[发明专利]太阳能电池硅片表面掺硫方法

权利要求书

1.太阳能电池硅片表面掺硫方法，其特征在于包括如下步骤：

1）用化学方法或反应离子刻蚀法在硅片表面制备对太阳光具有减反射功能的晶体黑硅的微结构，简称黑硅,

2）将硅片放置于含硫气氛中，利用脉冲宽度在1ns—1000ns的脉冲激光，能量密度控制在仅使硅片表面0.5—2μm厚度内的硅材料温度达到熔点以上汽化点以下，对黑硅表面进行扫描，使硅片表面的黑硅层表面形成高浓度硫掺杂的硫硅合金层，掺硫浓度为10¹⁹—10²¹/cm³或硫硅原子比在0.1%—1%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1）对于单晶硅片，清洗单晶硅片后，将其放入第一碱性溶液中，在[100]晶向的单晶硅片表面上形成若干由四个[111]晶面构成的金字塔形状的四棱锥，四棱锥的高度为1μm至20μm，这些四棱锥构成硅片的一次绒面，用酸性溶液清洗硅片的一次绒面后再利用第二碱性溶液或含氟离子的气体由射频反应离子刻蚀四棱锥的四个侧面，各向同性刻蚀形成黑硅，其刻蚀深度在0.1—2μm之间,对于多晶硅片采用化学方法或用含氟离子的气体RIE刻蚀，形成刻蚀深度为0.5—5μm黑硅,

步骤2）中扫描的激光是激光经由扩束镜扩束和柱面镜聚焦后形成的光带，光带长度5～25mm，宽度10～200μm，聚焦于硅片上的激光能量密度为0.1～2J/cm²，使硅片表面层0.5～2μm深度处于熔融状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2）中硅片放置在柱面透镜的聚光焦点前面或后面1～10mm处。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2）中激光光带的扫描速度为10～500μm/s。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于选择的激光脉冲能量或能量密度可使黑硅区域表面的薄层0.5～2μm融化，但硅片表面未形成黑硅的区域不产生硅的熔融状态。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于激光的波长在400nm～1.5μm，激光能量空间分布为高斯型或平顶型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于激光扫描完直径为2英寸的硅片面积的时间为3～15分钟，描完直径为4英寸的硅片面积的时间为12～60分钟。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤依次如下：

单晶硅采用如下步骤1）制绒，多晶硅采用如下步骤2）制绒，

1）利用碱性溶液对（100）取向的单晶硅片刻蚀，工艺流程如下：

硅片表面清洗，

首先用1#清洗液：体积比，氨水∶双氧水∶去离子水=1∶2∶8，加热到75℃左右，清洗5～8分钟，

再用2#清洗液：体积比，HCl∶H₂O₂：H₂O=1∶2∶5，加热到75℃左右，清洗5～8分钟，

配制碱性溶液：

第一碱性溶液：溶液质量百分比为：

NaOH   1～5%

Na₂SiO₃   1%

IPA     6%

H₂O      其余，腐蚀溶液用量由待清洗硅片的直径大小计算，50～80ml/吋，

第二碱性溶液：溶液质量百分比为：

KOH   1～5%

Na₂SiO₃  1%

IPA     6%

H₂O       其余，

腐蚀溶液用量由待清洗硅片的直径大小计算，50～80ml/吋，

加热第一碱性溶液到70～80℃，放入预先准备好的硅片，刻蚀10～40分钟后取出硅片，再用2#清洗液煮沸5～8分钟；

取出硅片后，去离子水漂洗干净，

加热第二碱性溶液到70～80℃，放入预先准备好的硅片，刻蚀10～40分钟后取出硅片，再用2#清洗液煮沸5～8分钟；

2）利用酸性溶液对多晶硅片进行刻蚀，工艺流程如下：

配制多晶硅片清洗液   H₂O₂∶H₂SO₄=1∶5，体积比，

加热到75℃，清洗硅片7—9分钟，然后用去离子水漂洗干净，红外烘箱内干燥，

配制多晶硅酸性腐蚀液，体积比为

HF  50～80%

HNO₃  5～15%

H₂O  其余，

室温下每分钟100转转速搅拌腐蚀液，腐蚀多晶硅硅片10～30分钟取出，

配制碱性腐蚀液—四甲基氢氧化铵溶液TMAOH：H₂O=1∶9，体积比，加热到70℃，搅拌腐蚀多晶硅片7—9分钟取出，去离子水冲洗多晶硅片，再放入HF：H₂O=1∶5，体积比的稀释溶液中浸泡4—6分钟去除硅片上的残余反应物，

3）取出硅片后，去离子水漂洗干净，N₂吹干，

4）将制绒后的硅片装入小型真空室，对真空室抽真空，抽至1Torr以下时，关闭抽气阀，打开充气阀，给真空室充入高纯含硫气体，压力至0.8—1.2大气压，关闭充气阀，

5）将充有含硫气体和硅片的真空室放置于高精度电控平移台，将波长在400nm～1.5μm，脉冲宽度为1—1000ns，激光能量空间分布为高斯型或平顶型的激光脉冲经柱面镜聚焦后辐照硅片表面进行扫描，制备硫硅合金层，扫描的光路控制系统包括光束优化整形部分、扩束镜、柱面镜，硅片放置在柱面透镜的聚光焦点前面或后面1～10mm处，辐照在硅片表面的激光光斑形状是由柱面镜聚焦后形成的光带，光带长度5～25mm，宽度10～200μm，根据光带面积的大小调整单脉冲激光能量，使硅表面的激光能量密度在0.1～2J/cm²，激光带的扫描速度10～500μm/s，使硅片刻蚀区域的表面层0.5～2μm深度处于熔融状态，形成高浓度硫掺杂的硫硅合金层，而没有形成黑硅的区域不产生硅的熔融状态，不形成高浓度的硫掺杂层。