濕法刻蝕對背鈍化多晶電池的影響

郭 衛，李雪方，申開愉

（山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000）

引言

制絨工藝是背鈍化多晶電池生產的第一道工藝，在鏈式設備中使用HF/HNO3（氫氟酸/硝酸）對單個硅片進行雙面腐蝕，在達到一定的減重量后，不僅可以去除多晶硅片表面的損傷層和各種雜質，同時能夠將多晶硅片表面制備成特定的絨面，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換效率。由于多晶硅片在制絨工藝時正、背面均進行腐蝕，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行優化，提高多晶硅片背面反射率，進一步提高多晶電池轉換效率。背鈍化多晶電池在背面工藝處理過程中，硅片正面也會繞鍍沉積一些工藝副產物，還需要對這些副產物進行化學品刻蝕去除，在處理過程中，化學品會對硅片正面進行再次腐蝕，這樣就會破壞原先硅片正面形成的絨面結構，進而影響電池片正面外觀和轉換效率[1]。

1 實驗材料和工藝

實驗中，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。生產工藝為：刻蝕1+背鈍化+刻蝕2+后續工藝，其中刻蝕1 和刻蝕2 均使用HF 和HNO3的混合溶液對硅片進行處理，通過改變其溶液配比和控制參數等，得到制絨舊工藝和制絨新工藝兩個不同的路線。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。在實際生產中，絨面制備的減重量（0.42 g）通常大于去除鈍化副產物的時的減重量（0.13 g），因此在新工藝刻蝕2的調試時，絨面制備完成后，就可以達到去除副產物的效果。

2 實驗結果與討論

2.1 制絨舊工藝

在制絨舊工藝的調試步驟下，刻蝕1 后的多晶硅片正、背面反射率為17.3%和19.5%，但是經過刻蝕2后，硅片正面反射率降低至16.6%和18.3%，經過測試，電池片轉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了大量的“絨絲”，這類電池片不符合公司成品檢驗標準，判定為降級片。絨絲部分經過觀察測試，是大量細小暗紋團聚在一起形成不規則的深色區域，在EL（電致發光）測試下，電池片部分區域也出現了絨絲團聚的現象，參考文獻[2]中指出，這些暗紋區域容易被酸制絨體系腐蝕，在經過刻蝕1、2 兩次化學品腐蝕后，出現了過度腐蝕的現象，原先正常的絨面結構被破壞，出現了圖中絨絲團聚的現象。在過度腐蝕的情況下，不僅硅片正面外觀出現異常，同時也限制了電池轉換效率的進一步提升。需要對兩次刻蝕工藝進行優化，解決過度腐蝕導致的問題。

2.2 制絨新工藝

優化后的制絨新工藝步驟，在刻蝕1 時，減少了刻蝕減重量，適當增加HNO3的比例，提高硅片的拋光效果，僅僅達到清洗硅片，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，背面反射率可以達到32.6%，少子壽命提升達到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，多晶硅片表面的雜質并未完全清洗干凈，不能達到工藝清潔要求。低減重時，硅片背面反射率也比0.15 g 減重量時低，說明較低的減重量時，化學品與硅片反應不充分，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。通常生產中刻蝕1 的減重量選擇0.15 g，過高的減重量會降低硅片厚度，對后續電池片生產可能造成碎片率增高，同時，高減重量也會增加化學品的使用量，增加生產成本，因此，在生產中需要根據實際情況選擇合適的減重量[3]。

由于新工藝刻蝕1 僅僅對硅片進行了清洗，多晶硅片正面反射率達到了30.3%，未形成所需要的絨面結構，因此，新工藝刻蝕2 需要調整工藝，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，能夠達到工藝控制要求。同時，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構，電池片轉換效率也比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，電池片轉換效率與開路電壓也基本持平，在實際生產中，新工藝刻蝕2 的減重量選擇0.21 g時，電池片轉換效率可以達到最佳效果。

如圖2 所示，經過外觀檢測，制絨新工藝調試后的電池片正面未出現大量絨絲，EL 測試也未出現絨絲團聚現象，符合車間電池片質量檢驗標準。電池片轉換效率也達到了19.07%，比制絨舊工藝提高了0.26%。調試優化后的制絨新工藝不僅解決了硅片正面過度腐蝕導致的外觀異常，同時電池片轉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 實驗結果表明，新工藝調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背面后再次反射回電池內部，增加長波光的吸收利用，從而提高電池片轉換效率[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換效率有明顯提升，證明了制絨新工藝可以得到更加優良的背面鈍化效果和更高的光吸收。

表3 新舊工藝對比

3 結語

1）多晶硅片正面經過多次化學品刻蝕后，會破壞原先形成的絨面結構，出現絨絲團聚的情況，在外觀和EL 測試下，都可以看到此類異常。要解決此異常，需要調整優化刻蝕工藝，根據背鈍化多晶電池片的工藝特點，調試出適合多次化學品處理的工藝流程。

2）根據刻蝕1、2 的工藝要求和特點，調整了化學品溶液配比，減重量和反射率控制參數，從原先的一次制絨優化為一次清洗+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致的正面外觀異常問題。經過測試，電池片外觀和EL 測試下，均可以達到質量控制要求。