一种降低多晶黑硅制绒后绒面差异的挖孔酸液添加剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种降低多晶黑硅制绒后绒面差异的挖孔酸液添加剂及其应用，其组分为：月桂醇聚氧乙烯醚0.5～1wt％，酒石酸0.5～1.5wt％，海藻酸钠0.5～2wt％，天冬氨酸1～3wt％，二缩三乙二醇1～5wt％，二乙二醇单甲醚0.5～1wt％，超纯水86.5～96wt％。本发明专利技术通过调整挖孔时间和扩孔时间的工艺参数来控制亚微米级孔洞的孔深和孔径，使绒面结构和反射率更符合多晶硅太阳能电池的性能要求，对后续的工艺和提高多晶硅太阳能电池的转换效率有益。

【技术实现步骤摘要】
一种降低多晶黑硅制绒后绒面差异的挖孔酸液添加剂及其应用
本专利技术属于挖孔添加剂及其应用领域，特别涉及一种降低多晶黑硅制绒后绒面差异的挖孔酸液添加剂及其应用。
技术介绍
在太阳能电池领域中，晶体硅太阳能电池一直占据着85％以上的市场份额，降本提效是晶体硅太阳能电池的两大目标，光学损失直接影响着太阳能电池的光电转换效率。传统多晶硅酸制绒工艺在金刚线切割多晶硅上制备出的微米级蠕虫状结构反射率较高，黑硅由于具备亚微米级的几何结构，可以实现较低的表面反射率，使晶体硅太阳能电池的净效率得到提升。黑硅太阳能电池主要使用金刚线切割的多晶硅片生产，黑硅常用的制备工艺包括反应离子刻蚀法、飞秒激光刻蚀法、电化学刻蚀法和金属催化化学刻蚀法，其中金属催化化学刻蚀法因其制备工艺简单，成本较低，与传统酸制绒产线兼容的优势被越来越多地采用，该工艺可制备出亚微米级孔洞的多晶黑硅。由于多晶硅片是采用铸锭式的生产方式，单片多晶硅片上的晶粒沿着不同的晶面取向生长而成。不同晶面生长的晶面间原子密度不同，(111)密排面上的原子密度较大，化学结合比较稳定，表面能比较低。而(100)和(110)晶面中的原子密度相对比较稀疏，化学结合稳定性相对较差，表面能比较高。金属催化化学刻蚀法在挖孔过程中，由于(100)晶面表面能最高，所以挖孔速率最快；(110)晶面挖孔速率次之；(111)晶面的表面能最低，挖孔速率最缓慢。这样在不同晶面上的腐蚀速率不一致，最终导致多晶黑硅表面晶花严重，而且由于不同晶面取向的区域差别较大，导致亚微米级绒面结构的均匀性受到影响。在PECVD镀膜后存在颜色差异，严重影响了多晶黑硅太阳能电池的外观和组件的总体效率。国内外不少文献专利公开了制备黑硅的方法及性能研究，目前金属催化化学刻蚀法中金属银被广泛的用作催化剂。专利技术专利申请US2016/0218229A1公开了使用金属辅助化学刻蚀法与常规刻蚀法相结合来制备黑硅，该方法利用金属颗粒在酸性溶液中对硅衬底进行各向同性或基本各项同行的刻蚀得到了孔状微结构。但是该专利并未考虑到多晶硅不同晶向晶粒的表面能不同而导致刻蚀不均匀性以及晶花问题，对如何通过调节实验条件来控制绒面形貌和硅片反射率也并未研究。沈文忠等在发表的文章[SolarEnergyMaterialandSolarCells,2015,143:302-310]中使用银催化化学刻蚀一步法在单晶硅上制备纳米线结构的黑硅，在300～1100nm波段的可见光范围内平均反射率可降至5.77％。由于硅基底使用的是单晶硅，成本相对于多晶硅较高，影响到黑硅太阳能电池的工业化生产，所以使用成本较低的多晶硅来制备黑硅太阳能电池成了科研工作者主要研究方向之一。中国专利技术专利申请CN106119976A中公布了一种多晶黑硅制绒用扩孔添加剂，制备的多晶黑硅反射率在17％～22％。但该专利只涉及到扩孔步骤使用添加剂，并未考虑到在挖孔步骤中银催化刻蚀在不同取向的晶粒上挖孔速率差别较大，影响了绒面的均匀性。中国专利技术专利申请CN108193281A公开了一种挖孔辅助剂由1.0～2.0％柠檬酸、1.0～2.0％丁二醇、0.05～0.1％硝酸银、0.2～0.5％羟乙基纤维素等组成，该专利使用的黑硅制绒方法为一步法，制绒工艺中不易控制黑硅绒面的形貌且制绒后黑硅表面比较平整，反射率较高。本专利使用两步法制绒能够更好地控制绒面结构，降低多晶黑硅总体的反射率，且挖孔酸液添加剂中含有增溶剂有助于均匀形成纳米级孔洞结构，在不同晶面取向的区域反射率几乎无差别，这种将镀银和挖孔分开的两步法制绒相对于一步法消耗的贵金属粒子更少。专利技术专利WO2014120830A1公开了一种使用湿化学法制备出绒面结构呈微米级的黑硅结构，该方法通过退火的方式来实现对微观绒面的控制，但是该工艺方法流程复杂，成本较高，不利于产业化。因此，需要找到一种工艺流程简单且绒面形貌易于控制的黑硅制备方法，来降低电池的反射率，提高太阳能电池的转换效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种降低多晶黑硅制绒后绒面差异的挖孔酸液添加剂，克服现有技术由于不同晶面取向的区域差别较大，导致亚微米级绒面结构的均匀性受到影响，从而影响多晶黑硅太阳能电池的外观及组件效率的缺陷。本专利技术的一种挖孔酸液添加剂，按重量百分比，组分包括：月桂醇聚氧乙烯醚0.5～1wt％，酒石酸0.5～1.5wt％，海藻酸钠0.5～2wt％，天冬氨酸1～3wt％，二缩三乙二醇1～5wt％，二乙二醇单甲醚0.5～1wt％，超纯水86.5～96wt％。进一步，优选的，所述挖孔酸液添加剂按重量百分比，组分为：月桂醇聚氧乙烯醚1wt％，酒石酸1.2wt％，海藻酸钠0.8wt％，天冬氨酸1wt％，二缩三乙二醇2wt％，二乙二醇单甲醚1wt％，超纯水93wt％。所述的挖孔酸液添加剂易溶于酸性溶液，且易从多晶硅片表面清洗干净，pH值为3.2，对挖孔酸液的酸碱度无影响。所述挖孔酸液添加剂中的月桂醇聚氧乙烯醚为表面活性剂，可降低刻蚀溶液的表面张力，使附着在硅片表面的H2气泡脱除，同时可增加硅片表面的润湿性。所述挖孔酸液添加剂中的酒石酸的作用为调节添加剂的pH值，使添加剂为酸性，避免对酸性刻蚀液的酸度产生影响。所述挖孔酸液添加剂中的海藻酸钠起着乳化剂和增溶剂的作用，保证了添加剂的稳定性。所述挖孔酸液添加剂中的天冬氨酸中的氨基可降低硅片的表面能，尤其对低指数晶面的削减作用极为明显，减小了不同晶向晶粒的表面能差异，使刻蚀的微孔结构分布地更均匀。所述挖孔酸液添加剂中的二缩三乙二醇和二乙二醇单甲醚中的烃基可附着在硅片上，另一端的羟基朝向水溶液中，羟基在水溶液中可以形成氢键而具有亲水性，因此增加了硅片表面的润湿性，使反应溶液与多晶硅更充分的接触，得到更均匀的绒面。本专利技术的一种所述挖孔酸液添加剂在多晶黑硅制绒中的应用。本专利技术的一种多晶黑硅制绒方法，包括：(1)将多晶硅进行预清洗，具体为：将多晶硅浸没在浓H2SO4(95wt％)：H2O2(30wt％)的体积比为3:1的反应溶液中，煮沸30min，去除多晶硅片表面的有机物，然后将硅片浸没在1～5wt％的稀HF溶液酸洗(反应300s)，去除多晶硅片表面的氧化层；其中H2SO4(95wt％)：H2O2(30wt％)的体积比为3:1的反应溶液、HF溶液均分别在耐酸碱槽中配置；(2)碱抛光处理：步骤(1)中预清洗后的多晶硅浸没在8～10wt％的碱溶液，在70～90℃下刻蚀190～230s，去除表面的损伤层；进一步具体为：在耐酸碱槽内配置浓度为8～10wt％的碱溶液，所述的碱溶液为KOH或NaOH溶液；然后将溶液加热到70～90℃；再将多晶硅片浸没在上述碱溶液中反应190～230s，去除金刚线切割留下的损伤层；(3)镀银处理：将步骤(2)碱抛光处理后的多晶硅浸没在0.5～0.7wt％的HF和1×10-3～5×10-3wt％AgNO3的混合反应液中沉积银颗粒100～130s，利用银离子还原成纳米粒子的自组装过程在多晶硅片表面形成团聚的银颗粒；其中0.5～0.7wt％的HF和1×10-3～5×10-3wt％AgNO3的混合反应液在耐酸碱槽中进行配置；(4)挖孔处理：将步骤(3)中镀银处理后的多晶硅浸没在含挖孔酸液添加剂的挖孔刻蚀液中在30～40℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖孔酸液添加剂，其特征在于，按重量百分比，组分包括：月桂醇聚氧乙烯醚0.5～1wt％，酒石酸0.5～1.5wt％，海藻酸钠0.5～2wt％，天冬氨酸1～3wt％，二缩三乙二醇1～5wt％，二乙二醇单甲醚0.5～1wt％，超纯水86.5～96wt％。

【技术特征摘要】
1.一种挖孔酸液添加剂，其特征在于，按重量百分比，组分包括：月桂醇聚氧乙烯醚0.5～1wt％，酒石酸0.5～1.5wt％，海藻酸钠0.5～2wt％，天冬氨酸1～3wt％，二缩三乙二醇1～5wt％，二乙二醇单甲醚0.5～1wt％，超纯水86.5～96wt％。2.一种权利要求1所述挖孔酸液添加剂在多晶黑硅制绒中的应用。3.一种多晶黑硅制绒方法，包括：(1)将多晶硅进行预清洗；(2)碱抛光处理：步骤(1)中预清洗后的多晶硅浸没在8～10wt％的碱溶液，在70～90℃下刻蚀190～230s；(3)镀银处理：将步骤(2)碱抛光处理后的多晶硅浸没在0.5～0.7wt％的HF和1×10-3～5×10-3wt％AgNO3的混合反应液中沉积银颗粒100～130s；(4)挖孔处理：将步骤(3)中镀银处理后的多晶硅浸没在含挖孔酸液添加剂的挖孔刻蚀液中，在30～40℃的温度下刻蚀150～300s；其中挖孔刻蚀液为浓度为9～11wt％的H2O2、3～5wt％的HF和0.5～2wt％挖孔酸液添加剂的混合反应液；(5)脱银处理：将步骤(4)中挖孔处理后的多晶硅浸没在浓度为1.5～2wt％的H2O2和0.75～0.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青红，冯贵标，柳杉，隋阳，沈轩宇，黄治国，侯成义，李耀刚，王宏志，
申请(专利权)人：东华大学，上海创畅新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31