太阳能电池系列之硅片清洗与制绒

丫丫学电池系列之硅片清洗与制绒

摘要：本篇是丫丫对硅片清洗与制绒工艺的学习心得与体会。单晶硅电池片的生产流程主要是清洗制绒——扩散——刻蚀——去PSG——PECVD——印刷烧结——测试分选，清洗与制绒是单晶硅电池片生产的第一步。

一、晶体硅生产中的清洗与制绒

经切片、研磨、倒角、抛光等多道工序 加工成的硅片，其表面已吸附了各种杂质，如颗粒、金属粒子、硅粉粉尘及有机杂质，硅片清洗的目的就是要消除各类污染物，且清洗的洁净程度直接影响着电池片 的成品率和可靠率。在太阳能电池的制备过程中要进行多次清洗，其中，一次清洗（即扩散前清洗），主要是利用NaOH、HF、HCL等化学液对硅片进行腐蚀处理，完成去损伤层、制绒、去硅酸钠、去金属离子等工艺。

半导体太阳能硅片行业清洗设备

1、清洗

清洗的目的：

①去除硅片表面的机械损伤层。

②对硅片的表面进行凹凸面(金字塔绒面）处理，增加光在太阳电池片表面的折射次数，利于太阳电池片对光的吸收，以达到电池片对太阳能价值的最大利用率。

③清除表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质。

化学清理原理：

①HF去除硅片表面氧化层。

②HCl去除硅片表面金属杂质：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与溶解片子表面可能沾污的杂质，铝、镁等活泼金属及其它氧化物。但不能溶解铜、银、金等不活泼的金属以及二氧化硅等难溶物质。

安全提示：NaOH、HCl、HF都是强腐蚀性的化学药品，其固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道，所以操作人员要按照规定穿戴防护服、防护面具、防护眼镜、长袖胶皮手套。一旦有化学试剂伤害了员工的身体，马上用纯水冲洗30分钟，送医院就医。

2、制绒

制绒的目的：减少光的反射率，提高短路电流（Isc），最终提高电池的光电转换效率。

制绒的原理：

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角锥体密布的表面形貌 ，就称为表面织构化。角锥体四面全是由〈111〉面包围形成。

反应式为：Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2↑

影响绒面的因素：

①NaOH浓度

②无水乙醇或异丙醇浓度

③制绒槽内硅酸钠的累计量

④制绒腐蚀的温度

⑤制绒腐蚀时间的长短

⑥槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度

二、答疑解惑

针对第一部分中的说明，丫丫提出了五个疑问，首先来看第一个。

Q1：碱溶液很多，为什么用NaOH，而不用KOH或其他？各种碱溶液的成本及制绒效果大概是什么样的？

最佳回答（由“rrfuture”提供）：采用NaOH，是因为它廉价阿。

Q2：NaOH的浓度和温度计时间长短的具体影响有无参数可考？

最佳回答（由“heirn”提供）：制绒时的浓度为2%，这个时候是各向异性腐蚀，在

高浓度的NaOH（30%）中是各向同性腐蚀。

理论温度在90-95度，时间在15-20分钟，具体自己摸索，呵呵。

Q3：醇的作用是什么？类似催化剂吗？它会带来什么副作用？

最佳回答（由“heirn”提供）：醇的作用是保护金字塔的塔尖，形成金字塔，一般用5%的溶液，多了金字塔太多，个体就小，效果不好；少了金字塔的个体就过大，覆盖面积也有限，效果也不好。

还有就是醇起湿润表面的作用，产生更规则和稳定的气泡。

Q4：啥叫各向异性腐蚀？

最佳回答（由“heirn”提供）：简单的说对晶体而言，有100，110，111等各种晶面，硅在弱碱下，由于自身晶体排列的特性，所以在111这个平面上的原子密度最大，所以腐蚀速度慢，才能形成金字塔的结构。

Q5：为什么说经过制绒提高了电池的短路电流？

最佳回答（由“heirn”提供）：因为减少了反射，相当于增加了入射的光强，短路电流与光强相关，光强越强，短路电流越大。