单晶硅电池片工艺( 初稿)
工艺流程图:
硅片检验→硅片插入片盒→去除损伤层→制绒面→淋洗→中和→三级串连阶梯式清洗→烘干→扩散→周边刻蚀→硅片插入片盒→去除氧化层→三级串连阶梯式清洗→烘干→制备氮化硅→背面银铝浆→烘干→背面铝浆→烘干→正面银浆→烧结→测试分选→检验入库
1．单晶硅片质量检验标准
1．1 外观检验
1．1．1 基片大小: 125×125mm±0.5mm
1．1．2 形状: 准方片
1．1．3 直径: ∮150±1.0mm Φ165±1.0mm
1．1．4 厚度: 280±30μm;在所规定区域内5个测量值的平均值。
1．1．5 TTV( μm) total thickness variation 在选定圆片区域内, 最大厚度变化值≤50μm
1．1．6 表面缺陷: ≤2个深度不大于0.05mm
1．1．7 破损及针孔: 无可见破损和针孔
1．1．8 边缘缺损: 长度小于5mm, 深度0.5的破损≤1个
1．1．9 钜痕: ＜5μm
1．1．10 表面状况: 表面颜色均匀一致, 无残留硅粉, 无水迹
1．2 电特性:
1．2．1 晶体: 无位错直拉( CZ) 单晶
1．2．2 晶向: ( 100) ±3°
1．2．3 导电类型: P型( 硼掺杂)
1．2．4 电阻率( Ω·CM) 0.5～2.0 用四探针测量平均晶体电阻
1．2．5 少子寿命: ＞15μS
使用微波光电导方法, 在未钝化区域内, 扫描2×2mm区域, 去次测量平均值, 硅锭边缘部分红区内数据不包括在平均值的计算内。
1．2．6 碳浓度: ≤5×10
1．2．7 氧浓度: ≤1×10
1．3 质量判断标准: AQL2.5
2．硅片插入片盒:
2．1 工具仪器: 25片片盒工作桌, 凳子, 真空吸附镊子
2．2 原材料: 125×125mm硅片
2．3 工艺过程: 把一定高度的硅片放于工作桌上, 在操作者面前, 用真空镊子把硅片吸起, 把硅片放于片盒的最下一层, 释放真空, 硅片脱离真空吸附落于硅片盒的槽中。重复上述动作, 直至把任务完成。
2．4 注意事项:
2．4．1 人是最大的污染源, 不要面对硅片说话, 不要用手直接拿片盒, 手上有钠离子、油类污染;
2．4．2 操作人员要戴口罩、手套操作;
2．4．3 硅片易碎, 在操作过程中, 工作人员要轻拿轻放, 尽量减少碎片; 2．4．4 真空吸头经常见酒精擦拭, 在工作过程中, 保持清洁。
3．硅片清洗:
3．1 去除损伤层:
3．1．1 目的: 在硅片切割过程中, 引起晶体表面晶格损伤, 为把PN结制作在良好的晶体上, 去除硅片表面的损伤层。
3．1．2 溶液浓度的配比:
NaOH: H2O=8500: 34000( 重量比)
在实际工作中, 34000克纯水, 添加10000克的氢氧化钠
3．1．3 溶液的配制过程:
根据资料查明: NaOH的融解热, 10.4千卡/摩尔
8500÷40×10400＝2210000卡
2210000÷34000＝65( 度)
结论: 8500克氢氧化钠, 能够使34000克纯水温升65度, 理论计算要
与实践相结合, 只要把纯水从室温升高至25℃左右凭借着氢氧化钠的温升就能够达到85℃了。
3．1．4 试剂纯度: 纯水, 18MΩ/CM 氢氧化钠, 电子纯
3．1．5 溶液温度: 85±1℃
3．1．6 腐蚀速率: 条件: 20％ NaOH溶液, 85℃, 经验数据表明 4μm/min( 两边共同去除) ; 内圆切割锯20μm/每边, 线锯10μm/每边, 一般内圆切割锯腐蚀时间10分钟, 线锯腐蚀时间5～6.5分钟( 根据实际情况摸索准确时间, 经验数据, 每隔几十片称量一次)
3．1．7 反应机理:
Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2 H2↑
28 80 18 122 4
在硅片表面每边去除10μm, 两边共去除20μm
A．每片去除的重量: △g=12.5×12.5×0.0020×2.33=0.728g
B．每片消耗的NaOH 28: 80＝0.728: X
X=2.08g
C．每片产生多少Na2SiO3 28: 122＝0.728: X
X=3.172g
D．如果每配制一次NaOH溶液能够清洗3000片, 每片消耗2.08克NaOH,
则消耗6.240Kg, 10 Kg的NaOH, 只剩下3.76 Kg 在达到2500片时要
密切注视, 每花篮硅片称量是否达到了设计要求。
E．如果去除损伤层3000片则生成9.516Kg的Na2SiO3 , 整个花篮上
浮, 使花篮定位不准确严重影响机械手的正常运转。
3．1．8 注意事项与问题的讨论:
A．在整个去除损伤层的过程中, 大量的H2气泡有可能依附到硅片上, 使硅片上浮, 在片盒上必须设计一个片盒”盖片”, 或者片盒”挡棒”, 防止硅片上浮;
B．关于去除损伤层时间的讨论: 现在硅片越来越薄, 去除损伤层的时
间能够大大缩短, 要以实践为准。在硅片表面制作绒面的过程中, 也要腐蚀掉一层硅, 既要PN结制作在良好的晶体上, 又要不能使硅片太薄, 易产生碎片; 3．2 制绒面:
3．2．1 目的: 为了提高效率减少光的反射, 在硅片表面制作出直角四面棱锥, 使入射光在硅片表面形成多次反射。在P型［100］晶向上, 利用晶体的各向异性, 在晶体上腐蚀出正金字墙。
3．2．2 溶液浓度的配制:
纯水: 氢氧化钠: 异丙醇: 硅酸钠＝1000: 15～20: 45ml: 4～6g 3．2．3 溶液的配制过程:
A．把预热槽用纯水洗净, 把纯水打入预加热槽;
B．把纯水加热到85℃;
C．把预热槽的纯水打入绒面槽;
D．依次按比例把NaOH、异丙醇、硅酸钠加入到绒面槽中
E．等待温度恒定后进行操作
3．2．4 试剂纯度:
纯水: 18MΩ/CM; 氢氧化钠: 电子纯; 异丙醇: 优级纯; 硅酸钠: 优级纯3．2．5 溶液浓度: 85±1℃
3．2．6 绒面的制备时间: 一般25～30分钟左右
3．2．7 反应机理: 由于各晶面的面密度不同, 腐蚀对各晶面有选择性。( 100) 、( 111) 面的面密度分别为2/a2、 4.6/a2, 因此( 100) 面的腐蚀密度速度最大, ( 111) 面的腐蚀速度最小。因此腐蚀时( 111) 面最容易裸露在外面。实验得知, ( 100) 面的腐蚀速度比( 111) 面大35倍。
择优腐蚀对溶液浓度关系很大, 浓度偏高则为抛光腐蚀; 浓度偏低则为择优腐蚀。异丙醇为消泡剂。硅酸钠为缓冲腐蚀剂。
3．2．8 注意事项与问题讨论:
A．绒面腐蚀时间: 一般为25分钟, 根据绒面状况
能够适当增加5～10分钟;
B．绒面的等直角棱锥体的下边长为多长, 反射的光为最长? 实践表明, 从统计规律来看, a＝3～5μm从电池表面上反射的光线最少。温度偏低一点, 82℃, 腐蚀速率慢一点, a的长度在3～5μm的可能性较大。
C．在绒面的腐蚀过程中, 特别是在开始的第一、第
二批硅片, 这种现象最严重, 即绒面不连续。这样就增大了反
射光, 减少了电池的转换效率。NaOH与Si的反应生成硅酸钠, 硅酸钠是一种缓腐剂, 缓腐的速率与硅酸钠的浓度有很大关系, 在反应初期, 生成的硅酸钠浓度过低, 低于0.1％时, 反而引起加速反应, 并有可能引起点腐蚀。腐蚀速率过快就容易产生平地。为克服上述现象, 每次配制新的腐蚀溶液时增加0.4％～0.6％的硅酸钠, 就是为了克服绒面不连续现象。
D．在绒面的制作过程中, 会产生大量的H2气泡, 附着在硅片上, 根据情况, 要不断的向溶液中增加异丙醇。异丙醇是消泡剂。( 根据实际情况及经验确定其用量)
E．绒面腐蚀液时间久了, 硅酸钠的含量逐渐增多, 粘度也增大, 比重增大, 硅片上浮, 为了减少绒面的不连续性绒面的腐蚀液的
废液也可留下1/4, 再增加3/4的新溶液。
F．在绒面的制备过程中, 在显微镜下观察, 经常会
看到右图所示的现象, 如果a为正常绒面, b的绒面就太小了; 如果b为正常绒面, a的就太大了。B部分为小绒面, 被气泡所覆盖, 减缓了反应速度, 生成小绒面。B部分为小绒面, 其表面有油质污染, 减缓了反应速度。( 形成此现象的具体原因在生产中再摸索)
3．3 漂洗:
3．3．1 目的: 在制绒面的过程中, 其表面沾污了各种金属离子和各种盐类, 本水槽中是四面溢流式, 纯水来自上一个喷淋槽, 在本槽中硅片初步清洗。3．3．2 漂洗时间: 漂洗时间大约为2分钟左右, 在实践中进一步摸索确定。3．3．3 漂洗方式: 漂洗槽是四边溢流式, 无任何金属粒子沾污的水泵过滤器,