一种单晶硅片制绒剂及利用该制绒剂进行制绒的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种单晶硅片制绒剂及利用该制绒剂进行制绒的方法。
背景技术
在太阳能电池片制备过程中，为了提高太阳能电池的性能和效率，需要在硅片表面制作绒面，有效的绒面结构可以使得入射太阳光在硅片表面进行多次反射和折射，改变入射光在硅片中的前进方向。一方面延长了光程，从而增加了硅片对红外光的吸收率；另一方面使得更多的光子在靠近p-n结附近的区域被吸收产生光生载流子，这些光生载流子更容易被收集，因此增加了光生载流子的收集效率。
单晶硅电池的绒面通常是利用碱性腐蚀液对硅片表面腐蚀而形成。碱性腐蚀液对硅片的不同晶面具有不同的腐蚀速率，对(111)晶面腐蚀较慢，对(100)晶面腐蚀较快。因此，当利用碱性腐蚀液对硅片进行腐蚀时，由于这种各向异性腐蚀特性，会在硅片表面形成正金字塔绒面结构。其制绒工艺一般是采用碱液(KOH、NaOH)和异丙醇(IPA)等调控剂配制的制绒剂反应形成绒面：其中制绒温度为75℃-85℃，制绒的反应时间在20-30分钟。这种制绒工艺的反应温度高，反应时间较长，增大了生产成本。因此，为了减少生产成本，降低反应温度，缩短反应时间，增加生产产能，需要研究一种新的制绒剂和制绒工艺。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种单晶硅片制绒剂及利用该制绒剂进行制绒的方法；该方法利用制绒剂可以在室温和很短的时间内完成制绒工艺，并且获得比碱性制绒所得的正金字塔绒面结构更好的倒金字塔绒面结构。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种单晶硅片制绒剂，按质量百分计包括以下组分：无机酸10％-25％、氧化剂5％-15％、调控剂0.5％-5％、引发剂0.1％-1％，余量为去离子水。
优选的，所述无机酸为浓度为49％的氢氟酸。
优选的，所述氧化剂为浓度为31％的双氧水。
优选的，所述调控剂为含有硝酸铜的酸性溶液。
优选的，所述调控剂是由以下含量的组分制备而成：硝酸铜水合物45-55份、浓度为1％的硝酸3-8份、去离子水40-50份。
优选的，所述引发剂为氢氟酸与玻璃组分的反应物。
优选的，上述氢氟酸与玻璃组分的用量比为4-10：1-2。
优选的，所述引发剂是由氢氟酸与玻璃组分在常温下反应制得。
本发明还提供了一种利用上述制绒剂进行制绒的方法，包括如下步骤：
制备第一制绒剂，然后将单晶硅片放入该第一制绒剂中，在32℃下浸泡3分钟，进行刻蚀反应；
制备第二制绒剂，然后将经过第一制绒剂处理的单晶硅片放入第二制绒剂中，在25℃下浸泡3分钟，再次进行刻蚀反应；
将经过第二制绒剂处理的单晶硅片放入硝酸和氢氟酸的混合溶液中超声清洗1分钟，以去除制绒表面的金属覆盖物，然后对除去金属覆盖物的单晶硅片利用去离子水超声清洗，再用高纯氮气吹干，得到具有绒面结构的单晶硅片。
本发明的有益效果是：
本发明的制绒剂是一种“环保、安全、稳定、高效”的太阳能单晶硅片制绒剂，在对太阳能电池用单晶硅片进行表面制绒时，能够达到优异的制绒效果。
利用本发明的制绒剂进行制绒的过程，其原理是金属辅助化学湿法蚀刻原理，可以在单晶硅表面制备高效减反微纳米结构。制绒剂中的调控剂中的铜离子和引发剂会在室温和很短的时间内发生反应，实现对单晶硅片表面的蚀刻作用，以完成制绒，从而可以得到均匀分布的减反结构(孔径尺寸0.5-2μm)，形成倒金字塔绒面结构，这种结构在250-800nm光线范围内的反射率小于5％，具有较高的光吸收率。
本发明的制绒工艺中，将单晶硅片经过第一制绒剂和第二制绒剂处理，第一制绒剂和第二制绒剂的组分比例不同，处理温度和时间不同，从而经过两次不同条件下的刻蚀反应后，再进行超声清洗，可以获得更好的制绒效果。
本发明的制绒剂和制绒工艺可以降低制绒过程中的反应温度，缩短反应时间，降低生产成本，增加生产产能。
附图说明
图1是本发明实施例1制绒后的单晶硅片表面形貌结构SEM示意图。
图2是本发明实施例2制绒后的单晶硅片表面形貌结构SEM示意图。
图3是本发明实施例3制绒后的单晶硅片表面形貌结构SEM示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种单晶硅片制绒剂，按质量百分计包括以下组分：无机酸10％-25％、氧化剂5％-15％、调控剂0.5％-5％、引发剂0.1％-1％，余量为去离子水。
上述制绒剂中，所述无机酸优选为浓度为49％的氢氟酸；氧化剂优选为浓度为31％的双氧水。
上述制绒剂中，调控剂为含有硝酸铜的酸性溶液；具体的，该调控剂是由以下含量的组分制备而成：硝酸铜水合物45-55份、浓度为1％的硝酸3-8份、去离子水40-50份。
上述调控剂中，所述引发剂为氢氟酸与玻璃组分的反应物。反应时，氢氟酸与玻璃组分的用量比为4-10：1-2。
更进一步说，上述引发剂是由氢氟酸与玻璃组分在常温下反应制得。
本发明还提供了一种利用上述制绒剂进行制绒的方法，包括如下步骤：
制备第一制绒剂，然后将单晶硅片放入该第一制绒剂中，在32℃下浸泡3分钟，进行刻蚀反应；
制备第二制绒剂，然后将经过第一制绒剂处理的单晶硅片放入第二制绒剂中，在25℃下浸泡3分钟，再次进行刻蚀反应；
将经过第二制绒剂处理的单晶硅片放入硝酸和氢氟酸的混合溶液中超声清洗1分钟，以去除制绒表面的金属覆盖物，然后对除去金属覆盖物的单晶硅片利用去离子水超声清洗，再用高纯氮气吹干，得到具有绒面结构的单晶硅片。
上述方法中，所述第一制绒剂的处方和所述第二制绒剂的处方可以相同，也可以不同。
实施例1
配制引发剂：将浓度为49％的HF 10份与玻璃组分1份混合，在常温下浸泡24小时以上，过滤去除不溶物，得到引发剂。
配制调控剂：将51.5份硝酸铜水合物、4份1％的硝酸以及44.5份去离子水混合搅拌30分钟后溶解得到调控剂。
第一制绒剂的制备：在125L去离子水中，加入36.72L的浓度为49％的HF、16.44L的浓度为31％的H2O2、1.2L调控剂和0.8L引发剂，室温下搅拌30分钟混合均匀得到180.16L第一制绒剂。
第二制绒剂的制备：在119L去离子水中，加入26.20L的49％HF和18L的31％H2O2、6L调控剂和0.8L引发剂，室温下搅拌30分钟混合均匀得到170L第二制绒剂。
将单晶硅片放入本实施例1的第一制绒剂中，在32℃的温度条件下浸泡3分钟，进行刻蚀反应；然后将单晶硅片从第一制绒剂中移入本实施例1的第二制绒剂中，在25℃浸泡3分钟，再次进行刻蚀反应；最后将制绒后的单晶硅片放入硝酸和氢氟酸的混合溶液中超声清洗1分钟，以除去制绒表面的金属覆盖物，然后对除去金属覆盖物后的单晶硅片用去离子水超声清洗，之后采用高纯氮气吹干，得到具有绒面结构的单晶硅片(见图1)。
实施例2
配制引发剂：将浓度为49％的HF 10份与玻璃组分1份混合，在常温下浸泡24小时以上，过滤去除不溶物，得到引发剂。
配制调控剂：将51.5份硝酸铜水合物、4份1％的硝酸以及44.5份去离子水混合搅拌30分钟后溶解得到调控剂。
第一制绒剂的制备：在126L去离子水中，加入36.72L的浓度为49％的HF、15.24L的浓度为31％的H2O2、1.2L调控剂和0.8L引发剂，室温下搅拌30分钟混合均匀得到179.96L第一制绒剂。
第二制绒剂的制备：在118L去离子水中，加入26.20L的49％HF和19.2L的31％H2O2、6L调控剂和0.8L引发剂，室温下搅拌30分钟混合均匀得到170.2L第二制绒剂。
将单晶硅片放入本实施例2的第一制绒剂中，在32℃的温度条件下浸泡3分钟，进行刻蚀反应；然后将单晶硅片从第一制绒剂中移入本实施例2的第二制绒剂中，在25℃浸泡3分钟，再次进行刻蚀反应；最后将制绒后的单晶硅片放入硝酸和氢氟酸的混合溶液中超声清洗1分钟，以除去制绒表面的金属覆盖物，然后对除去金属覆盖物后的单晶硅片用去离子水超声清洗，之后采用高纯氮气吹干，得到具有绒面结构的单晶硅片(见图2)。
实施例3
配制引发剂：将浓度为49％的HF 10份与玻璃组分1份混合，在常温下浸泡24小时以上，过滤去除不溶物，得到引发剂。
配制调控剂：将51.5份硝酸铜水合物、4份1％的硝酸以及44.5份去离子水混合搅拌30分钟后溶解得到调控剂。
第一制绒剂的制备：在125L去离子水中，加入36.72L的浓度为49％的HF、16.44L的浓度为31％的H2O2、1.2L调控剂和0.8L引发剂，室温下搅拌30分钟混合均匀得到180.16L第一制绒剂。
第二制绒剂的制备：在118L去离子水中，加入26.20L的49％HF和19.2L的31％H2O2、6L调控剂和0.8L引发剂，室温下搅拌30分钟混合均匀得到170.2L第二制绒剂。
将单晶硅片放入本实施例3的第一制绒剂中，在32℃的温度条件下浸泡3分钟，进行刻蚀反应；然后将单晶硅片从第一制绒剂中移入本实施例3的第二制绒剂中，在25℃浸泡3分钟，再次进行刻蚀反应；最后将制绒后的单晶硅片放入硝酸和氢氟酸的混合溶液中超声清洗1分钟，以除去制绒表面的金属覆盖物，然后对除去金属覆盖物后的单晶硅片用去离子水超声清洗，之后采用高纯氮气吹干，得到具有绒面结构的单晶硅片(见图3)。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
