钱义龙

【摘 要】本文通过分析金刚线切割多晶硅片在常规链式多晶制绒工艺中存在的绒面缺陷及改善，在原有常规制绒工艺下引入金刚线切割匹配的制绒添加剂改善绒面织构提高绒面均匀度，降低反射率，有利于改善PN结平整性，改善电池片短路电流及提升转换效率。太阳能电池绒面反射率降低3%～5%，短路电流提高30mA-800mA，从而使电池效率提高0.1%以上，且产品反射率低，绒面出绒率高，绒面均匀性优，产品稳定性高。

【关键词】多晶硅；金刚线切割；反射率

引言

金刚线切割多晶硅片因具有经济环保、切割效率高、所切割的硅片在后续电池工艺制作中碎片率低，硅片成本低等优点，目前逐步替代传统砂浆多线切割技术，并成为硅片切割的主流技术。但是，金刚线切割技术作为一种新型的晶体硅片切割技术，同样也存在一定的技术难题有待于进一步研究解决。由于硅片切割技术的不同，金刚线切割多晶硅片表面损伤少，并且多晶硅片表面产生线痕严重，导致在多晶电池制绒工艺过程中，目前现有硅片表面酸制绒技术难以获得理想的绒面，进而严重影响多晶硅金钢线切割硅片的批量使用，主要问题在于制绒后的硅片表面反射率高，制成电池片后的光电转换效率低。

基于此，针对金刚线切割多晶硅片制绒，本文对比研究引入金刚线切割匹配的制绒添加剂改善绒面织构，提高绒面均匀度，和绒面形貌，降低成绒后的绒面反射率，提高制成电池片的短路电流、及光电转换效率。

一、试验原理

多晶硅采用酸制绒的方法，利用（HF+HNO3）为基础的水溶液体系对多晶硅表面进行腐蚀，为了促使在有效时间内使金刚线切割多晶硅片表面成长出均匀性良好，反射率低的织构状绒面，我们引入一种有利于金刚线切割多晶硅片成绒的化学品，简称制绒添加剂。但是，多晶酸制绒的基本反应是不变的，酸腐蚀的反应机制分为两个步骤。首先，是利用硝酸的强氧化作用氧化硅片表面，使硅表面生成一层SiO2，然后，多晶硅表面形成的SiO2被氢氟酸络合形成可溶性络合物。

其反应方程式为：

步骤I： Si+2HNO3 → SiO2+2HNO2

2HNO2 → NO+NO2+H2O

步骤II：SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O

总反应方程式：

Si+2HNO3+6HF→H2SiF6+NO+NO2+

3H2O

当硅片浸入腐蚀液中时，腐蚀反应最先发生在表面活性能最高的位置，腐蚀液沿着硅片的微裂纹快速扩散并高速腐蚀，进而沿着各个方向扩张。随着时间的延长，线状腐蚀坑开始出现明显大小差异。

制绒添加剂在硅片反应过程中提高硅片腐蚀速率，促使硅片表面成绒，增加金钢线切割硅片表面反应程度。首先，引入金钢线切割添加剂后，在硅片腐蚀时增加硅片表面的活化能使化学反应更加平稳，并能够在密集线痕处成功长出绒面；其次，硅片腐蚀中会产生少量HNO2，金钢线切割添加剂可减缓它的产生速度，降低催化速率；再者，金钢线切割添加剂可有效加快气泡在硅片表面的脱离速度，减少反应不均匀的现象。

二、试验方案与数据分析

本文针对多晶硅金刚线切割硅片绒面织构的改善，添加一种辅助成分的添加剂，主要试验包括以下步骤：

（一）试验具体方案

1.试验采用导电类型为P型156.75*156.75的金钢线切割多晶硅片，所有硅片都未去除损伤层。

2.配方：制绒工艺配方和补加药液配方不作任何变动。工艺配方按HNO3：HF：H2O 5：1：2.7 。控制传动速度和腐蚀液温度，得到减薄量为0.30g～0.35g制绒后的硅片。

3.分组试验：分别选取A和B各一组为试验对象，组名分别为A：未添加金钢线制绒添加剂和B：添加金钢线制绒添加剂。在试验过程中，分别加入金钢线制绒添加剂标准用量的0份（即不加入添加剂，为对照试验）、1L、2L、3L、4L。即首先按厂家分成两大组试验，每一大组再次分为五个小组进行。试验加入量与分组情况见表1。

4.通过实验分组对比，A：未添加金钢线制绒添加剂，制绒后绒面没有完全张开，光电转换效率低。B：添加金钢线制绒添加剂，转换效率及短路电流均有明显变化，但因添加量的不用，未对其制绒成绒体系造成明显干扰。其中添加3L金钢线制绒添加剂的绒面表现均匀，光电转换效率有明显增益。

B组添加制绒添加剂的对照组，在硅片反应过程中提高硅片腐蚀速率，促使硅片表面成绒，增加金钢线切割硅片表面反应程度，进而降低绒面反射率，使绒面更加均匀；制绒后形成的腐蚀坑绒面的大小分布由于和400nm-1000 nm光子波长匹配而共振，使得绒面更有利于对光子的捕获而造成陷光效果，增加折射，降低反射率；对表层硅晶格缺陷，即对悬键进行配位和钝化的稳定剂成分，有效降低表面缺陷造成的复合；高效表面清洗剂，能在强酸性环境中快速去除表面的纳米级颗粒以及过渡金属离子，这样作用可以压制表面复合和减少死结的产生。

B组添加制绒添加剂的金钢线切割硅片所制的绒面在放大500倍放大下，使用添加剂的绒面腐蚀坑窄而深，且线痕密集处有明显的成绒的织构化绒面，且单位面积的腐蚀坑数量多，反射率低，具有较好的陷光性。

ISC對比：

EFF对比：

三、总结

在金钢线切割多晶硅片常规制绒药液中引入金钢线添加剂，能促使金钢线切割多晶硅片表面成绒，在切割线痕处成长处微观密集的腐蚀坑，使绒面绒面更加均匀，均匀分布的制绒腐蚀坑有利于对光子的捕获而造成陷光效果，增加折射，降低反射率，减少表面复合和死结的产生，进而大大提高金钢线切割硅片短路电流及光电转换效率。

参考文献：

[1] 季静佳，绒面技术在太阳能电池领域中的应用，太阳能研究与利用，文章编号：1001-5523，2004，增刊-0048-03。

[2] Martin A.Green，硅太阳能电池高级原理与实践，上海交通大学出版社。endprint