接觸前用臭氧處理矽表面。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在氣相中用臭氧處理所述矽表面。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，臭氧在氣相中的濃度為大於20g/m3。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述氣相的空氣溼度為60 95%， 優選為75 85%。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，為了用臭氧進行處理，將矽片浸入去 離子水中，在該去離子水中添加了濃度大於lppm、優選為3 50ppm的臭氧。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述處理在15 60°C的溫度範圍 內，優選在20 40 0C的溫度範圍內實施。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，實施所述處理的持續時間是15秒至 60分鐘，優選3分鐘至40分鐘。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述臭氧處理在通過鋸切製備矽片 後進行。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在鋸切後對所述矽片進行溼法淨化。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述臭氧處理在溼法淨化後進行。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，對經臭氧處理的矽片進行乾燥和包裝。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述蝕刻液是鹼性蝕刻液。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述蝕刻液含有KOH或NaOH作為主 要成分。
14.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述蝕刻液含有醇，優選異丙醇。
全文摘要
本發明涉及具有錐體結構的矽表面的製備方法，其中將具有所述矽表面的矽片浸入蝕刻液中。為了製備儘可能均勻的錐體結構，本發明建議在矽表面與蝕刻液接觸前用臭氧對該表面進行處理。
文檔編號H01L21/306GK101965642SQ200980107791
公開日2011年2月2日 申請日期2009年3月12日 優先權日2008年3月14日
發明者于爾根·施韋肯迪克, 阿梅德·A·埃爾喬哈裡 申請人:瑞納有限責任公司