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更高Voc HJT制绒清洗工艺如何优化?

光伏电池组件  来源:摩尔光伏    2020/2/13 7:38:29  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:在HJT异质结电池结构中,异质结及界面决定电池的最终特性。硅衬底是异质结界面的一部分,其品质是决定电池性能的关键因素之一。因此制绒清洗工序,需要优化电池的陷光性能,有效绒面结构可使入射光在表面进行多次反射和折射,延长光程,增加光生载流子;需要形成洁净表面,减少硅片表面不洁净而引入的缺陷和杂质,从而降低结界面处载流子的复合损失。

制绒清洗为HJT制程首要工序,其主要目的为:利用KOH腐蚀液对N型硅片进行各项异性腐蚀,将Si(100)晶面腐蚀为Si(111)晶面的四方椎体结构("金字塔结构"),即在硅片表面形成绒面,可将硅片表面反射率降低至12.5%以下,从而产生更多的光生载流子;形成洁净硅片表面,由于HJT电池中硅片衬底表面直接为异质结界面的一部分,故需形成洁净硅片表面,从而避免不洁净引进的缺陷和杂质而带来的结界面处载流子的复合。

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表 1 Jinergy制绒清洗工艺流程

清洁的硅片表面和合理的织构化处理是获得高Voc的前提条件。Jinergy制绒清洗工艺流程见表1。

首先使用SC1对原硅片表面进行清洗,主要去除硅片切割过程中引入的有机杂质、颗粒等污染。SC1药液,由于H2O2的作用,硅片表面有一层亲水性的自然氧化膜(SiO2),硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透,由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NH4OH腐蚀,因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中,从而达到去除粒子的目的。在 NH4OH腐蚀硅片表面的同时,H2O2又在氧化硅片表面形成新的氧化膜。

接着使用KOH溶液对硅片进行抛光处理,去除硅片表面切割过程中造成的损伤层。完全去除损伤层后,可大幅度降低硅片表面的界面态密度,减少硅片衬底的复合损失。影响抛光效果的主要因素为药液浓度、工艺温度、工艺时间等,可通过工艺参数调控抛光处理效果。

制绒为核心清洗步骤,一般HJT电池均使用单晶硅片,单晶硅片一般使用KOH进行各向异性腐蚀,形成金字塔绒面。为保证绒面均匀可控,一般需要在添加剂辅助作用下进行工艺。

在制绒工序,绒面大小为主要关注指标,一般可通过添加剂的选择、工艺配比的变化、工艺温度及工艺时间等来进行调节控制。目前行业内关于绒面尺寸未达成一致的结论(基本在2-10μm范围内),只需同后段工序工艺匹配即可,反射率基本均控制在12.5%以内(300-1100nm波长范围,D8测试)。

完成制绒后,使用RCA清洗去除前段清洗中残留的添加剂物、颗粒物、金属离子等。为形成洁净硅片表面,一般先去除有机物,再溶解氧化层,然后去除颗粒和金属离子。使用SC1去除颗粒物,使用SC2去除硅片表面的钠、铁、镁、锌等金属杂质。由于非晶硅薄膜在绒面上沉积的均匀性较差,行业内使用HNO3+HF溶液对绒面进行各向同性腐蚀,将金字塔底部进行圆滑处理。

最终通过HF溶液去除表面氧化层,经处理后能限制硅片表面在洁净空气中被氧化,但仍不能完全阻止自然氧化层的形成。故制绒清洗后的硅片要尽快转移至CVD工序,生产中需将制绒后Q-time时间压缩至极致。

由于RCA清洗化学品耗量较大且废液处理成本较高,目前行业内开始使用臭氧超纯水清洗代替RCA完成硅片制绒后清洗工作。臭氧的氧化还原势高于H2O2,可有效去除金属、颗粒和有机物,而且不会增加硅片表面微粗糙度。臭氧清洗在满足工艺需求的同时,可降低化学品耗量及动力运行成本。


原标题:更高Voc,HJT制绒清洗工艺如何优化?

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