[发明专利]水性分散体系和多晶硅片的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于刻蚀多晶硅片的不含强酸和强碱性物质的水性分散体系、使用该水性分散体系刻蚀多晶硅片的方法和使用该刻蚀方法制备的多晶硅片。

背景技术

在太阳能电池行业，提高太阳能电池转换率的方法主要有两个方向，一是改善太阳能电池本征特性，二是提高太阳能电池的吸光性。减反膜和绒面是提高太阳能电池吸光性的主要手段。所谓的绒面是指存在于物体表面上的一系列有规则或无规则的高低不同和大小不同的表面形状。由于绒面的存在，物体表面的反射率就会大大降低，从而提高其吸光率。

现有的太阳能电池大多由晶体硅制成。而用于太阳能电池的晶体硅分单晶硅片和多晶硅片两种。用于在单晶硅片表面制备绒面的刻蚀技术已比较成熟。例如，由于单晶硅片各向异性的特点，很容易在其表面制备出规则的金字塔形绒面。但是，由于多晶硅片是由随机的晶粒组成，用于单晶硅片的刻蚀技术不能使多晶硅片表面产生有效的绒面。因此现有技术在研究可适用于多晶硅片的刻蚀方法上做了很多尝试。

例如，最常见也是现在工业上最为普遍的方法是采用氢氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)和水(或醋酸等)组成的溶液。其中，硝酸作为氧化剂，对硅进行氧化，氢氟酸用于腐蚀氧化后的二氧化硅层，水(或醋酸等)用作缓冲剂。该方法中采用的氢氟酸和硝酸的浓度较高(常见的“氢氟酸∶硝酸∶水”的体积比为“2∶1∶1.5”)，具有较高的刻蚀效率，可以降低多晶硅片表面的反射率。但是由于该反应大量放热，刻蚀需要在冷却的环境中进行。该刻蚀方法的另一个弊端是使用了有毒的氢氟酸溶液。氢氟酸可以通过皮肤和呼吸道进入人体内，溶解细胞膜，造成表皮、真皮、皮下组织乃至肌层液化坏死，而氟离子还会与组织中的钙和镁离子结合形成难溶性盐。另外，该方法使用的高浓度硝酸不仅具有高的酸性、氧化性和腐蚀性，而且在反应过程中还会被还原而释放出棕色有毒的氮氧化物(NO_x)气体，从而给工艺操作带来了一定的难度。对此，现有技术对刻蚀溶液进行了各种进一步的改进。

例如，中国专利CN 1821446A公开了由硝酸盐或亚硝酸盐替代硝酸作为氧化剂与氢氟酸混合制成的用于刻蚀多晶硅片的刻蚀溶液。虽然这种方法避免了使用强酸性的硝酸，但是仍未解决溶液中含有氢氟酸和释放由硝酸盐或亚硝酸盐还原生成的氮氧化物气体的问题。

又如，中国专利CN 1614789A公开了由Cr₂O₃或K₂Cr₂O₇代替硝酸作为氧化剂与氢氟酸混合制成的用于刻蚀多晶硅片的刻蚀溶液，从而解决了使用高氧化性、高酸性并且还原后会产生氮氧化物气体的硝酸带来的缺陷，但是这种方法还是无法避免使用氢氟酸的缺陷。为了避免由氢氟酸或强腐蚀酸性溶液带来的潜在危害，现有技术还开发了许多非酸性的用于刻蚀多晶硅片的方法。

中国专利CN 1983645A公开了一种用于刻蚀多晶硅片的碱性溶液，它包括5-10％的NaOH、EDTA和烷基磺酸钠。美国专利US 20060011588A1公开了用氢氧化物(LiOH、NaOH、KOH、Ce(OH)₄或NH₄OH)和金属螯合剂组成的溶液刻蚀多晶硅片，其中要求氢氧化物的含量至少为15重量％。虽然上述方法避免了使用氢氟酸，但其溶液中的高浓度碱，不但会给生产环境带来危害，同时也增加了企业在废弃物处理上的成本。

另外，用现有的多晶硅片刻蚀方法制得的多晶硅片其在光反射率方面仍存在改进的余地。

因此，本领域仍需要寻找一种合适的可用于太阳能多晶硅片电池上的非强酸或强碱性的刻蚀溶液，并且经该刻蚀溶液刻蚀的多晶硅片具有改进的光反射率。

发明内容

本文的一个目的在于提供一种用于刻蚀多晶硅片的水性分散体系，它不仅能消除使用强酸或强碱带来的缺陷，而且适用于太阳能多晶硅片电池的刻蚀要求。

本文的另一个发明目的是提供一种采用所述水性分散体系刻蚀多晶硅片的方法。

本文的再一个发明目的是提供一种采用所述刻蚀方法所得到的刻蚀后的多晶硅片。

因此，本文的一个方面是提供一种用于刻蚀多晶硅片的水性分散体系，它包括：

(a)一种水性介质；

(b)分散于所述水性介质中的氢氧化铋；和

(c)分散于所述水性介质中的至少一种表面活性剂，

所述氢氧化铋的浓度为约0.0001-0.5mol/l，

以所述水性分散体系的总重量计，所述表面活性剂的浓度为约1-5000ppm。