晶體硅太陽(yáng)電池制絨工藝晶體硅太陽(yáng)電池制絨工藝目錄1.基礎(chǔ)知識(shí)

2.工藝分類

3.工藝流程

4.化學(xué)原理

5.影響因素

6.工藝控制

7.酸清洗的作用

8.開(kāi)關(guān)機(jī)注意事項(xiàng)

9.單晶絨面不良的分析及措施目錄1.制絨基礎(chǔ)知識(shí)1.1什么是制絨制絨是將硅表面進(jìn)行預(yù)清洗并用強(qiáng)堿或強(qiáng)酸腐蝕成類似金字塔狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)的過(guò)程1.制絨基礎(chǔ)知識(shí)1.1什么是制絨1.2制絨的作用1.2.1去除損傷層1.2.2形成減反射絨面（陷光結(jié)構(gòu)）1.3制絨的目的1.2.1利用陷光原理，增加光的吸收，提高短路電流Isc1.2.2增加PN結(jié)的面積1.2制絨的作用1.2.1去除損傷層2.制絨工藝分類2.1單晶

堿制絨，利用單晶片各向異性的腐蝕特性由強(qiáng)堿對(duì)硅片表面進(jìn)行一系列的腐蝕。我司現(xiàn)在也在使用堿制絨，當(dāng)然也有某些公司用酸制絨做單晶。

主要化學(xué)藥品為：氫氧化鈉或氫氧化鉀、異丙醇或乙醇、硅酸鈉或絨面添加劑2.2多晶

酸制絨，利用強(qiáng)腐蝕性酸混合液的各向同性的腐蝕特性對(duì)硅片表面進(jìn)行腐蝕。

主要化學(xué)藥品為：硝酸、氫氟酸2.制絨工藝分類2.1單晶3.制絨工藝流程3.1單晶裝片去損傷制絨漂洗溢流漂洗HCl清洗溢流漂洗HF清洗兩次溢流漂洗烘干出片預(yù)脫水溫水漂洗3.制絨工藝流程3.1單晶裝片去損傷制絨漂洗溢流漂洗HCl3.1多晶

上片純水清洗制絨純水清洗HF+HCl清洗吹干下片NaOH清洗純水清洗3.1多晶上片純水清洗制絨純水清洗HF+HCl清洗吹干4.制絨的化學(xué)原理4.1單晶4.1.1化學(xué)原理利用低濃度堿溶液對(duì)晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成金字塔結(jié)構(gòu)密布的表面形貌，就稱為表面織構(gòu)化。金字塔的四面全是由〈111〉面包圍形成。4.1.2陷光原理當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。4.制絨的化學(xué)原理4.1單晶總反應(yīng)化學(xué)方程式：

Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑副反應(yīng)化學(xué)方程式：Na2SiO3+H2O→H2SiO3+OH-Na2SiO3→(Na2O)x·(SiO2)y總反應(yīng)化學(xué)方程式：Si+2NaOH+H2O4.2多晶

硅被HNO3氧化，反應(yīng)為：

用HF去除SiO2層，反應(yīng)為：

總化學(xué)反應(yīng)方程式為：4.2多晶硅被HNO3氧化，反應(yīng)為：5.影響制絨的因素5.1單晶制絨影響因素分析

硅的腐蝕速率與表面原子密度、晶格方向、摻雜濃度、溶液成分、濃度、溫度、攪拌等參數(shù)有關(guān)5.1.1影響因素NaOH及異丙醇濃度制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計(jì)量制絨反應(yīng)的溫度制絨反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短槽體密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度5.影響制絨的因素5.1單晶制絨影響因素分析5.1.2各個(gè)因素作用反應(yīng)溫度NaOH濃度制絨的根本反應(yīng)控制過(guò)程IPA濃度NaSiO3濃度提高溶液濃稠度，控制反應(yīng)速度攪拌或鼓泡提高反應(yīng)物疏運(yùn)速度，提高氫氣泡脫附作用硅片表面原始狀態(tài)，如：表面平整度、有無(wú)油污、劃傷及硅片厚度等氫氣泡密度及大小以及在硅片表面停留的時(shí)間決定金字塔形貌過(guò)程控制5.1.2各個(gè)因素作用反應(yīng)溫度NaOH濃度制絨的根本反應(yīng)控5.1.3各個(gè)因素影響單晶制絨的規(guī)律溫度越高腐蝕速度越快溶液濃度越高腐蝕速度越快IPA濃度越高腐蝕速率越慢Na2SiO3濃度越高腐蝕速率越慢工業(yè)中的腐蝕應(yīng)使參數(shù)處于比較平緩的變化區(qū)域。以使反應(yīng)速度不致因?yàn)閰?shù)的微小變化造成較大的變化。IPA濃度應(yīng)使用較低的水平，使反應(yīng)速度控制在較理想的區(qū)域（0.5~0.6μm/min），這樣可以在金字塔的質(zhì)量和生產(chǎn)率之間找到一個(gè)平衡。5.1.3各個(gè)因素影響單晶制絨的規(guī)律溫度越高腐蝕速度越快5.1.4制絨腐蝕速率、腐蝕量同時(shí)間的關(guān)系

●腐蝕量同時(shí)間的關(guān)系●腐蝕速率同時(shí)間的關(guān)系以上各種顏色曲線是多次試驗(yàn)的不同濃度的統(tǒng)計(jì)5.1.4制絨腐蝕速率、腐蝕量同時(shí)間的關(guān)系5.1.5NaOH濃度對(duì)金字塔的影響當(dāng)NaOH的濃度小于1.5%和大于4%時(shí)都會(huì)破壞金字塔結(jié)構(gòu)。在此范圍間，增加NaOH濃度會(huì)稍微增加反應(yīng)速度。

0.5%1.5%5.5%5.1.5NaOH濃度對(duì)金字塔的影響當(dāng)NaOH的濃度小于15.1.6IPA濃度對(duì)金字塔的影響當(dāng)IPA的濃度從3%增加到10%時(shí)，反應(yīng)速度會(huì)明顯下降。

0%5%10%5.1.6IPA濃度對(duì)金字塔的影響當(dāng)IPA的濃度從3%增加5.1.7溫度對(duì)金字塔的影響在同樣的NaOH濃度下，當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)速度明顯加快。

78℃83℃88℃5.1.7溫度對(duì)金字塔的影響在同樣的NaOH濃度下，當(dāng)溫度5.2多晶制絨影響因素分析多晶制絨反應(yīng)的發(fā)生點(diǎn)為表面的缺陷點(diǎn)，如果過(guò)分完整的表面反而無(wú)法制絨——水至清則無(wú)魚(yú)。但是反過(guò)來(lái)，制絨的情況也受表面狀態(tài)影響很大，不容易控制。酸性溶劑有除油效果，因此多晶硅表面的制絨對(duì)于前期硅片表面沾污不是很敏感。酸性溶劑在表面如遇空氣，很容易干躁形成氧化層的著色現(xiàn)象，一旦著色很難再行清除。多晶硅在酸洗之后還未經(jīng)清水漂洗之前出水不應(yīng)長(zhǎng)于12秒。因此，最好使用在線式連續(xù)清洗。酸性溶劑的濃度和溫度對(duì)于腐蝕速度的控制具有決定意義，應(yīng)嚴(yán)格控制。5.2多晶制絨影響因素分析多晶制絨反應(yīng)的發(fā)生點(diǎn)為表面的缺陷使用HF、HNO3、H2O混合液HNO3在硅表面形成SiO2層HF將氧化層除去從而HF、HNO3兩者形成競(jìng)爭(zhēng)5.2.1濕法各相同性腐蝕腐蝕速率外觀HNO3HF發(fā)亮暗紋使用HF、HNO3、H2O混合液5.2.1濕法各相同性腐蝕溫度對(duì)于腐蝕速度的控制具有決定意義，應(yīng)嚴(yán)格控制。5.2.2溫度對(duì)腐蝕速度和反射率的影響溫度對(duì)于腐蝕速度的控制具有決定意義，應(yīng)嚴(yán)格控制。5.2.25.2.3時(shí)間對(duì)表面形貌的影響120秒240秒在同樣濃度下不同時(shí)間的對(duì)絨面的影響5.2.3時(shí)間對(duì)表面形貌的影響6.制絨工藝控制6.1硅片表面沾污的來(lái)源硅片有手指印，在清洗前看不見(jiàn)，但是清洗后卻清晰可見(jiàn)硅棒切片后清洗工藝中的有機(jī)物沾污硅片表面的碳沾污硅棒切片時(shí)潤(rùn)滑劑的粘污硅片經(jīng)過(guò)熱堿處理后提出在空氣中，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)與空氣中的氧反應(yīng)形成一層氧化層，這層氧化層一旦形成就很難再清洗下去了。因此，在堿清洗后不能在空氣中暴露12秒以上。6.制絨工藝控制6.1硅片表面沾污的來(lái)源6.2單晶工藝控制參數(shù)硅片單面腐蝕厚度（腐蝕量）反射率金字塔大小白斑、雨點(diǎn)劃傷、劃痕花籃印外觀均勻性6.2單晶工藝控制參數(shù)硅片單面腐蝕厚度（腐蝕量）6.1.1單晶工藝控制方法斑點(diǎn)雨點(diǎn)狀斑點(diǎn)表面發(fā)白增加IPA濃度減少NaSiO3濃度，或增加NaOH濃度水痕印NaSiO3沉積量過(guò)多噴淋效果不理想黑斑點(diǎn)NaSiO3附著表面堿腐蝕后暴露空氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)沒(méi)有及時(shí)清洗云霧狀白斑手指印硅片沾污、切片清洗液殘留油性、脂肪酸沾污預(yù)清洗或去損傷處理IPA濃度太低雨點(diǎn)、發(fā)花腐蝕速率慢、發(fā)白IPA濃度太高白斑、腐蝕速率快、發(fā)亮6.1.1單晶工藝控制方法斑點(diǎn)雨點(diǎn)狀斑點(diǎn)表面發(fā)白增加IPA在制絨過(guò)程中有三個(gè)變量需要控制：IPA濃度KOHorNaOH濃度硅酸鹽濃度其他需要控制的因素：溫度（高低和均勻性）時(shí)間

水流（攪動(dòng)或鼓泡）要控制的結(jié)果：金字塔的大小金字塔的鋪滿程度表面的花片理想金字塔：小——1－3μm勻——鋪滿整個(gè)表面凈——沒(méi)有任何花斑6.1.2怎樣才是“好”的金字塔在制絨過(guò)程中有三個(gè)變量需要控制：理想金字塔：6.1.2怎樣6.1.3怎樣才能做到“好”的金字塔關(guān)鍵：降低硅片表面及溶液的界面能

三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：對(duì)來(lái)料檢驗(yàn)較差的硅片表面進(jìn)行預(yù)處理，如粗拋液、清洗劑或強(qiáng)氧化劑。提高硅片表面的浸潤(rùn)能力，如增加IPA濃度或把硅片進(jìn)行酸或堿的腐蝕。減少溶液的張力，如絨面添加劑。添加劑有很多極性或非極性的功能團(tuán)來(lái)降低腐蝕液表面的張力。6.1.3怎樣才能做到“好”的金字塔關(guān)鍵：降低硅片表面及溶硅片厚度（腐蝕量、腐蝕速率）蟲(chóng)孔長(zhǎng)寬比亮斑暗紋表面平整度表面潔凈度（棕黃色斑跡）6.2多晶工藝控制參數(shù)硅片厚度（腐蝕量、腐蝕速率）6.2多晶工藝控制參數(shù)

6.2.1多晶工藝控制方法HNO3濃度太低硅片表面有暗紋硅片表面發(fā)亮HF濃度太高硅片腐蝕速度過(guò)快酸濃度太低硅片腐蝕速度過(guò)慢水紋印干燥效果不理想酸制絨出來(lái)后暴露在空氣中的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有絡(luò)合物殘留硅片表面有黃斑HNO3濃度太高6.2.1多晶工藝控制方法HNO3濃度太低硅片表7.酸清洗的作用

7.1鹽酸清洗的作用7.1.1中和殘留在硅片表面的堿液7.1.2去除在硅片切割時(shí)表面引入的金屬雜質(zhì)注：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與Fe3+、Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物7.酸清洗的作用

7.1鹽酸清洗的作用7.2氫氟酸清洗的作用7.2.1去除在清洗過(guò)程中表面形成SiO2層7.2.2氫氟酸是良好的脫水劑，起到預(yù)脫水的作用7.2氫氟酸清洗的作用7.2.1去除在清洗過(guò)程中表面形成8.現(xiàn)有單晶制絨設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)注意事項(xiàng)

8.1開(kāi)機(jī)流程

先在制絨設(shè)備電柜中打開(kāi)24V轉(zhuǎn)換電源開(kāi)關(guān)和控制電源，然后打開(kāi)各需要打開(kāi)的加熱器及6個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)電源，最后打開(kāi)PLC控制開(kāi)關(guān)。

8.2開(kāi)機(jī)注意事項(xiàng)8.2.1檢查制絨設(shè)備的所有急停按鈕是否都在斷開(kāi)狀態(tài)；8.2.2開(kāi)機(jī)后觀察PLC面板上是否有報(bào)警信息；8.2.3檢查純水的電阻率，大于17.5Mohm-cm。8.現(xiàn)有單晶制絨設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)注意事項(xiàng)

8.1開(kāi)機(jī)流程8.3關(guān)機(jī)流程

先將自動(dòng)開(kāi)關(guān)變?yōu)槭謩?dòng)狀態(tài)，然后在制絨設(shè)備電柜中關(guān)閉PLC控制開(kāi)關(guān)，再關(guān)閉24V轉(zhuǎn)換電源開(kāi)關(guān)和控制電源，然后關(guān)閉各個(gè)加熱器和機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)電源。8.4關(guān)機(jī)注意事項(xiàng)8.4.1由自動(dòng)變?yōu)槭謩?dòng)的時(shí)候，一定要注意機(jī)械臂運(yùn)行情況，是否在操作，必須要自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)改為待機(jī)后再由待機(jī)改為手動(dòng)狀態(tài)，并且機(jī)械臂上沒(méi)有花籃才可以關(guān)機(jī)；8.4.2關(guān)機(jī)前要求所有的槽體都用水槍清洗一遍；8.4.3關(guān)機(jī)后也要注意將加藥的天平、稱片天平和顯微鏡的電源關(guān)閉。8.3關(guān)機(jī)流程先將自動(dòng)開(kāi)關(guān)變?yōu)槭謩?dòng)狀態(tài)，然后9.單晶絨面不良的分析及措施9.1絨面不良分析1、表面污點(diǎn)（包括手指印、殘留物-IPA/NaOH/NaSiO3、外來(lái)雜質(zhì)、花籃印、水紋）；2、表面發(fā)白；3、表面發(fā)亮；4、表面有規(guī)則的閃光；5、表面有彗星現(xiàn)象；6、表面無(wú)絨面；7、表面絨面不均勻。9.單晶絨面不良的分析及措施9.1絨面不良分析9.1.1表面手印現(xiàn)象：表面有指紋殘留原因：在切片清洗過(guò)程中或包裝時(shí)人為的接觸硅片解決方法：1、IPA可以起到一定效果，但是不能杜絕；2、預(yù)清洗也能有一定的效果，但也不能百分百處理干凈。9.1.1表面手印現(xiàn)象：表面有指紋殘留9.1.2表面藥液殘留現(xiàn)象：表面有大量的藥液殘留原因：IPA加入過(guò)多解決方法：重新制絨。9.1.2表面藥液殘留現(xiàn)象：表面有大量的藥液殘留9.1.3表面污染現(xiàn)象：同一批片子相同位置有一些類似于油污一樣的污漬原因：來(lái)料問(wèn)題，可能于切片后干燥處理有關(guān)系或者是包裝時(shí)引入解決方法：1、與硅片廠家協(xié)商；2、加大預(yù)清洗濃度；3、重新制絨。9.1.3表面污染現(xiàn)象：同一批片子相同位置有一些類似于油污9.1.4表面污漬現(xiàn)象：制絨后表面有污漬原因：制絨后反應(yīng)物殘留解決方法：1、加大預(yù)清洗濃度；2、重新制絨。9.1.4表面污漬現(xiàn)象：制絨后表面有污漬9.1.5表面發(fā)白現(xiàn)象：表面發(fā)白原因：制絨時(shí)間或濃度不夠