具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

基于目前TOPCon电池背表面的两种结构所存在的弊端，发明人认为要想达到兼顾光学性能、钝化性能以及电极的接触性能的目的，进而使TOPCon电池获得最优的效率，需要开发一种新型背表面结构。

发明人经过长期不断的探索，对腐蚀液中所采用的添加剂进行了改进，利用本发明实施例所提供的化学助剂配合碱液形成腐蚀液，对硅片处理之后能够形成介于金字塔状绒面和平整表面的一种新型背表面结构，适用于TOPCon电池，以兼顾光吸收、隧穿氧化层钝化以及金属化的各自对表面结构的特殊要求。

本发明实施例提供一种用于形成太阳电池背结构的化学助剂，按质量份数计，其原料包括第一组分0.5-10份、第二组分0.5-10份和第三组分0.01-1份；第一组分为水溶性多糖类胶体；第二组分为强极性的水溶性高分子聚合物；第三组分为醇醚类表面活性剂。

具体地，第一组分选自刺槐豆胶、葡聚糖、魔芋胶和果胶中的至少一种；第二组分选自聚六亚甲基胍、聚乙烯亚胺、聚对苯乙烯磺酸钠和聚乙烯磺酸钠中的至少一种；第三组分选自烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

需要说明的是，发明人利用第一组分、第二组分和第三组分作为添加剂的有效成分，发明人发现：本发明实施例所提供的化学助剂所形成的碱性腐蚀液对硅片处理之后，能够形成一种新型背表面结构，能够兼顾光吸收、隧穿氧化层钝化以及金属化各自对表面结构的特殊要求。

需要补充的是，在该化学助剂配方体系中，第一组分中的胶体分子在溶液中与硅表面原子有较强的结合力。当其在碱性腐蚀溶液中的浓度低，且在强电解质溶液中时，这些分子被水溶液中的离子和水分子“包裹”，随机孤立地分布在溶液中。当硅片在腐蚀溶液中反应时，这些孤立分子会在硅表面吸附结合。但是，这些孤立分子粒径小，类似于孤立的“锚点”，只能覆盖极少数的表面区域，因此随着硅表面原子与OH^-的反应进行而很快脱落，无法形成较长时间的稳定结合。同时，上述胶体分子含有大量的羟基等亲水基团，当加入第二组分时，强极性高分子的电荷与第一组分中的胶体分子的亲水基团相互吸引。这些高分子可以连接多个胶体分子，因此在硅片表面形成网络状的吸附。因此，硅片表面能够较大面积均匀吸附着一层高分子层，由于有多处“锚点”，这层保护层在腐蚀反应的过程中能够保持较长时间。有效吸附的区域能够阻碍硅与OH^-的反应而避免腐蚀，硅表面上的无吸附区域或者弱吸附区域则随着硅与OH^-的反应而被刻蚀。第三组分（即醇类表面活性剂）有利于硅与OH^-的反应产生的氢气泡被排出，使反应得到的硅片表面外观均匀一致，无气流痕迹。由于上述三个组分的协同作用，能够形成一种均匀的特殊背表面结构。该背表面结构中表现出“山峰”+“盆地”的结构，“山峰”侧壁近似为暴露的（111）硅晶面，而“盆地”近似为暴露的（100）硅晶面。该结构具有较高比例的（100）晶面，相较于金字塔绒面结构，它有利于获得较好的钝化效果。同时，该结构具有一定的微观粗糙度，接触面积大，更易于与导电银浆接触。因此它的接触电阻显著低于平整表面结构，易于获得更优效率。

为进一步提升腐蚀处理之后的硅片的综合性能，发明人对各组分的用量做了进一步优化：按质量份数计，其原料包括第一组分0.5-5份、第二组分0.5-3份和第三组分0.01-0.5份。需要说明的是，通过对三种组分的原料选择做进一步优化，能够进一步提升腐蚀处理之后的光学性能、钝化性能以及电极的接触性能，使TOPCon电池获得最优的效率。

在可选的实施方式中，包括：将化学助剂的原料和水混合得到水溶液，在水溶液中，第一组分、第二组分和第三组分的质量分数依次为0.5-10%、0.5-10%和0.01-0.5%。如第一组分的质量分数可以为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%、10%等，也可以为以上数值之间的任意值。第二组分的质量分数可以和第一组分相同，也可以不同，其同样是在0.5-10%范围内取值。第三组分的质量分数可以为0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%等，也可以为以上数值之间的任意值。

需要说明的是，化学助剂作为产品其可以是水溶液的形式，也可以和碱液形成碱性腐蚀液作为产品售卖，但需要将三种组分的用量比例进行控制即可。在精确控制三种组分的用量比例的前提下，可以采用常规的手段配置成水溶液或者形成碱性腐蚀液，其产品的形式可以是多样的，故只要三种组分的配比在本申请所限定的范围内，即落入本申请的保护范围。

本发明实施例提供一种用于形成太阳电池背结构的碱性腐蚀液，其利用前述实施方式中制备方法制备得到的化学助剂与碱性溶液混合而得，可以将总化学助剂的用量控制在常规范围内即可。

在一些实施例中，化学助剂以水溶液的形式与碱性溶液混合，控制碱性溶液的质量分数为1-2%（如1%、1.5%、2%等），碱性溶液和化学助剂水溶液的体积比为100:0.5-100:2（100:0.5、100:1.0、100:1.5、100:2等）。

在其他实施例中，化学助剂也可以不采用水溶液的形式加入，而直接将第一组分、第二组分和第三组分加入至碱液中即可，将第一组分、第二组分和第三组分的用量比控制在本申请所限定的范围内。

具体地，碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

本发明实施例还提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，其采用上述碱性腐蚀液对硅片进行腐蚀，能够获得一种介于金字塔状绒面和平整表面的新型背表面结构，能够兼顾光学性能、钝化性能以及电极的接触性能。

在一些实施例中，制备方法包括：将硅片在碱性腐蚀液中反应120-600s，碱性腐蚀液的温度控制为50-95℃。具体地，反应温度可以为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、95℃等，反应时间为120s、200s、300s、400s、500s、600s等。

在一些实施例中，先将硅片进行预清洗之后，再与碱性腐蚀液进行反应，通过预清洗去除表面的杂质再进行腐蚀反应。

在一些实施例中，在与碱性腐蚀液反应之后，采用双氧水进行浸洗，通过双氧水清洗以彻底去除吸附在硅片表面的残留有机物。在清洗之后可以进行再次水洗并烘干。

本发明实施例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，其采用上述制备方法进行制备，使太阳电池具有一种特殊的新型背结构，特别适用于TOPCon太阳电池，能够克服现有的两种结构的弊端，综合性能优良，具有很好的市场应用前景。但在此不做仅针对TOPCon太阳电池的限定。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，包括如下步骤：

（1）化学助剂溶液的制备

将1.5质量份的刺槐豆胶和水混合搅拌得到澄清的胶体溶液，然后依次加入0.5质量份的聚六亚甲基胍和0.1质量份的壬基酚聚氧乙烯醚，充分混合均匀得到化学助剂溶液。其中，在化学助剂溶液中，刺槐豆胶质量分数为1.5%，聚六亚甲基胍质量分数为0.5%，壬基酚聚氧乙烯醚质量分数为0.1%。

（2）碱性腐蚀液的制备与腐蚀反应

配置质量分数1.5%的氢氧化钾溶液作为碱性腐蚀液，保持溶液温度为70℃。向碱性腐蚀液中加入步骤（1）中制备的化学助剂溶液，控制碱性腐蚀液和化学助剂溶液的体积比为100:1，搅拌均匀。

将经过前表面扩散（就TOPCon太阳电池制造工序而言，通常为硼扩散）之后的硅片经过预清洗进入上述碱性腐蚀溶液中进行反应，时间保持200s。

（3）后处理

将反应后的硅片取出，立即用去离子水浸洗，充分稀释表面附着的腐蚀溶液。将浸洗后的硅片浸入到质量分数为1.5%的双氧水溶液中，维持双氧水溶液温度60℃，并加入质量分数为0.5%的氢氧化钾。将硅片再次清洗并烘干，得到测试样品。

实施例2

本实施例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例1不同之处仅在于步骤（1），具体如下：

将2.0质量份的葡聚糖和水混合搅拌，然后依次加入0.5质量份的聚乙烯亚胺和0.2质量份的脂肪醇聚氧乙烯醚，充分混合均匀得到化学助剂溶液。其中，在化学助剂溶液中，葡聚糖质量分数为2.0%，聚乙烯亚胺质量分数为0.5%，脂肪醇聚氧乙烯醚质量分数为0.2%。

实施例3

本实施例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例1不同之处仅在于步骤（1），具体如下：

将1.0质量份的魔芋胶和水混合搅拌，然后依次加入0.5质量份的聚对苯乙烯磺酸钠和0.1质量份的异构十三醇聚氧乙烯醚，充分混合均匀得到化学助剂溶液。其中，在化学助剂溶液中，魔芋胶质量分数为1.0%，聚对苯乙烯磺酸钠质量分数为0.5%，异构十三醇聚氧乙烯醚质量分数为0.1%。

实施例4

本实施例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例1不同之处仅在于步骤（1），具体如下：

将3.0质量份的果胶和水混合搅拌，然后依次加入1.0质量份的聚乙烯磺酸钠和0.1质量份的异构十三醇聚氧乙烯醚，充分混合均匀得到化学助剂溶液。其中，在化学助剂溶液中，果胶质量分数为3.0%，聚乙烯磺酸钠质量分数为1.0%，异构十三醇聚氧乙烯醚质量分数为0.1%。

实施例5

本实施例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例1不同之处仅在于步骤（1），具体如下：将10质量份的刺槐豆胶和水混合搅拌得到澄清的胶体溶液，然后依次加入10质量份的聚六亚甲基胍和5质量份的壬基酚聚氧乙烯醚，充分混合均匀得到化学助剂溶液。其中，在化学助剂溶液中，刺槐豆胶质量分数为10%，聚六亚甲基胍质量分数为10%，壬基酚聚氧乙烯醚质量分数为0.5%。

对比例1

本对比例提供一种现有的制绒添加剂，对硅片背面进行二次制绒，得到金字塔状的绒面结构。

腐蚀过程如下: 配置质量分数1%的氢氧化钾溶液作为碱性腐蚀液，在其中加入制绒添加剂（市售），保持溶液温度为80℃，按照常规的制绒程序反应。将制绒后的硅片清洗烘干，得到测试样品。

对比例2

选择行业里现有的碱性抛光添加剂，对硅片背面进行化学抛光，得到近似平整表面结构。

腐蚀过程如下:配置质量分数1%的氢氧化钾溶液作为碱性腐蚀液，在其中加入碱性抛光添加剂（市售），保持溶液温度为65℃，反应时间200s，其余按照腐蚀抛光的程序反应。将抛光后的硅片清洗烘干，得到测试样品。

对比例3

本对比例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例4不同之处仅在于：将第一组分中的果胶替换为水溶性纤维素。其他组分保持相同。

对比例4

本对比例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例4不同之处仅在于：在该化学助剂中不加入第二组分（聚乙烯磺酸钠）。

对比例5

本对比例提供一种太阳电池新型背结构的制备方法，与实施例4不同之处仅在于：不加入异构十三醇聚氧乙烯醚。

试验例1

测试实施例1-4以及对比例1-2中腐蚀反应之后得到硅片的背结构，采用扫描电镜进行检测，结果如图1-图4。

实施例1-4中得到样品背表面的微观结构（电子扫描显微镜正面照片）如图1中（a）-（d）所示。实施例1-4中得到样品背表面的微观结构（电子扫描显微镜截面照片））如图2中（a）-（d）所示。从图1-图2可以看出，这些结构表现出“山峰”+“盆地”的结构，“山峰”侧壁近似为暴露的（111）硅晶面，而“盆地”近似为暴露的（100）硅晶面。“山峰”和“盆地”以随机的方式均匀地覆盖整个电池背表面。在四个实施例中，“盆地”暴露的平面占背表面总面积的比例不同，因此得到不同的表面反射率。

对比例1中所得到的样品的正面照片如图3中（a）所示，截面照片如图3中（b）所示。可以看到表面是随机分布的金字塔结构，暴露出（111）的晶面。

对比例2中所得样品的扫描电镜拍摄图如图4所示。附图4是近似平整结构的背表面，表面略有方形的腐蚀坑，但是腐蚀坑的深度非常小（＜1 um）。该结构的表面绝大部分是（100）晶面。

对比实施例和对比例1和对比例2，可以看到本发明实施例所得到的新型背面结构介于金字塔绒面结构和平整结构的表面，它具有适中的反射率。该结构具有较高比例的（100）晶面，相较于金字塔绒面结构，它有利于获得较好的钝化效果。同时，该结构具有一定的微观粗糙度，接触面积大，更易于与导电银浆接触。因此，它的接触电阻显著低于平整表面结构，易于获得更优效率。

试验例2

在对比例3中，将助剂第一组分中的刺槐豆胶替换为水溶性纤维素，其余均与实施例4相同。硅片腐蚀反应后的背表面用扫描电镜观察，结果如图5所示，（a）为样品的正视图，（b）为截面的侧视图。水溶性纤维素虽也属于水溶性胶体，但其与硅表面的作用力较弱，无法有效地阻碍硅原子与碱的反应，形成无规则的随机起伏，未形成实施例1-4所体现的较为规则的“山峰”+“盆地”状的结构。

在对比例4中，将助剂第二组分中的聚乙烯磺酸钠取消，第一组分仍为果胶，其余均与实施例4相同。硅片腐蚀反应后的背表面用扫描电镜观察，结果如图6所示，（a）为样品的正视图，（b）为截面的侧视图。可以看到腐蚀溶液中的果胶分子孤立随机地与单晶硅表面的原子结合。在腐蚀过程中，果胶分子结合的区域得到保护，成为金字塔的顶端。未结合区域的硅原子逐渐被OH^-向下腐蚀，腐蚀速率慢的（111）面暴露出来，形成了金字塔的结构。由于第二组分的缺失，果胶分子未能形成网络状的吸附层，只是孤立的吸附点，所以最终反应后的表面状态是平面上随机分布着金字塔，也未形成实施例1-4所体现的较为规则的“山峰”+“盆地”状的结构。

在对比例5中，将助剂第三组分中表面活性剂异构十三醇聚氧乙烯取消，保留第一组分和第二组分，其余均与实施例4相同。图7所示显示了实施例4和对比例5中硅片腐蚀反应后背表面的光学照片，（a）是实施例4，（b）是对比例5。从照片中可以看到，实施例4中背表面的外观均匀一致，而对比例5中的背表面虽然也是类似的效果，但是表面有不均匀的斑点，这些斑点是由于腐蚀过程中生成的氢气泡吸附在表面导致的，这些吸附的气泡阻碍了硅和碱的反应。加入第三组分后，表面活性剂有助于气泡从表面脱附，从而获得外观均匀的表面。

试验例3

从实施例1-4可以看出，不同比例的“山峰”和“盆地”的比例，可以获得不同的反射率。选择实施例4和对比例1和2中得到样品，测试光谱反射率，结果如图8所示。同时，这三个背表面样品的光学照片如图9所示，（a）为对比例1中金字塔状的绒面结构，（b）为实施例4中的新型结构，（c）为对比例2中的平整表面结构。

光谱测试结果显示对比例1中的金字塔状的绒面结构具有最低的反射率，平均反射率为11.1%。对比例2中的平整表面结构的反射率最高，在300-1000nm的平均反射率是47.8%。本发明实施例4所得的新型结构，平均反射率为32.8%。从图9照片可以看到，对比例1由于显著的光吸收，呈现蓝黑色，对比例2是类似镜面的亮光效果，实施例4所得样品显示均匀一致的浅灰色，所表现的效果与光谱反射率的测试结果对应。

由此可见，本发明所得到的新型背表面结构混合了（100）晶面和（111）晶面，较为均匀的“山峰”和“盆地”结构介于金字塔状绒面结构和平整表面结构，其反射率也是介于两者之间。

试验例4

基于实施例4得到的单晶硅新型背结构和对比例1和2中的背结构制备太阳能电池，并测试其电学参数，如表1所示。

表1 太阳电池效率测试结果

从表1可以看出：对比例2中平整背表面的太阳电池转化效率为23.42%，对比例1中的背面金字塔绒面结构电池转化效率23.59%，经过本发明实施例4处理后的背面结构电池效率23.64%。

相较于平整表面结构，接触电阻Rs从0.0037Ω降低到0.0016Ω，改善填充因子FF。结合短路电流提升，使得效率明显提升，增加0.22%。

对比金字塔绒面的背结构，主要体现在开路电压的改善，使得效率提升0.05%。因此，从太阳电池的效率对比中看出，本发明的用于制作太阳电池新型背表面结构的化学组分及技术方案，适用于TOPCon太阳电池，具有较明显的技术优势。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。