晶体硅太阳电池制绒工艺解读课件

晶体硅太阳电池制绒工艺目目 录录目 录1.1.制绒基础知识制绒基础知识1.1 什么是制绒什么是制绒 制绒是将硅表面进行预清洗并用强碱或强酸腐蚀成类似金字塔状或蜂窝状结构的过程1.制绒基础知识1.1 什么是制绒1.2 制绒的作用制绒的作用1.2.1 去除损伤层1.2.2 形成减反射绒面（陷光结构）1.3 制绒的目的制绒的目的1.2.1 利用陷光原理，增加光的吸收，提高短路电流Isc1.2.2 增加PN结的面积1.2 制绒的作用1.2.1 去除损伤层2.1 单晶单晶 碱制绒，利用单晶片各向异性的腐蚀特性由强碱对硅片表面进行一系列的腐蚀。我司现在也在使用碱制绒，当然也有某些公司用酸制绒做单晶。主要化学药品为：氢氧化钠或氢氧化钾、异丙醇或乙醇、硅酸钠或绒面添加剂2.2 多晶多晶 酸制绒，利用强腐蚀性酸混合液的各向同性的腐蚀特性对硅片表面进行腐蚀。主要化学药品为：硝酸、氢氟酸2.制绒工艺分类2.1 单晶3.1 单晶单晶3.制绒工艺流程3.1 单晶装片去损伤制绒漂洗溢流漂洗HCl3.1 多晶多晶 3.1 多晶 上片纯水清洗制绒纯水清洗HF+HCl清洗吹干4.4.制绒的化学原理制绒的化学原理4.1 单晶单晶4.1.1 化学原理化学原理 利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成金字塔结构密布的表面形貌，就称为表面织构化。金字塔的四面全是由111面包围形成。4.1.2 陷光原理陷光原理 当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。4.制绒的化学原理4.1 单晶总反应化学方程式总反应化学方程式：Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2副反应化学方程式：副反应化学方程式：Na2SiO3+H2O H2SiO3+OH-Na2SiO3 (Na2O)x(SiO2)y总反应化学方程式：Si+2NaOH+H2O 硅被HNO3氧化，反应为：用HF去除SiO2层，反应为：总化学反应方程式为：4.2 多晶 硅被HNO3氧化，反应为：5.1 单晶制绒影响因素分析单晶制绒影响因素分析 硅的腐蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、溶液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关5.1.1 影响因素影响因素*N NaOH及异丙醇浓度制绒槽内硅酸钠的累计量制绒反应的温度制绒反应时间的长短槽体密封程度、异丙醇的挥发程度5.影响制绒的因素5.1 单晶制绒影响因素分析反应温度NaOH浓度制绒的根本反应控制过程反应控制过程IPA浓度NaSiO3浓度提高溶液浓稠度，控制反应速度搅拌或鼓泡提高反应物疏运速度，提高氢气 泡脱附作用硅片表面原始状态，如：表面平整度、有无油污、划伤及硅片厚度等氢气泡密度及大小以及在硅片表面停留的时间决定金字塔形貌过程控制过程控制5.1.2 各个因素作用反应温度NaOH浓度制绒的根本反应控温度越高腐蚀速度越快溶液浓度越高腐蚀速度越快IPA浓度越高腐蚀速率越慢Na2SiO3浓度越高腐蚀速率越慢工业中的腐蚀应使参数处于比较平缓的变化区域。以使反应速度不致因为参数的微小变化造成较大的变化。IPA浓度应使用较低的水平，使反应速度控制在较理想的区域（0.50.6m/min），这样可以在金字塔的质量和生产率之间找到一个平衡。5.1.3 各个因素影响单晶制绒的规律温度越高腐蚀速度越快 腐蚀量同时间的关系 腐蚀速率同时间的关系以上各种颜色曲线是多次试验的不同浓度的统计5.1.4 制绒腐蚀速率、腐蚀量同时间的关系 当NaOH的浓度小于1.5%和大于4%时都会破坏金字塔结构。在此范围间，增加NaOH浓度会稍微增加反应速度。0.5%1.5%5.5%5.1.5 NaOH浓度对金字塔的影响当NaOH的浓度小于1当IPA的浓度从3%增加到10%时，反应速度会明显下降。0%5%10%5.1.6 IPA浓度对金字塔的影响当IPA的浓度从3%增加在同样的NaOH浓度下，当温度升高时，反应速度明显加快。78 83 885.1.7 温度对金字塔的影响在同样的NaOH浓度下，当温度多晶制绒反应的发生点为表面的缺陷点，如果过分完整的表面反而无法制绒水至清则无鱼。但是反过来，制绒的情况也受表面状态影响很大，不容易控制。酸性溶剂有除油效果，因此多晶硅表面的制绒对于前期硅片表面沾污不是很敏感。酸性溶剂在表面如遇空气，很容易干躁形成氧化层的着色现象，一旦着色很难再行清除。多晶硅在酸洗之后还未经清水漂洗之前出水不应长于12秒。因此，最好使用在线式连续清洗。酸性溶剂的浓度和温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。5.2 多晶制绒影响因素分析多晶制绒反应的发生点为表面的缺陷使用HF、HNO3、H2O混合液HNO3在硅表面形成SiO2层HF将氧化层除去从而HF、HNO3两者形成竞争腐腐蚀蚀速速率率外外观观HNO3HF发亮发亮暗纹暗纹使用HF、HNO3、H2O混合液5.2.1 湿法各相同性腐蚀温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。5.2.2 120秒 240秒*在同样浓度下不同时间的对绒面的影响5.2.3 时间对表面形貌的影响6.1 硅片表面沾污的来源硅片表面沾污的来源*硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可见*硅棒切片后清洗工艺中的有机物沾污*硅片表面的碳沾污*硅棒切片时润滑剂的粘污*硅片经过热碱处理后提出在空气中，时间过长会与空气中的氧反应形成一层氧化层，这层氧化层一旦形成就很难再清洗下去了。因此，在碱清洗后不能在空气中暴露12秒以上。6.制绒工艺控制6.1 硅片表面沾污的来源硅片单面腐蚀厚度（腐蚀量）硅片单面腐蚀厚度（腐蚀量）反射率反射率金字塔大小金字塔大小白斑、雨点白斑、雨点划伤、划痕划伤、划痕花篮印花篮印外观均匀性外观均匀性6.2 单晶工艺控制参数硅片单面腐蚀厚度（腐蚀量）6.1.1 单晶工艺控制方法单晶工艺控制方法斑点斑点雨点状斑点雨点状斑点表面表面发发白白增加增加IPAIPA浓浓度度减少减少NaSiONaSiO3 3浓浓度，或增加度，或增加NaOHNaOH浓浓度度水痕印水痕印NaSiONaSiO3 3沉沉积积量量过过多多喷喷淋效果不理想淋效果不理想黑斑点黑斑点NaSiONaSiO3 3附着表面附着表面碱腐碱腐蚀蚀后暴露空气后暴露空气时间过长时间过长没有及没有及时时清洗清洗云云雾雾状白斑状白斑手指印手指印硅片沾硅片沾污污、切片清洗液残留、切片清洗液残留油性、脂肪酸沾油性、脂肪酸沾污污预预清洗或去清洗或去损伤处损伤处理理IPAIPA浓浓度太低度太低雨点、雨点、发发花腐花腐蚀蚀速率慢、速率慢、发发白白IPAIPA浓浓度太高度太高白斑、腐白斑、腐蚀蚀速率快、速率快、发发亮亮6.1.1 单晶工艺控制方法斑点雨点状斑点表面发白增加IPA在制在制绒过绒过程中有三个程中有三个变变量需要控制：量需要控制：IPA浓度KOH or NaOH 浓度硅酸盐浓度其他需要控制的因素：其他需要控制的因素：温度（高低和均匀性）时间水流（搅动或鼓泡）要控制的要控制的结结果：果：金字塔的大小金字塔的铺满程度表面的花片6.1.2 怎样才是怎样才是“好好”的金字塔的金字塔在制绒过程中有三个变量需要控制：理想金字塔：6.1.2 怎样关关关关键键键键：降低硅片表面及溶液的界面能：降低硅片表面及溶液的界面能：降低硅片表面及溶液的界面能：降低硅片表面及溶液的界面能三个方面实现：*对来料检验较差的硅片表面进行预处理，如粗抛液、清洗剂或强氧化剂。*提高硅片表面的浸润能力，如增加IPA浓度或把硅片进行酸或碱的腐蚀。*减少溶液的张力，如绒面添加剂。添加剂有很多极性或非极性的功能团来降低腐蚀液表面的张力。6.1.3 怎样才能做到“好”的金字塔关键：降低硅片表面及溶硅片厚度（腐蚀量、腐蚀速率）硅片厚度（腐蚀量、腐蚀速率）虫孔长宽比虫孔长宽比亮斑亮斑暗纹暗纹表面平整度表面平整度表面洁净度（棕黄色斑迹）表面洁净度（棕黄色斑迹）6.2 多晶工艺控制参数多晶工艺控制参数硅片厚度（腐蚀量、腐蚀速率）6.2 多晶工艺控制参数 6.2.1 多晶工艺控制方法多晶工艺控制方法HNOHNO3 3浓浓度太低度太低硅片表面有暗硅片表面有暗纹纹硅片表面硅片表面发发亮亮HFHF浓浓度太高度太高硅片腐硅片腐蚀蚀速度速度过过快快酸酸浓浓度太低度太低硅片腐硅片腐蚀蚀速度速度过过慢慢水水纹纹印印干燥效果不理想干燥效果不理想酸制酸制绒绒出来后暴露在空气中的出来后暴露在空气中的时间时间过长过长，有，有络络合物残留合物残留硅片表面有黄斑硅片表面有黄斑HNOHNO3 3浓浓度太高度太高 6.2.1 多晶工艺控制方法HNO3浓度太低硅片表7.7.酸清洗的作用酸清洗的作用7.1 盐酸清洗的作用盐酸清洗的作用7.1.1 中和残留在硅片表面的碱液7.1.2 去除在硅片切割时表面引入的金属杂质注：注：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与Fe3+、Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物7.酸清洗的作用7.1 盐酸清洗的作用7.2 氢氟酸清洗的作用氢氟酸清洗的作用7.2.1 去除在清洗过程中表面形成SiO2层7.2.2 氢氟酸是良好的脱水剂，起到预脱水的作用7.2 氢氟酸清洗的作用7.2.1 去除在清洗过程中表面形成8.8.现有单晶制绒设备开关机注意事项现有单晶制绒设备开关机注意事项8.1 开机流程开机流程 先在制绒设备电柜中打开24V转换电源开关和控制电源，然后打开各需要打开的加热器及6个机械臂驱动电源，最后打开PLC控制开关。8.2 开机注意事项开机注意事项8.2.1 检查制绒设备的所有急停按钮是否都在断开状态；8.2.2 开机后观察PLC面板上是否有报警信息；8.2.3 检查纯水的电阻率，大于17.5Mohm-cm。8.现有单晶制绒设备开关机注意事项8.1 开机流程 先将自动开关变为手动状态，然后在制绒设备电柜中关闭PLC控制开关，再关闭24V转换电源开关和控制电源，然后关闭各个加热器和机械臂驱动电源。8.4 关机注意事项关机注意事项8.4.1 由自动变为手动的时候，一定要注意机械臂运行情况，是否在操作，必须要自动运行状态改为待机后再由待机改为手动状态，并且机械臂上没有花篮才可以关机；8.4.2 关机前要求所有的槽体都用水枪清洗一遍；8.4.3 关机后也要注意将加药的天平、称片天平和显微镜的电源关闭。8.3 关机流程 先将自动开关变为手动状态，然后9.9.单晶绒面不良的分析及措施单晶绒面不良的分析及措施9.1 绒面不良分析绒面不良分析1、表面污点（包括手指印、残留物-IPA/NaOH/NaSiO3、外来杂质、花篮印、水纹）；2、表面发白；3、表面发亮；4、表面有规则的闪光；5、表面有彗星现象；6、表面无绒面；7、表面绒面不均匀。9.单晶绒面不良的分析及措施9.1 绒面不良分析9.1.1 表面手印表面手印现象：表面有指纹残留原因：在切片清洗过程中或包装时人为的接触硅片解决方法：1 1、IPA可以起到一定效果，但是不能杜绝；2、预清洗也能有一定的效果，但也不能百分百处理干净。9.1.1 表面手印现象：表面有指纹残留9.1.2 表面药液残留表面药液残留现象：表面有大量的药液残留原因：IPA加入过多解决方法：重新制绒。9.1.2 表面药液残留现象：表面有大量的药液残留9.1.3 表面污染表面污染现象：同一批片子相同位置有一些类似于油污一样的污渍原因：来料问题，可能于切片后干燥处理有关系或者是包装时引入解决方法：1、与硅片厂家协商；2、加大预清洗浓度；3、重新制绒。9.1.3 表面污染现象：同一批片子相同位置有一些类似于油污9.1.4 表面污渍表面污渍现象：制绒后表面有污渍原因：制绒后反应物残留解决方法：1、加大预清洗浓度；2、重新制绒。9.1.4 表面污渍现象：制绒后表面有污渍9.1.5 表面发白表面发白现象：表面发白原因：制绒时间或浓度不够解决方法：1、加大制绒液浓度；2、重新制绒。9.1.5 表面发白现象：表面发白9.1.6 表面发亮表面发亮现象：表面发亮、发沙原因：制绒时间过长或制绒液浓度过高解决方法：1、适当降低制绒液浓度；2、适当减少制绒时间。9.1.6 表面发亮现象：表面发亮、发沙9.1.7 制绒不良制绒不良现象：表面出现规则的制绒不良、同一整批都有原因：可能是来料原因解决方法：1、适当增加制绒液浓度；2、适当增加制绒时间；3、相应加大预清洗浓度。9.1.7 制绒不良现象：表面出现规则的制绒不良、同一整批都9.1.8 表面发亮且有雨点表面发亮且有雨点现象：部分局域绒面较好，部分区域较难腐蚀原因：可能是来料原因解决方法：通常适当增加碱和IPA的浓度可以解决，但是具体量视实际情况而定。9.1.8 表面发亮且有雨点现象：部分局域绒面较好，部分区域9.1.9 表面腐蚀不均匀表面腐蚀不均匀现象：部分局域表面发白，有彗星现象发生原因：IPA偏少解决方法：通常适当IPA的浓度可以解决，具体量视实际情况而定。9.1.9 表面腐蚀不均匀现象：部分局域表面发白，有彗星现象9.1.10 表面无绒面表面无绒面现象：表面基本无绒面，有流星雨现象发生原因：来料、表面有杂质阻止制绒腐蚀解决方法：1、通常适当增加碱液浓度可以解决，具体量视实际情况而定；2、增加预清洗浓度。9.1.10 表面无绒面现象：表面基本无绒面，有流星雨现象发谢 谢！谢 谢！