濕法刻蝕對背鈍化多晶電池的影響

郭 衛(wèi)，李雪方，申開愉

（山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

引言

制絨工藝是背鈍化多晶電池生產(chǎn)的第一道工藝，在鏈?zhǔn)皆O(shè)備中使用HF/HNO3（氫氟酸/硝酸）對單個(gè)硅片進(jìn)行雙面腐蝕，在達(dá)到一定的減重量后，不僅可以去除多晶硅片表面的損傷層和各種雜質(zhì)，同時(shí)能夠?qū)⒍嗑Ч杵砻嬷苽涑商囟ǖ慕q面，制絨后的多晶硅片正面反射率能夠降低至17.3%，可以有效提高太陽光吸收率，從而提高多晶電池轉(zhuǎn)換效率。由于多晶硅片在制絨工藝時(shí)正、背面均進(jìn)行腐蝕，硅片背面與正面有類似的絨面外觀，這與目前車間其它背鈍化產(chǎn)品要求硅片提高背面反射率的要求不一致，因此，需要對背鈍化多晶電池工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高多晶硅片背面反射率，進(jìn)一步提高多晶電池轉(zhuǎn)換效率。背鈍化多晶電池在背面工藝處理過程中，硅片正面也會(huì)繞鍍沉積一些工藝副產(chǎn)物，還需要對這些副產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)品刻蝕去除，在處理過程中，化學(xué)品會(huì)對硅片正面進(jìn)行再次腐蝕，這樣就會(huì)破壞原先硅片正面形成的絨面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響電池片正面外觀和轉(zhuǎn)換效率[1]。

1 實(shí)驗(yàn)材料和工藝

實(shí)驗(yàn)中，使用砂漿切割的多晶硅片，外觀尺寸均為156 mm×156 mm，厚度為200 um，電阻率為1 Ω·cm～3 Ω·cm。生產(chǎn)工藝為：刻蝕1+背鈍化+刻蝕2+后續(xù)工藝，其中刻蝕1 和刻蝕2 均使用HF 和HNO3的混合溶液對硅片進(jìn)行處理，通過改變其溶液配比和控制參數(shù)等，得到制絨舊工藝和制絨新工藝兩個(gè)不同的路線。舊工藝條件下，刻蝕1 的主要作用是清洗硅片和多晶硅片絨面制備，降低正面反射率，刻蝕2 的主要作用是去除鈍化副產(chǎn)物。制絨新工藝條件下，刻蝕1 的主要作用是清洗硅片，提高多晶硅片背面反射率，刻蝕2 的主要作用是絨面制備。在實(shí)際生產(chǎn)中，絨面制備的減重量（0.42 g）通常大于去除鈍化副產(chǎn)物的時(shí)的減重量（0.13 g），因此在新工藝刻蝕2的調(diào)試時(shí)，絨面制備完成后，就可以達(dá)到去除副產(chǎn)物的效果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 制絨舊工藝

在制絨舊工藝的調(diào)試步驟下，刻蝕1 后的多晶硅片正、背面反射率為17.3%和19.5%，但是經(jīng)過刻蝕2后，硅片正面反射率降低至16.6%和18.3%，經(jīng)過測試，電池片轉(zhuǎn)換效率與開路電壓分別為18.81%和0.627 6 V。舊工藝刻蝕2 后硅片外觀和電池片EL 圖像，如圖1 所示。

圖1 舊工藝刻蝕2 后硅片外觀和電池片EL 圖像

刻蝕2 后硅片正面外觀出現(xiàn)了大量的“絨絲”，這類電池片不符合公司成品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，判定為降級(jí)片。絨絲部分經(jīng)過觀察測試，是大量細(xì)小暗紋團(tuán)聚在一起形成不規(guī)則的深色區(qū)域，在EL（電致發(fā)光）測試下，電池片部分區(qū)域也出現(xiàn)了絨絲團(tuán)聚的現(xiàn)象，參考文獻(xiàn)[2]中指出，這些暗紋區(qū)域容易被酸制絨體系腐蝕，在經(jīng)過刻蝕1、2 兩次化學(xué)品腐蝕后，出現(xiàn)了過度腐蝕的現(xiàn)象，原先正常的絨面結(jié)構(gòu)被破壞，出現(xiàn)了圖中絨絲團(tuán)聚的現(xiàn)象。在過度腐蝕的情況下，不僅硅片正面外觀出現(xiàn)異常，同時(shí)也限制了電池轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升。需要對兩次刻蝕工藝進(jìn)行優(yōu)化，解決過度腐蝕導(dǎo)致的問題。

2.2 制絨新工藝

優(yōu)化后的制絨新工藝步驟，在刻蝕1 時(shí)，減少了刻蝕減重量，適當(dāng)增加HNO3的比例，提高硅片的拋光效果，僅僅達(dá)到清洗硅片，去除表面損傷，提高背面反射率的效果。通過少子壽命檢測來測試刻蝕1 后的清洗效果。新工藝刻蝕1 后減重量測試，如表1 所示。

表1 新工藝刻蝕1 后減重量測試

新工藝刻蝕1 后，在減重量為0.15 g 的情況下，背面反射率可以達(dá)到32.6%，少子壽命提升達(dá)到41 ms。較低的減重量情況下（0.05 g 和0.10 g），少子壽命提升幅度小，說明在低減重量時(shí)，多晶硅片表面的雜質(zhì)并未完全清洗干凈，不能達(dá)到工藝清潔要求。低減重時(shí)，硅片背面反射率也比0.15 g 減重量時(shí)低，說明較低的減重量時(shí)，化學(xué)品與硅片反應(yīng)不充分，未能有良好的清洗拋光效果。

較高的減重量情況下（0.20 g），少子壽命提升幅度比0.15 g 情況下，并沒有明顯提高，背面反射率也沒有明顯變化，說明在保證一定的減重量就可以達(dá)到較好的清潔效果，過多的刻蝕量并沒有起到明顯提升少子壽命和反射率的效果。通常生產(chǎn)中刻蝕1 的減重量選擇0.15 g，過高的減重量會(huì)降低硅片厚度，對后續(xù)電池片生產(chǎn)可能造成碎片率增高，同時(shí)，高減重量也會(huì)增加化學(xué)品的使用量，增加生產(chǎn)成本，因此，在生產(chǎn)中需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的減重量[3]。

由于新工藝刻蝕1 僅僅對硅片進(jìn)行了清洗，多晶硅片正面反射率達(dá)到了30.3%，未形成所需要的絨面結(jié)構(gòu)，因此，新工藝刻蝕2 需要調(diào)整工藝，降低硅片正面的反射率，如表2 所示。

表2 新工藝刻蝕2 后減重量測試

新工藝刻蝕2 的減重量在0.21 g 的情況下，硅片正面反射率為17.5%，與舊工藝刻蝕1 后的反射率基本相同，能夠達(dá)到工藝控制要求。同時(shí)，低減重量的情況下（0.16 g），正面反射率較高，說明未能形成良好的絨面結(jié)構(gòu)，電池片轉(zhuǎn)換效率也比0.21 g 條件下低。高減重量（0.26 g）情況下，硅片正面反射率與0.21 g 情況下基本相同，電池片轉(zhuǎn)換效率與開路電壓也基本持平，在實(shí)際生產(chǎn)中，新工藝刻蝕2 的減重量選擇0.21 g時(shí)，電池片轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到最佳效果。

如圖2 所示，經(jīng)過外觀檢測，制絨新工藝調(diào)試后的電池片正面未出現(xiàn)大量絨絲，EL 測試也未出現(xiàn)絨絲團(tuán)聚現(xiàn)象，符合車間電池片質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。電池片轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了19.07%，比制絨舊工藝提高了0.26%。調(diào)試優(yōu)化后的制絨新工藝不僅解決了硅片正面過度腐蝕導(dǎo)致的外觀異常，同時(shí)電池片轉(zhuǎn)換效率也有一定的提升[4]。

圖2 新工藝刻蝕2 后硅片外觀和電池片EL 圖像

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新工藝調(diào)試后的背鈍化多晶電池片，與舊工藝刻蝕1 后的正面反射率基本持平，符合車間半成品控制要求，可以保證電池片正面光吸收不受影響，而電池背面反射率的提高，可以提高背面鈍化效果，提高長波光穿透電池到達(dá)背面后再次反射回電池內(nèi)部，增加長波光的吸收利用，從而提高電池片轉(zhuǎn)換效率[5]。從開路電壓和短路電流可以看到，制絨新工藝后的電池片轉(zhuǎn)換效率有明顯提升，證明了制絨新工藝可以得到更加優(yōu)良的背面鈍化效果和更高的光吸收。

表3 新舊工藝對比

3 結(jié)語

1）多晶硅片正面經(jīng)過多次化學(xué)品刻蝕后，會(huì)破壞原先形成的絨面結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)絨絲團(tuán)聚的情況，在外觀和EL 測試下，都可以看到此類異常。要解決此異常，需要調(diào)整優(yōu)化刻蝕工藝，根據(jù)背鈍化多晶電池片的工藝特點(diǎn)，調(diào)試出適合多次化學(xué)品處理的工藝流程。

2）根據(jù)刻蝕1、2 的工藝要求和特點(diǎn)，調(diào)整了化學(xué)品溶液配比，減重量和反射率控制參數(shù)，從原先的一次制絨優(yōu)化為一次清洗+二次制絨工藝，這種新的制絨工藝路線，提高了多晶硅片背面的反射率，解決了舊工藝存在的過度腐蝕導(dǎo)致的正面外觀異常問題。經(jīng)過測試，電池片外觀和EL 測試下，均可以達(dá)到質(zhì)量控制要求。