硅片制絨和清洗

1、硅片制絨和清洗,概述,硅片表面的處理目的：去除硅片表面的機(jī)械損傷清除表面油污和金屬雜質(zhì)形成起伏不平的絨面，增加硅片對(duì)太陽光的吸收,硅片表面的機(jī)械損傷層（一）硅錠的鑄造過程,多晶硅,單晶硅,硅片表面的機(jī)械損傷層（二）多線切割,硅片表面的機(jī)械損傷層（三）機(jī)械損傷層,粗拋,粗拋 原理：各個(gè)晶面在高濃度的堿溶液將不再具有各項(xiàng)異性腐蝕特性目的：去除表面的機(jī)械損傷層以及其它雜質(zhì)一般采用20%的堿溶液在90℃條件腐蝕

2、 0.5～1min以達(dá)到去除損傷層的效果,此時(shí)的 腐蝕速率可達(dá)到6～10um/min 。粗拋時(shí)間在達(dá)到去除損傷層的基礎(chǔ)上盡量減短，以防硅片被腐蝕過薄。對(duì)于NaOH濃度高于20%W/V的情況，腐蝕速度主要取決于溶液的溫度，而與堿溶液實(shí)際濃度關(guān)系不大。,1.1 什么是制絨制絨是利用硅的各向異性腐蝕特性在表面刻出類似與金字塔或者是蜂窩狀的結(jié)構(gòu),單晶硅片表面的金字塔狀絨面,多晶絨面,制絨基礎(chǔ)知識(shí),1.2制備絨面的目的：

3、 利用陷光原理，減少光的反射率，提高短路電流（Isc），增加PN結(jié)的面積，最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 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。,制絨基礎(chǔ)知識(shí),陷光原理圖示：,制絨基礎(chǔ)知識(shí),1.3 制絨的分類：􀀩 堿制絨：Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑􀀩 酸制絨：HNO3+Si=SiO2+NOx+

4、H2O􀀩 SiO2+ HF=SiF4+H2O􀀩 SiF4+HF=H2[SiF6],制絨基礎(chǔ)知識(shí),堿的腐蝕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角錐體密布的表面形貌 ，就稱為表面織構(gòu)化，俗稱制絨。角錐體四面全是由〈111〉面包圍形成。 反應(yīng)式為： Si

5、+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑,制絨基礎(chǔ)知識(shí),制絨過程中的影響因素,􀂾 NaOH的濃度􀂾 異丙醇濃度􀂾 溶液的溫度􀂾 制絨腐蝕時(shí)間的長短􀂾 槽體密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度􀂾 制絨槽內(nèi)硅酸鈉的影響,制絨液中的異丙醇、NaOH、硅酸納三者濃度比例決定著溶液的腐蝕速率和角錐體形成情況。溶液溫

6、度恒定在80℃時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕液NaOH濃度在1.5～4%范圍之外將會(huì)破壞角錐體的幾何形狀 。當(dāng)NaOH處于合適范圍內(nèi)時(shí)，異丙醇的濃度的上升會(huì)使腐蝕速率大幅度下降。,NaOH濃度的影響,維持制絨液中IPA的含量為10 vol%，溫度85 ℃，時(shí)間30分鐘條件下：,NaOH濃度5g/l時(shí)絨面形貌,NaOH濃度15g/l時(shí)絨面形貌,NaOH濃度55g/l時(shí)絨面形貌,NaOH濃度的影響,絨面的平均反射率隨NaOH濃度的變化,,NaOH濃度的影響

7、,降低硅片表面張力，減少氣泡在硅片表面的粘附，使硅 片的金字塔更加均勻一致氣泡的直徑、密度和腐蝕反應(yīng)的速率限定了硅片表面織構(gòu)的幾何特征。氣泡的大小以及在硅片表面停留的時(shí)間，與溶液的粘度、表面張力有關(guān)系。所以需要異丙醇來調(diào)節(jié)溶液的粘滯特性。,IPA的影響,􀀩 制絨溫度范圍：75-81℃􀀩 溫度過低：反應(yīng)速度慢􀀩 溫度過高：IPA將完全揮發(fā)加劇，晶面擇優(yōu)性降低,溫度的影

8、響,經(jīng)過去除損傷層后，硅片表面留下了許多膚淺的準(zhǔn)方形的腐蝕坑。1分鐘后，金字塔如雨后春筍，零星的冒出了頭；5分鐘后，硅片表面基本上被小金字塔覆蓋，少數(shù)已開始長大。我們稱絨面形成初期的這種變化為金字塔“成核”。10分鐘后，金字塔密布的絨面已經(jīng)形成，只是大小不均勻，反射率也降到了比較低的水平。隨著時(shí)間的延長，金字塔向外擴(kuò)張兼并，體積逐漸膨脹，尺寸趨于均等。,制絨腐蝕時(shí)間長短的影響,不同制絨時(shí)間的圖片,,,不同制絨時(shí)間絨面反射率的比較,,槽體

9、密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度,受影響項(xiàng)：堿液溶液濃度、IPA濃度 結(jié)果：由于密封程度的不同，水氣和IPA的揮發(fā)速度不 同，導(dǎo)致硅片的腐蝕深度過大以及絨面不均,硅酸鈉的影響,硅酸鈉在溶液中呈膠體狀態(tài)，大大的增加了溶液的粘稠度。對(duì)腐蝕液中OH離子從腐蝕液向反應(yīng)界面的輸運(yùn)過程具有緩沖作用，使得大批量腐蝕加工單晶硅絨面時(shí)，溶液中NaOH含量具有較寬的工藝容差范圍，提高了產(chǎn)品工藝加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和溶液的可重復(fù)性。隨著硅酸鈉含量的增加，

10、溶液粘度會(huì)增加，結(jié)果在硅片與片匣邊框接觸部位會(huì)產(chǎn)生“花籃印”，硅酸鈉來源大多是反應(yīng)的生成物，要調(diào)整它的濃度只能通過排放溶液。,HCL的作用 中和殘留在硅片表面的堿液􀀩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Fe 3+、Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物,化學(xué)清洗原理,HF 的作用

11、 去除在清洗過程中表面形成SiO2層，便于脫水􀀩 注：硅的疏水性要好于SiO2,化學(xué)清洗原理,制絨常見不良現(xiàn)象,現(xiàn)象：表面有指紋殘留原因：人為的接觸硅片解決方法：IPA可以起到一定效果，但是不能杜絕，需要硅片廠家配合,現(xiàn)象：在同一批片子中相同 位置有類似于油污的污漬原因：來料問題，可能在硅片包裝時(shí)引入解決方法：與硅片廠商協(xié)商解決,制絨常見不良現(xiàn)象,現(xiàn)象:表面發(fā)白原因：腐蝕時(shí)間不夠解