一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面线痕的方法技术

本发明专利技术公开一种用于去除金刚石线切割多晶硅后表面产生的切割痕的方法。其方法步骤如下：(1)对硅片进行预清洗；(2)将清洗好的硅片置于HF/HNO3/H2O混合溶液中进行制绒处理(3)将制绒好的硅片置于H2O2/HF/AgNO3/Cu(NO3)2和超纯水的混合溶液中腐蚀以制备纳米结构；(4)采用纳米重构溶液对纳米结构进行扩大处理，进行各向异性腐蚀从而去除多晶硅表面切割痕。本发明专利技术是基于MACE(金属辅助化学腐蚀法)制备黑硅减反结构的基础上，利用腐蚀过程中的各向异性去除金刚线切割多晶硅片表面切割痕，同时也大大降低的硅片表面的反射率，对未来低成本、高转换效率的金刚线切割多晶硅太阳电池的制备具有重要的应用潜能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种用于去除金刚石线切割多晶硅后表面产生的切割痕的方法，基于MACE(金属辅助化学腐蚀法)制备黑硅减反结构的基础上，利用腐蚀过程中的各向异性去除金刚线切割多晶硅片表面切割痕，同时也大大降低的硅片表面的反射率，对未来低成本、高转换效率的金刚线切割多晶硅太阳电池的制备具有重要的应用潜能。
技术介绍
当前晶体硅(单晶和多晶)太阳电池片的光伏发电是光伏发电的主流领域，但由于其成本太高无法取代传统能源，降低成本成为这一行业最大的问题，而晶硅太阳电池的成本很大程度上与硅料的生产密切相关。为了降低太阳能电池生产成本，太阳能电池生产厂商不断更新、改进晶体硅切割技术，减薄硅片厚度来提高硅材料的利用率。硅片厚度已从最初的350μm左右降到现在的200μm左右。砂浆切割技术是最早使用的多线锯切割技术，是当今硅片生产厂商应用最广泛，最成熟的切割技术，经过多年的实践与改进，已成为现今光伏产业的主流的硅片切割技术。[JournalofSoundandVibration，2005，283(3)：589-620]但是由于砂浆切割技术的以下缺点：1.切割效率相对较低。其原因是砂浆切割是磨料-钢丝线-硅相互作用的三体切割，切割过程中的接触界面很小，致使切割时间长，效率低。2.硅锯屑难于回收提纯。由于它们与碳化硅磨料粉相混，而碳化硅与硅的理化性质很接近，使得硅粉难以分离提纯回收，有研究发现未被充分利用的磨料高达90％以上3.环境负荷大。硅锯屑、砂浆和切割液难以回收提纯利用，不仅仅是资源浪费增加成本，它们还将对环境造成一定程度的污染。使得砂浆切割技术无法适应未来晶硅太阳电池的大批量生产。金刚石线切割技术最早由美国的CrystalSystem公司研发，广泛应用于各种硬脆材料的切割，并逐步向光伏产业进军。相比砂浆切割具有以下优点：1.切割速率高。砂浆切割是锯丝、磨料、硅片相互作用的“三体加工”，三者之间在切割过程中始终处于相对运动状态，其作用力容易分散，而金刚石切割是锯丝直接对硅片进行切割的“两体加工”，切割过程中，固着的金刚石颗粒受力均匀且方向单一，力的使用率更高，更容易进行有效切割。金刚石切割速率是游离磨料线锯切割速率的2.5倍以上；2.硅切片质量好，表面损伤更浅，硅片厚度均匀性好，硅材料损耗低且易于获得硅薄片；3.无需添加SiC和聚乙二醇等研磨浆料，仅需水基冷却剂，切割液和硅锯屑的回收提纯再利用简单方便高效，金刚石切割可大大降低硅片的加工成本且可减少对环境的污染；4.硅锯屑易于回收。但是金刚线切割时由于硅片表面所受到锯丝上正面接触及侧面接触的金刚石的受力不同，使得切割后在硅片表面形成深浅大小不一的切割痕，且部分区域存在一层非晶硅层。导致金刚线切割多晶硅片较之砂浆切割硅片的反射率要高且经酸制绒处理后反射率仍居高不下(约为29％)使得太阳电池的效率无法有效提升。如何去除金刚线切割多晶硅片表面的切割痕并找到一种相适应的制绒方法成为科研工作者们的主要研究方向。Meinel.B[EnergyProcedia，2012，27(330-336)]等人2012年采用砂浆切割多晶硅片制绒的酸混合溶液，HF、HNO3和H2SiF6按工业体积配比配成酸混合，温度为10℃，对金刚石切割多晶硅片制绒10-400s，并用砂浆切割多晶硅片酸性湿法刻蚀制绒作对比分析。实验发现金刚石切割多晶硅片刻蚀前后的反射率均比砂浆切割多晶硅片刻蚀前后的反射率值高。MarcusLippold[SolarEnergyMaterialsandSolarCells，2014，127：104-110]发现传统的HF/HNO3混合溶液制绒对金刚线切割硅片的制绒效果很差，原因在于金刚线切割后硅片表面没有形成砂浆切割产生的类似于坑状的均匀缺陷，而是部分沿切割痕方向的缺陷及非晶硅层，导致了制绒后形成的蠕虫状结构少，减反射效果差。通过改用HF/HNO3/H2SO4混合溶液制绒后，较之前者刻蚀速率加快使得形成了更多的蠕虫状制绒结构，降低了硅片表面的反射率。但是该方法却无法有效的去除金刚线切割后表面的切割痕，导致所制备的多晶太阳电池效率仅16.54％。AkiraKumagai采用MCT(metalcatelysttexture)方法采用AgNO3/HF/H2O2体系对金刚线切割多晶硅片进行制绒处理，大大降低了硅片表面的反射率，所制备的电池效率达17.2％。MACE法是一种制备黑硅纳米减反结构的方法，具有工艺简单、成本低的优点最适用于工业生产。其原理是利用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等电负性高于Si的金属颗粒在化学腐蚀液的作用下在硅片表面形成纳米线或多孔结构从而降低硅片反射率。本专利技术利用MACE法在金刚线切割多晶硅片表面制备出纳米缺陷结构，后通过纳米重构溶液对硅片表面的缺陷进行各向异性刻蚀，达到减反射及去除表面切割痕的作用。
技术实现思路
本
技术实现思路
提供一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面切割痕的方法。目的在于通过去除金刚线切割多晶硅片表面切割痕及降低硅片表面反射率使得金刚线切割多晶硅片能适用于未来晶硅太阳电池的工业化生产。为此，本专利技术提供了如下技术方案：该方法包括如下步骤S1、对多晶硅片进行预清洗处理；S2、将清洗好的硅片置于溶液一中进行酸制绒处理以在多晶硅表面制备蠕虫状结构，溶液温度为室温；S3、将制绒好的硅片置于溶液二中进行化学腐蚀以在多晶硅表面制备纳米结构，溶液温度为室温；S4、将腐蚀完的硅片浸入溶液三中进行清洗，去除残留银、铜纳米颗粒，溶液温度为室温；S5、将清洗后的硅片置于溶液四进行结构刻蚀，通过各向异性腐蚀消除表面切割痕；更优选地，所述的硅片电阻率1-3Ω·cm，厚度200±20μm，为多晶硅。更优选地，所述工艺中所用的试剂纯度均不小于99.99％。更优选地，步骤S2中溶液一组成为HF∶HNO3∶H2O＝1∶3∶2，反应时间为180s。更优选地，步骤S3中溶液一组成为0.01mM-2.0mMAgNO3+1mM-100mMCu(NO3)2+0.1-10MHF+0.1-1MH2O2，反应时间在30-600s。更优选地，步骤S4中溶液三组成为H2O2∶NH4OH＝1∶3，反应时间在180s。更优选地，步骤S5中溶液四为纳米重构溶液，其组成为NH4F(40％)∶H2O2＝1∶1-1∶4，浓度为25％-100％，反应温度为30-60℃，反应时间60-600s。一种所述的湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面线痕的方法，相比现有技术有以下优点：采用廉价的MACE液相制备技术，无需大型高成本真空设备支持，可重复性高。将制绒步骤与制备纳米减反结构合为一步，不仅降低了硅片表面反射率，也有效的去除了金刚线切割所产生的切割痕。附图说明图1：实施例1提供的金刚线切割多晶硅片酸制绒后的SEM照片；图2：实施例1提供的金刚线切割多晶硅片腐蚀后的制备态纳米结构SEM照片；图3：实施例1提供的金刚线切割多晶硅片纳米重构溶液刻蚀后的SEM照片；图4：实施例1提供的金刚线切割多晶硅片经酸制绒后的结构、腐蚀后的制备态纳米结构及纳米重构溶液刻蚀后的结构的反射率曲线具体实施方式为有效的去除金刚线切割多晶硅片表面切割痕，使其更能适用于多晶太阳电池的工业化生产，本专利技术实施例提供了一种湿法去除金刚石线切割多晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面切割痕的方法，其特征在于利用金属辅助化学腐蚀溶液的各向异性对切割痕进行腐蚀去除，在去除线痕、降低表面粗糙度的同时也大大降低硅片表面的反射率以制备出高转换效率的多晶太阳电池。

【技术特征摘要】
1.一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面切割痕的方法，其特征在于利用金属辅助化学腐蚀溶液的各向异性对切割痕进行腐蚀去除，在去除线痕、降低表面粗糙度的同时也大大降低硅片表面的反射率以制备出高转换效率的多晶太阳电池。2.根据权利1所述的一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面切割痕的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：S1、对硅片进行预清洗处理；S2、将清洗好的硅片置于溶液一中进行酸制绒处理以在多晶硅表面制备蠕虫状结构，溶液温度为室温；S3、将制绒好的硅片置于溶液二中进行化学腐蚀以在多晶硅表面制备纳米结构，溶液温度为室温；S4、将腐蚀完的硅片浸入溶液三中进行清洗，去除残留银、铜纳米颗粒，溶液温度为室温；S5、将清洗后的硅片置于溶液四进行结构刻蚀，通过各向异性腐蚀消除表面切割痕。3.根据权利要求2所述的一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面切割痕的方法，其特征在于所述的多晶硅片电阻率1-3Ω·cm，厚度200±20μm。4.根据权利要求2所述的一种湿法去除金刚石线切割多晶硅片表面切割痕的方法，其特征在于：所述工艺中所用的试剂纯度均不小于99....

【专利技术属性】
技术研发人员：沈鸿烈，郑超凡，蒲天，蒋晔，吴兢，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32