金刚石线切割硅片的表面处理方法及制绒方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶体硅表面处理技术领域，特别是涉及一种金刚石线切割硅片的表面处理方法及制绒方法。
【背景技术】
[0002]目前，太阳能硅电池所用的单晶、多晶硅片切割大多采用碳化硅砂浆多线切割技术，即通过高速运动的钢线带动砂浆中的碳化硅颗粒滚动磨削从而切割硅片；该技术的缺点包括切片效率低、需要使用化学冷却液、切口大导致单位质量切片数量少、昂贵的碳化硅磨料和切割产生的大量硅粉难以分离回收利用等。新型的金刚石线切割技术是将金刚石固定在钢线上，在高速运动过程中通过金刚石尖刃部分的刮削切割硅片。金刚石线切割技术相比普通的砂浆切割技术具有明显的优点:首先，金刚石线切割硅片速度比砂浆线切割高2倍以上；第二，金刚石线切割技术采用水基冷却液，无需碳化硅等砂浆添加，切割产生的高纯硅粉回收容易，对环境的影响较小；第三，金刚石线切割的切口较小，因而单位质量切片数量较砂浆切割多。因此，金刚石线切割技术不仅可以提高硅锭切片企业的生产效率，降低生产成本，同时对环境保护意义重大，该技术将逐步取代普通的砂浆切割技术。
[0003]在太阳能硅电池的常规生产工艺中，砂浆线切割硅片首先进行碱式/酸式的湿法化学制绒工艺，目的是去除切割过程中产生的损伤层，同时在硅片表面形成具有陷光作用的金字塔状或坑状的绒面结构。通常，使用各向异性的KOH碱液体系刻蚀单晶硅片从而获得具有金字塔绒面的减反结构；使用各向同性的HN03/HF酸液体系刻蚀多晶硅片获得具有坑状绒面的减反结构，其刻蚀通常从硅片切割引起的损伤层特别是微裂纹和缺陷处开始。
[0004]由于切割硅片的机理不一样，金刚石线切割硅片的表面微结构和砂浆硅片有显著差异:具体而言，砂浆线切割硅片表面具有随机而均匀分布的缺陷层；而金刚石线切割硅片表面密布平行的线痕，同时表层覆盖有一层切割引起的非晶硅层。因此，金刚石线切割硅片表层的损伤层厚度和缺陷较砂浆线切割硅片要少，导致了目前的制绒工艺在不同程度上不再适用，具体体现在线痕难以完全消除，以及刻蚀形成的坑状绒面较浅，因而制绒后反射率较常规砂浆线切割硅片高出5%以上，制成的金刚石线切割硅片电池效率则低0.1?
0.6%。目前，金刚石线切割单晶硅片在优化的碱液体系上基本解决制绒问题，但仍然或多或少存在的线痕。然而，金刚石线切割多晶硅片很难在原有的hf/hno3酸液体系上进行优化解决，导致该新型切片工艺在多晶硅电池产线上尚不能大规模应用。目前，多晶硅电池占据80%以上的市场份额，因此光伏行业迫切需要能够使用常规工艺对金刚石线切割硅片进tx有效制域的办法。
[0005]因此，针对上述技术问题，需要提出一种金刚石线切割硅片的表面处理方法及制绒方法。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，为了解决现有的不足，本发明提供了一种金刚石线切割硅片的表面处理方法及制绒方法，为后续使用常规制绒工艺的hno3/hf体系对硅片进行有效制绒创造条件，从而解决了金刚石线切割硅片的制绒难题。
[0007]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
[0008]—种金刚石线切割娃片的表面处理方法，所述金刚石线切割娃片表层覆盖有切割引起的非晶硅层，且金刚石线切割硅片表面密布平行的线痕，所述方法包括以下步骤:
[0009]S1、将金刚石线切割硅片进行清洗预处理；
[0010]S2、将清洗预处理后的金刚石线切割硅片放入含有金属离子、氧化剂和刻蚀剂的混合溶液中，进行金属离子附着、氧化生成S12、催化化学刻蚀反应；
[0011]所述金属离子选自金离子、银离子、铜离子和铁离子中的一种或多种；
[0012]所述氧化剂选自H2O2、HNO3, H2CrO4溶液中的一种或多种；
[0013]所述刻蚀剂为HF;
[0014]S3、分别用第一清洗液、第二清洗液、去离子水清洗刻蚀后硅片，分别去除硅片表面残留的金属粒子、氧化层、化学残留；
[0015]所述第一清洗液为硝酸溶液；
[0016]所述第二清洗液为氢氟酸溶液；
[0017]清洗后即可得到去除线痕和含有微缺陷非晶层的硅片。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述金刚石线切割硅片为金刚石线切割单晶硅片或金刚石线切割多晶硅片。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述金刚石线切割硅片表层覆盖的非晶硅层厚度为I?50nm，表面的线痕高度为I?10 μ m。
[0020]作为本发明的进一步改进，所述步骤SI包括:
[0021]S11、将金刚石线切割硅片放入HF溶液中清洗，去除表面的S12氧化层；
[0022]S12、将去除表面S12氧化层后的金刚石线切割硅片使用去离子水进行超声清洗。
[0023]作为本发明的进一步改进，所述步骤Sll具体为:
[0024]将金刚石线切割硅片放入质量百分比I?10% HF溶液中清洗，去除表面的S12氧化层，清洗时间为60?1200秒，清洗温度为5?30°C。
[0025]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2包括:
[0026]金属离子附着，金刚石线切割硅片将金属离子还原成金属粒子并选择性附着在非晶娃层和线痕表面；
[0027]氧化生成S12，硅片表面被氧化生成S1Jl ;
[0028]催化化学刻蚀反应，金属粒子作为化学刻蚀的催化剂，生成的S12被刻蚀剂溶解生成水溶性物质，同时氧化剂继续氧化硅片生成S12,从而使得这一溶解-氧化过程保持下去，对硅片进行化学刻蚀。
[0029]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中金属离子的浓度为0.0001?lmol/L，氧化剂的浓度为0.001?5mol/L，刻蚀剂的浓度为I?20mol/L，步骤S2的反应时间为10?3600 秒。
[0030]作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中:
[0031]第一清洗液为质量百分比为10?70%的硝酸溶液，清洗时间为60?1200秒，清洗温度为5?90°C ;
[0032]第二清洗液为质量百分比为I?10%的氢氟酸溶液，清洗时间为60?1200秒，清洗温度为5?50 °C。
[0033]相应地，一种金刚石线切割硅片的制绒方法，所述制绒方法包括:
[0034]采用上述方法对金刚石线切割硅片进行表面处理；
[0035]将表面处理后的硅片放入制绒溶液中进行制绒。
[0036]本发明具有以下优点:
[0037]本发明通过金属粒子在线痕和非晶层区域的选择性附着，以及后续的化学刻蚀消除硅片表面的线痕并在非晶层引入微缺陷，从而解决了对金刚石线切割硅片使用常规HF/HNO#ij绒工艺获得理想绒面的困难，能够使用常规工艺对金刚石线切割硅片进行有效制绒，并且通过其制备的晶体硅太阳能电池的转换效率得到了提高。
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1a?Id为本发明实施例一中金刚石线切割硅片表面处理方法的流程示意图，其中，图1a为金刚石线切割硅片的截面示意图，图1b为金刚石线切割硅片表面催化金属粒子的附着示意图，图1c为化学反应刻蚀的示意图，图1d为金属粒子子去除后的示意图；
[0040]图2为本发明实施例一中使用的金刚石线切割原硅片的表面SEM图；
[0041]图3为本发明实施例一中金刚石线切割原娃片附着金属粒子的SEM图；
[0042]图4为本发明实施例一中金刚石线切割硅片去除表面线痕并在非晶层中引入微缺陷后的表面SEM图；
[0043]图5为本发明实施例一中完成表面处理后的金刚石线切割硅片采用常规HF/HN03制绒工艺后得到绒面的SEM图。
【具体实施方式】
[0044]为了使本技术领域的人员更好地理解本