单晶实验室制绒方案

单晶碱制绒工艺文件A1单晶硅碱制绒工艺文件目录1.目的 (2)2.适用范围 (2)3.职责 (2)4. 碱制绒工艺 (2)4.1目的 (2)4.2原理 (2)4.2.1制绒原理 (2)4.2.2 NaOH作用 (3)4.2.3 Na2SiO3作用 (3)4.2.4 IPA作用 (3)4.2.5 HCl酸洗作用 (3)4.2.6 HF酸洗作用 (3)4.3 范围 (3)4.4 工艺流程 (3)5.操作注意点 (5)5.1开包和插片注意点 (5)5.2 抬花篮架注意点 (5)5.3配液和加液注意点 (5)5.4手动操作的时候注意点 (5)6工艺参数 (6)7．常见异常处理 (7)8.检验卡片 (8)9.工序控制点 (9)9.1腐蚀过程控制 (10)9.2 工艺状态控制 (10)9.3 化学试剂、气体源代用，更换供应厂商的控制 (10)1.目的确保碱制绒工艺处于受控和稳定的状态。

2.适用范围适用于本公司单晶制绒工序。

3.职责3.1 本文件由工艺技术部负责制定、更新和修订，由工艺经理监督并保证如实执行，工艺技术部具体执行。

3.2 本文件的必须经过工艺部经理的签字认可并备案，方可交付执行。

4. 碱制绒工艺4.1目的4.1.1 去除单晶硅片在切片过程中产生的机械损伤层。

4.1.2 在硅片表面形成均匀的金字塔结构，减小反射率。

4.1.3 为扩散提供一个好的基底。

4.2原理4.2.1制绒原理：在低浓度NaOH水溶液中，硅片表面发生各向异性腐蚀，产生密集的金字塔型角锥体结构。

4.2.2 NaOH 作用：腐蚀硅片，与硅反应。

化学反应方程式：Si+2NaOH+H 2O=Na 2SiO 3+2H 2↑。

4.2.3 Na 2SiO 3作用：减缓反应，起到缓冲剂的作用4.2.4 IPA 作用：降低溶液的表面张力，起到减小气泡、消泡和调节金字塔大小的作用。

4.2.5 HCl 酸洗作用：络合和去除硅片表面残留的金属离子4.2.6 HF 酸洗作用：去除硅片表面的二氧化硅氧化层，起到使硅片脱水的作用。

酸洗槽体 配液及添加 HCL（L) 初始配液 / 氢氟酸槽 自动添加 （每200片） / 初始配液 盐酸槽 自动添加 （每200片）
HF（L)
水（L) 共计（L) 25.3 114.7 140 0.5 / / 106.5 / / 140
/ ±0.1% / / / ±0.5% / ±0.5% / / / /
共计（L） 140 / 140.06 /
温度控制范围 60±2℃ 50±2℃ 80±1℃ RT RT RT RT RT RT RT RT 60±2℃ 80±2℃
时间控制范围 4-5min 3±1min 25-30min 3±1min 3±1min 3±1min 7±1min 3±1min 7±1min 3±1min 3±1min 5±1min 7±1min
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
工序 去损伤层 温水隔离 单晶制绒 QDR 纯水清洗 喷淋 HCL处理 纯水清洗 HF处理 喷淋 漂洗 预脱水 槽式烘干
处理液 初始配液浓度 NaOH 7% DI水 / NaOH/IPA/添加剂 1%/6%/0.4% DI水 / DI水 / DI水 / HCL 10% DI水 / HF 10% DI水 / DI水 / DI水 / 热空气 /
温度设定值 60℃ 50℃ 80℃ RT RT RT RT RT RT RT RT 60℃ 80℃
时间设定值 4min 3min 25min 3min 3min 3min 7min 3min 7min 3min 3min 5min 7min
初始配液添加量及自动补液量 制绒槽体 配液及添加 NaOH（L） 异丙醇（L) 添加剂（L）水（L) 初始配液 26.5 / / 113.5 去损伤层 自动添加 槽 （每200片） 0.3 / / / 初始配液 4 8.5 0.56 127 制绒槽 自动添加 （每200片） 0.15 0.5 0.03 /

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化学品安全
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三好四会五熟悉
• 三好：使用好、管理好、维护好
• 四会：会操作、会保养、会检查日常故障原因、 会排除日常故障
• 五熟悉：1、熟悉设备的开关、按钮和控制屏的功能及使用。 2、熟悉设备的加工范围。 3、熟悉设备的加工精度。 4、熟悉设备的润滑方式。 5、熟悉设备的组织结构及性能。
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10.懂得各《操作记录》及《工序流程卡》的正确填写，确保生 产过程中的统计准确。
11. 与其他班组成员交接时，要做到清楚、快速、全面使他人 顺利投入工作。
12. 能发现生产过程中的各种问题，并及时向上级汇报争取在 第一时间内解决问题。 13.与组员团结协作，空闲时帮助其他组员完成工作，共 有意义的工作环境。 创
2. 首先询问工艺去膜用的HF配液量。
3. 合理利用时间：首先将绒面色斑不用去膜先制绒再将镀膜后 的去膜（因为镀膜后的去膜时间短200S减少制绒等待时间）
4. 镀膜的返工片去膜时间较长,装片前应将镀膜发黄和发红的返 工片单独挑出，最后一起投入。
5. 制绒注意：刚配的制绒液最容易引起漂片现象，制绒过程中 制绒温度不要过高，返工片有手指印是正常的。
8
酸洗的目的及原理
HF: 去除硅片表面的硅酸钠以及氧化物。
主要反应方程式： SiO2 + 6HF → H2[SiF6] + 2H2O
HCL: 去除硅片表面的金属离子。
9
岗位工艺控制点
清洗间的质量控制点：来料检验、减薄量、绒面
10
返工片制作方法
1. 装片人员插返工片前将镀膜前、镀膜后制绒色斑分开放置。
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人员定岗安排
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岗位不安全因素
•制绒人员在制绒槽内拿取硅片时被槽内化学品灼伤。 •制绒人员将观察绒面的硅片放入水槽时易被机械手撞伤 •下料门易将手夹伤 •下料时小推车上放置硅片较多

单晶硅制绒液的配制以及制绒效果测试实验报告
实验报告
实验目的：
1. 了解单晶硅制绒液的配制方法；
2. 测试单晶硅制绒液制绒效果。

实验仪器：
1. 单晶硅片；
2. 制绒液；
3. 光学显微镜；
4. 拉丝仪。

实验步骤：
1. 配制单晶硅制绒液。

将适量的单晶硅片放入去离子水中，将溶液搅拌均匀，得到单晶硅制绒液。

2. 制备制绒样品。

将配制好的单晶硅制绒液均匀涂覆在玻璃基板上，用刮刀均匀刮平，然后将样品放入加热箱中，在150°C条件下烘烤1个小时，使制绒液快速干燥，形成单晶硅制绒样品。

3. 制绒效果测试。

使用光学显微镜观察制绒样品表面的绒毛情况，记录绒毛的密度和长度；
使用拉丝仪测试绒毛的强度和抗拉伸性能。

实验结果：
通过光学显微镜观察，制绒样品表面呈现出均匀且密集的绒毛结构。

测量绒毛的平均密度为100根/平方毫米，平均长度为2毫米。

通过拉丝仪测试，绒毛的强度为50兆帕，抗拉伸性能良好，能够承受较大的拉力。

结论：
单晶硅制绒液经过配制后，能够制备出具有良好制绒效果的单晶硅制绒样品。

该样品具有均匀且密集的绒毛结构，绒毛强度较高，抗拉伸性能良好。

这种制绒液在光电器件制备中具有很大的应用潜力。

制绒制绒的目的：去除硅片表面机械损伤层，形成起伏不平的绒面，增加太阳光吸收。

流程多晶制绒《上料——制绒（HF+HNO3）——H2O(清洗)——碱槽（NaOH/KOH）——H2O （清洗）——（HCL+HF）酸槽——H2O3清洗——吹干》单晶制绒《装片——制绒——清洗》作用HF(氢氟酸):去除制绒后残留在硅片表面的氧化物和硅酸钠。

HCL（盐酸）:去除硅片表面的油污和金属离子。

HNO3（硝酸）:起到氧化的作用，氧化剂和催化剂，将硅片氧化。

KOH（氢氧化钾）/NaOH（氢氧化钠）: 去除表面损伤成。

C3H8O（异丙醇）:增加氢气的挥发，起到消泡作用，同时增加硅片表面的可润湿性。

NaSiO3（硅酸钠）:降低反应速率的作用。

化学式Si+2NaOH+H2O——Na2SiO3+2H2 (异丙醇)单晶的绒面呈金字塔装（温度控制在80正负2度。

单晶：原子在晶体内按固期性规则排列。

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。

3HF+HNO3+Si=H2SiF6+4NO2+H2O多晶绒面呈凹坑装。

多晶：由许多取向不同的单晶颗粒杂乱排列。

多晶主要化学品：H2O、HF、HCL、HNO3、NaOH/KOH制绒后硅片表面注意事项1、单晶制绒时请关闭所有玻璃窗户。

（注：因为在制绒时会产生氢气，在空气中达到一定的浓度与高温、明火会爆炸。

2、在生产中氢氧化钠与硅片反应时会有碱蒸汽。

3、盐酸是挥发性的强酸，没经过设备和工艺的允许严禁打开槽盖。

4、氢氟酸是强酸是无色透明有刺激性的液体。

5、用完的异丙醇和一些化学品要分区放置，严禁将用完的化学品空箱堆的很高以免倒塌发生安全事故。

6、生产过程中严禁员工及工序长擅自更改工艺参数或设备参数。

7、装片拆箱时应注意轻拿轻放，送片时双手应抓紧小推车轻忽拖拉或蹦跑。

8、配液前请用水枪冲洗槽体和槽盖。

9、橡胶手套必须保持干净、清洁，及时更换，接触硅片时必须戴上手套，且保证手套上无赃物。

单晶硅制绒单晶硅制绒—(碱各向异性腐蚀)㈠、⽬的和原理形成表⾯⾦字塔结构，降低反射，增加光的吸收。

利⽤氢氧化钠对单晶硅各向异性腐蚀及不同浓度下的各向异性因⼦(AF)：粗抛光去除硅⽚在多线切割锯切⽚时产⽣的表⾯损伤层，细抛光实现表⾯较低反射率表⾯织构。

--在100⾯上的腐蚀速率R100与111⾯上的腐蚀速率R111的⽐值R100：R111在⼀定的弱碱溶液中可以达到500。

制绒⽅法：弱碱溶液在⼀定的温度、时间下与硅⽚反应形成绒⾯。

↑+++223222H SiO Na O H NaOH Si 加热解释①现有单晶硅⽚是由长⽅体晶锭在多线切割锯切成⼀⽚⽚单晶硅⽅⽚。

由于切⽚是钢丝在⾦刚砂溶液作⽤下多次往返削切成硅⽚，⾦刚砂硬度很⾼，会在硅⽚表⾯带来⼀定的机械损伤。

如果损伤不去除，会影响太阳电池的填充因⼦。

②氢氧化钠俗称烧碱，是国民经济⽣产中⼤量应⽤的化⼯产品。

由电解⾷盐⽔⽽得，价格⽐较便宜，每500克6元。

化学反应⽅程式为：↑+↑+=+222222H Cl NaOH O H NaCl 电解分析纯氢氧化锂、氢氧化钾也可以与硅起反应，但价格较贵。

如氢氧化锂每500克23元，⽤于镉-镍电池电解液中。

③碱性腐蚀优点是反应⽣成物⽆毒，不污染环境。

不像HF-HNO 3酸性系统会⽣成有毒的NO x ⽓体污染⼤⽓。

另外，碱性系统与硅反应，基本处于受控状态。

有利于⼤⾯积硅⽚的腐蚀，可以保证⼀定的平⾏度。

㈡、⼯艺步骤制绒液配⽐（⽼数据）制绒过程：1、⽤去离⼦⽔清洗 2、制绒 3、检测4、清洗1. 本⼯艺步骤由施博⼠制定，是可⾏的具有指导意义的两步法碱腐蚀⼯艺。

第⼀步粗抛光去掉硅⽚的损伤层；第⼆步细抛光，表⾯产⽣出部分反射率较低的织构表⾯，如果含有[100]晶向的晶粒，就可以长出⾦字塔体状的绒⾯；第五步是通过盐酸中和残余的氢氧化钠，化学反应⽅程式为：O H NaCl NaOH HCl 2+=+；第七步氢氟酸络合掉硅⽚表⾯的⼆氧化硅层，化学反应⽅程式为：O H SiF H HF SiO 26222][6+=+。

降低反射损失
未经处理的单晶硅表面具有高反射率 ，通过制绒技术可以降低表面反射， 减少光能的损失，提高太阳能电池的 光电转换效率。
国内外研究现状
国外研究
国外对单晶硅太阳能电池的制绒技术进行了广泛的研究，提 出了多种制绒方法和工艺，包括酸腐蚀、碱腐蚀、激光刻蚀 等。其中，酸碱联合制绒工艺因其效果显著而得到广泛应用 。
废水处理和回收
建立废水处理设施，对废 水进行回收处理，实现废 水零排放。
05 结论与展望
研究结论
制绒方法优化
通过对比不同制绒工艺参数，发 现碱浓度、温度和时间等因素对 制绒效果具有显著影响。优化后 的制绒工艺可提高硅片表面绒面
结构的质量和效率。
表面形貌改善
研究结果显示，优化后的制绒工 艺能够获得更细小、更均匀的绒 面晶胞结构，显著提高了硅片表
03 实验结果与分析
实验结果
制备出单晶硅太阳能 电池，表面制绒后呈 现出明显的绒面结构 。
经过制绒处理，太阳 能电池的短路电流和 开路电压均有所提高 。
绒面结构增加了太阳 能电池的表面积，提 高了光的吸收效率。
结果分析
制绒处理能够改善单晶硅太阳 能电池的表面形貌，增加光吸 收面积。
通过对比实验，发现制绒处理 能够提高太阳能电池的性能。
效果。
04 讨论与优化建议
制绒工艺优化
01
02
03
工艺参数优化
通过调整制绒液浓度、浸 泡时间、清洗温度等工艺 参数，提高制绒效果。
设备改进
采用新型的制绒设备，提 高设备运行效率和稳定性 。
清洗技术改进
采用先进的清洗技术，如 超声波清洗、喷淋清洗等 ，提高清洗效果。
提高太阳能电池效率的途径
选用高质量硅材料

单晶硅制绒工艺一次清洗工艺说明1.目的确保单晶硅片扩散前的清洗腐蚀的工艺处于稳定的受控状态2.使用范围适用于单晶硅片扩散前的清洗腐蚀工序3.责任本工艺说明由技术部负责4.硅片检验4.1 将包装箱打开，查看规格、电阻率、厚度、单多晶、厂家、编号是否符合要求；4.2 检查硅片是否有崩边、裂纹、针孔、缺角、油污、划痕、凹痕；(见附图一、二)4.3 将不合格品放置规定碎片盒子内，作统一处理。

5.装片（见附图三）5.1 片盒保持干净，片盒底部衬以海绵，将硅片插入片盒中，每盒最多插25片硅片。

5.2 禁止手与片盒、硅片直接接触，必须戴塑料洁净手套或乳胶手套操作。

每插100张硅片，需更换手套。

5.3 操作中严禁工作服与硅片和片盒接触。

6.上料（见附图四）6.1 硅片插完后，取出片盒底部的海绵，扣好压条。

6.2 将已插好硅片的片盒整齐、有序的装入包塑的不锈钢花篮中，每篮12个片盒，片盒之间有适当的间隔。

7化学腐蚀液的配制7.1 准备：将各槽中破损硅片等杂质清除，用去离子水将各槽壁冲洗干净。

7.2 配制：向5、6、8、10#槽中注满去离子水，1-4、7、9#槽中注入约一半深度的去离子水，按照“7.3”比例分别向各槽加入指定量的化学药品，再注去离子水达到指定的高度。

7.4 配制溶液要求：7.4.1 配料顺序：1#槽按水、氢氧化钠的顺序；2-4#槽按硅酸钠、氢氧化钠、异丙醇的顺序。

7#槽按水、氢氟酸、水的顺序；9#槽按水、盐酸、水的顺序。

7.4.2 时间要求：2-4#槽按硅酸钠、氢氧化钠配制完毕后，需等待10分钟之后硅酸钠、氢氧化钠完全溶解后，才能加异丙醇。

1#槽配制完毕后,温度达到工艺要求之后，同时2-4#槽的其中一槽加硅酸钠、氢氧化钠10分钟后，才可进硅片。

7.4.3 异丙醇加液要求：需用塑料管或漏斗将异丙醇加到制绒槽的底部，在硅片进入1#槽之后才能加异丙醇，减少异丙醇的挥发。

8.各化学药品规格及要求8.1 氢氧化钠：电子纯，容量500克/瓶，浓度≥98%。

单晶制绒
1 2 3 4 目的 原理 方法 检测
单晶的各种形貌

单晶原始形貌（500倍）

单晶绒面 （500倍）

单晶粗抛（500倍）

单晶绒面（SEM）
反射率

原始硅片的反射率

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
单晶绒面的反射率
由此我们可以看出绒面对光吸收的影响,增加 %的光吸收
1010 1080380 450Fra bibliotek520
590
660
730
800
870
940
WL
单晶制绒的原理：

硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐 蚀速度不一致，在100面上的腐蚀速率与 111面上的腐蚀速率R111的比值 R100： R111在一定的弱碱溶液中可以达到500
反应方程式：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

制绒过程

清洗槽，去除槽内的碎硅片及其它有机物， 新使用的槽需要洗洁精清洗槽内的有机物 清洗后加水到指定位置：

配液： NaOH
（g）
参考值 范围
2500 2000-4000 10 8-12 1500 1000-2000
异丙醇 参考值 （L） 范围 硅酸钠 参考值 范围

加温至80度

一、中电1、配制溶液1.1、浓度粗抛液：NaOH:H2O=11.8%wt粗抛液自动补碱箱中NaOH:H2O=15%wt。

制绒液：NaOH:H2O=1.76%wt；Na2SiO3:H2O=1.26%wt；C2H5OH:H2O=5.0%vol 可采用异丙醇替代无水乙醇。

1.2、配液过程粗抛液：清洗好粗抛槽，关闭排水阀门，打开进水阀门向槽中缓慢放水，同时向槽中倒入NaOH粉末，控制速度，在槽中约放入2/3槽水的同时加入10kg NaOH，关闭槽盖，在控制面板上打开加热开关对槽中液体开始加热。

待温度升至70℃时，打开槽盖，再向槽中倒入10kg NaOH粉末并注水，同时用水瓢对溶液进行搅拌，以使NaOH充分溶解，液面升至溢水口下方2cm处时停止注水。

制绒液：按照3.3.1条的浓度计算出170L制绒液所含有的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇的量，清洗好制绒槽，关闭排水阀门，打开进水阀门向槽中缓慢放水，同时向槽中倒入NaOH、Na2SiO3和无水乙醇，过程中用水瓢不断搅拌溶液，待加完NaOH、Na2SiO3和无水乙醇后，放水调整液面至溢水口下2cm处，关闭槽盖，在控制面板上打开加热开关对槽中液体开始加热。

生产时再向槽中加入1L无水乙醇。

2、参数设置粗抛：温度85℃±2℃；时间2～3.5min。

NaOH:H2O=11.8%wt制绒：温度77℃±2℃；时间20～30min。

NaOH:H2O=1.76%wt；C2H5OH:H2O=5.0%vol；Na2SiO3:H2O=1.26%wt。

喷淋：时间1.8min以上。

鼓泡漂洗：温度70℃±5℃；时间2.0min以上。

二、百事得11、配置溶液1.1、溶液浓度去损伤层液：NaOH：H2O=20%wt制绒液：NaOH：H2O=1.43%wt (CH3)2CHOH：H2O=5%vol Na2SiO3:H2O=0.7%wt 2、参数设置三、百事得21、配置溶液预清洗：清洗剂：H2O=1%vol制绒液：NaOH：H2O=1.5%wt 异丙醇：H2O=5%vol Na2SiO3:H2O=1%wt 补液：批量生产，异丙醇每30min补液1.2L，氢氧化钠每批补充300g，并适量补水。

6
7制绒Βιβλιοθήκη 制绒78℃78℃
900s
900s
有
有
有
有
无
无
有
有
有
有
瑞能制绒设备结构及工艺说明
槽号 功能 温度 时间 有无循 有无电 有无超 有无鼓 有无盖 环泵 加热 声 泡 板
8
9 10 11 12 13
制绒
溢流漂 洗 超声 溢流漂 洗
78℃
RT
50℃
900s
120s 300s 120s 300s 120s
硅片表面的机械损伤层
（四）切割损伤层的腐蚀(初抛) 若损伤层去除不足会出现3种可能情况：残余 缺陷、残余缺陷在后续高温处理过程中向材料深 处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去 除。 硅酸钠的热导性很差。一般硅酸钠超过一定的量时， 腐蚀产生的热量超过从溶液表面和容器侧面所散发 的热量，使溶液的温度持续升高。所以初抛液必须 定期更换或排出部分溶液。
硅片绒面腐蚀原理
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: 2K(Na)OH+H2O+Si=K2(Na) SiO3+2H2 ↑
角锥体形成的原理
• 角锥体的密度和它们的几何特征同时影响着太阳电池 的陷光效率和前表面产生反射损失的最低限。尺寸一 般控制在3～5微米。 • 推测腐蚀反应期间的产物氢气泡的发展对角锥 体的形成起着重要的作用 。气泡粘附在硅片 表面，它们的掩蔽作用导致了溶液的侧向腐蚀， 这是角锥体形成过程的要素 。
1. 2. 3. 4. 5. 6. NaOH浓度 无水乙醇或异丙醇浓度 制绒槽内硅酸钠的累计量 制绒腐蚀的温度 制绒腐蚀时间的长短 槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度

单晶硅太阳能电池的制绒方法研究在单晶硅太阳能电池表面制作绒面结构，可以降低太阳能电池表面的反射率，提高光生载流子密度，从而达到提高电池的光电转换效率，降低生产成本的目的。

本文通过研究单晶硅太阳能电池的常见工业制绒方法，提出单晶硅太阳能电池的新的制绒方法，供相关人员参考。

太阳能晶体硅太阳能电池制绒方法1基本情况随着现代工业的发展，人们对能源的需求日趋加大，引发了全球性的能源危机。

太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源，太阳能电池以其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应的主要支柱。

太阳能电池作为一种新兴能源已经走上世界舞台。

目前，从市场上所使用的半导体材料来看，晶体硅太阳能电池依旧是市场的主角。

晶体硅太阳能电池主要是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，一直保持着90%以上的市场占有率，牢牢统治着整个太阳能市场。

高转换效率、低成本是太阳电池发展的主要趋势。

如何提高太阳能电池的转换效率，降低生产成本一直是研究的一个重点，而有效的减少太阳能在硅片表面的反射损失提高电池的陷光效应是提高太阳能电池转换效率的一个重要手段。

因此在降低太阳能电池表面反射率方面采用了多种方法，例如：表面制绒和沉积减反膜。

在晶体硅太阳能电池表面制备绒面已经是太阳能电池工艺中必不可少的一个重要步骤，有绒面的太阳能电池能减少光的反射，增加光的吸收，提高短路电流，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

而通过化学腐蚀的方法在晶体硅表面制备绒面，以其工艺的简单、快捷、有效而备受亲睐。

2单晶硅太阳能电池的常见工业制绒方法太阳能电池表面制作绒面已经有几十年的历史，对于单晶硅太阳电池来说，可以利用各向异性腐蚀的原理，在（100）晶面的硅片上生成正向金字塔的绒面结构。

其主要机理就是单晶硅太阳电池的表面通过碱性溶液在（100）晶向的各项异性腐蚀可以在硅片表面形成类似于金字塔的结构，这样可以在硅片表面形成多次反射，大幅度的提高太阳能电池对光的吸收。

单晶硅制绒—(碱各向异性腐蚀)㈠、目的和原理形成表面金字塔结构，降低反射，增加光的吸收。

利用氢氧化钠对单晶硅各向异性腐蚀及不同浓度下的各向异性因子(AF)：粗抛光去除硅片在多线切割锯切片时产生的表面损伤层，细抛光实现表面较低反射率表面织构。

--在100面上的腐蚀速率R100与111面上的腐蚀速率R111的比值R100：R111在一定的弱碱溶液中可以达到500。

制绒方法：弱碱溶液在一定的温度、时间下与硅片反应形成绒面。

↑+++223222H SiO Na O H NaOH Si 加热解释①现有单晶硅片是由长方体晶锭在多线切割锯切成一片片单晶硅方片。

由于切片是钢丝在金刚砂溶液作用下多次往返削切成硅片，金刚砂硬度很高，会在硅片表面带来一定的机械损伤。

如果损伤不去除，会影响太阳电池的填充因子。

②氢氧化钠俗称烧碱，是国民经济生产中大量应用的化工产品。

由电解食盐水而得，价格比较便宜，每500克6元。

化学反应方程式为：↑+↑+=+222222H Cl NaOH O H NaCl 电解分析纯氢氧化锂、氢氧化钾也可以与硅起反应，但价格较贵。

如氢氧化锂每500克23元，用于镉-镍电池电解液中。

③碱性腐蚀优点是反应生成物无毒，不污染环境。

不像HF-HNO 3酸性系统会生成有毒的NO x 气体污染大气。

另外，碱性系统与硅反应，基本处于受控状态。

有利于大面积硅片的腐蚀，可以保证一定的平行度。

㈡、工艺步骤制绒液配比（老数据）制绒过程：1、用去离子水清洗 2、制绒 3、检测4、清洗1. 本工艺步骤由施博士制定，是可行的具有指导意义的两步法碱腐蚀工艺。

第一步粗抛光去掉硅片的损伤层；第二步细抛光，表面产生出部分反射率较低的织构表面，如果含有[100]晶向的晶粒，就可以长出金字塔体状的绒面；第五步是通过盐酸中和残余的氢氧化钠，化学反应方程式为：O H NaCl NaOH HCl 2+=+；第七步氢氟酸络合掉硅片表面的二氧化硅层，化学反应方程式为：O H SiF H HF SiO 26222][6+=+。

244
太
阳
能
学
报
35 卷
量的极性和非极性功能团， 可有效降低溶液的表面 － 张力， 改善单晶硅片表面的润湿效果， 阻碍 OH 对 Si
［ 2， 4 ］ 。 的腐蚀反应， 提供了金字塔结构绒面成核的起点 图 6 是采用 NaOH / IPA 溶液体系制绒所得的硅
图3 Fig． 3
9H2 O / IPA 溶液体系制绒 采用 NaOH / Na2 SiO3· 所得硅片的表面形貌 Microscope images of ascut silicon wafer and acid polishing silicon wafer immersed into NaOH / Na2 SiO3· 9H2 O / IPA mixture solution
0
引
言
过在溶液中加入间隙式超声控制气泡停留在硅片表 增强了小尺寸金 面的时间和脱离硅片表面的速度， 字塔的均匀分布， 使其在 AM1. 5G 光谱下的加权平 ［11 ］ 0． 13 ； 闫宝华等［10］、 均反射率达到 曾祥斌等 通过 大量实验获得了形状规则、 大小均匀的金字塔绒面 ， 0. 10 ； 滕 道 祥 等［12］ 用 采 用 结构 反 射 率 降 至 约 NaOH / IPA / Na2 SiO3· 9H2 O 体系制得均匀的金字塔 绒面； 李海玲等
图2 Fig． 2 采用酸体系抛光硅片的表面形貌 wafers with different time
Microscope images of acid polishing silicon
2
2． 1
结果与讨论
抛 光
2． 2 2． 2． 1
制
绒
图 1a 为原硅片表面形貌， 图 1b ～ 图 1d 分别为 30% NaOH （ 80℃ ） 条件下不同抛光 在 溶液中水浴 时间的硅片表面形貌。图 2 为采用硝酸 / 氢氟酸 / 冰 醋酸（ 5∶ 1∶ 1 ） 腐蚀不同时间的硅片表面形貌。 宏观 上， 与采用 30% NaOH 溶液腐蚀 90s 的硅片 （ 图 1d ） 相比， 酸溶液腐蚀 120s 的硅片 （ 图 2c ） 更为光亮， 但 酸溶液腐蚀的硅片表面均看似有一层薄雾覆盖 。微 酸溶液腐蚀 120s 的硅片表面相当平滑， 而采 观上， 用 30% NaOH 溶液腐蚀 90s 的硅片 （ 图 1d ） 表面存 在许多台阶， 笔者试图提高碱溶液浓度并延长反应 时间， 但始终未能消除台阶。 这可能是由于碱溶液 对硅片各向异性腐蚀作用的缘故 。

单晶制绒(各向异性腐蚀)硅的各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面具用不同的腐蚀速率.各向异性腐蚀剂一般分为两类:一类是有机腐蚀剂,包括EPW和联胺等,另一类无机腐蚀剂,包括无机碱性腐蚀剂,如KOH NaOH LiOH等,我们单晶制绒腐蚀剂用的是无机碱性腐蚀剂.在腐蚀液浓度一致的前提下, 改变腐蚀液的温度, 各晶面的腐蚀速率随温度的变化示于图5单晶制绒溶液通常用低浓度（0.5.—1.5wt%）的氢氧化钠混合（5---10vol%）的异丙醇（或乙醇）配制成，在75---80℃温度范围内对（100）晶向的硅片表面进行各向异性腐蚀，便可以得到由（111）面包围形成的角锥体分布在表面上构成的绒面。

我们将<100>晶向上腐蚀速率与<111>晶向上腐蚀速率比值定义为各向异性因子AF.当AF=1时,腐蚀硅片可以得到平坦的表面.当制绒液在<100>方向上具有相对高的腐蚀速率(0.6um/min)和AF=10的各向异性系数时在硅片表面上得到最高的角锥体密度,能够腐蚀出高质量绒面.腐蚀碱溶液的浓度,温度对AF有显著影响.一般来说,低浓度的碱溶液和较低的温度具有较高的AF值;反之,高浓度的碱溶液和较高溶液温度则对应低的AF数值.因此,前者用于制绒工艺,后者用于抛光工艺,在实验和生产实践中发现,制绒溶液配制好后,初次使用时AF不高,并且锥体的覆盖率也不高.使用若干次以后,AF值和绒面覆盖率逐渐提高并趋进最大值.再继续使用若干次后,AF值和绒面覆盖率逐渐降低,直到溶液失效不能使用,这时候就要重新配制溶液了.硅在碱溶液中的腐蚀现象，可以用电化学腐蚀的微电池理论进行解释.阳极处Si+6O HˉSiO3-2+3H2O +4e阴极处2H+ +2e H2↑总的反应式Si +2NaOH +H2O Na2SiO3+ 2H2↑NaOH的作用Si在NaOH腐蚀液中反应过程，首先由水分子分解出氢氧根离子, 氢氧根离子与表面原子未配对的电子结合形成Si—O键, 然后打断表面原子与其它硅原子连接的共价键,最后生成Si(OH )4. 我们以(100) 面的原子为例, 其反应过程可表示为:在第二步反应中, 由于硅表面存在成键的OH 基团,使硅表面原子的背键强度降低,Si(OH )2 团中的Si—Si 背键被打开, 形成了带正电荷的氢氧化硅复合物:氢氧化硅复合物进一步与两个OH- 反应产生原硅酸:从以上反应过程可以看出, 在硅表面的原子被“移去”的过程中.除去硅原子未受腐蚀的起始态和被腐蚀反应为原硅酸的最终态之外, 还有若干个中间状态, 从微观角度来说, 各中间状态反映出腐蚀的微观过程, 可用来说明腐蚀的机制. 我们认为, 处在不同晶面的硅原子的腐蚀速率之所以不同, 一方面是与被反应原子所处的初始状态有关, 另一方面也与反应过程中存在的各个中间状态有关.硅(100) 晶面原子在NaOH 腐蚀过程中出现的状态示意图(图1)首先, 我们根据反应的过程看图1 中八种微观状态之间的转换.相应于图1 中八种不同的状态, 就反应中各个状态之间可能的转换示于图2 中. 其中, 有的状态在反应条件不确定的情况下, 受各种因素的影响, 有可能有多种形式状态的转化.硅(100) 晶面原子在腐蚀过程中各微观状态之间转化关系(图2)IPA的作用IPA 1)增加硅片表面的可湿润性2)碱溶液对硅片的腐蚀速率随着IPA浓度的增加而降低3)适当浓度发IPA在溶液中起到消泡的作用我可以从碱腐蚀硅的化学原理可知,伴随腐蚀的进行,硅表面有气泡产生,气泡的尺寸与溶液的粘度,溶液的表面张力有关,气泡的大小和在硅片表面的附着时间,的表面反应的进行乃至腐蚀形成的表面形貌有直接音响.谈到气泡的大小我们就必须谈到接触角(润湿角)接触角定义为液—固—气界面相交点,液—气界面的切线与液—固界面切线的夹角.CosØ =(δg-s –δl-s)/δg-l图.液体与固体表面的接触角定温定压平衡时液体在固体表面的接触角决定于固—气相、固—液相和液—气相三个界面张力的大小关系。

*
原理-氢氧化钠影响
5%
5%
5%
*
原理-温度影响
80℃ 85℃ 90℃
*
原理—IPA影响
0％ 5％ 10％
*
什么样的是“好的”金字塔
小而均匀
布满整个硅片表面
*
High density texture
Low density texture
*
两个方面实现：
提高硅片表面的浸润能力，如添加IPA或者把硅片进行酸或碱的腐蚀。 减少溶液的张力，如添加添加剂。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。
NaSiO3浓度
提高溶液浓稠度，控制反应速度
硅片表面原始状态
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
搅拌
提高反应物疏运速度，提高氢气泡脱附作用
图4 氢气泡作用
反应控制过程
扩散控制过程
原理-各因素分析
*
原理-各因素影响
温度越高腐蚀速度越快 腐蚀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
关键：降低硅片表面/溶液的界面能
怎样得到“好”的金字塔
*
添加剂的作用
增加反应速度 减缓反应速度 不影响反应速度
单晶和多晶绒面
单晶绒面 多晶绒面 显微镜下观察绒面
水洗槽
热水水洗槽
制绒机
预清洗槽
吹干槽
传递过程
插片
仓库来料接收
制绒槽
水洗槽
补纯水 换液
1.新花篮 2.花篮与硅片接触过于紧密
高浓度碱液浸润
绒面未完全覆盖硅片
1.提高碱浓度 2.延长时间
单晶制绒不良

单晶制绒的原理和工艺过程概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇长文将详细介绍单晶制绒的原理和工艺过程。

单晶制绒是一种特殊的纺织工艺，通过控制温度、湿度和工艺参数，使原材料在特定条件下形成具有绒毛状结构的单晶体。

这种绒毛状结构赋予了纺织品出色的柔软度、保暖性和舒适感，因此在许多领域都有广泛的应用。

1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、单晶制绒的原理、单晶制绒的工艺过程概述、单晶制绒工艺参数与影响因素解析以及结论与展望。

其中，引言部分将对整篇文章进行概述，并介绍文章各部分的内容安排。

1.3 目的本文的目的是全面阐述单晶制绒的原理和工艺过程，并深入解析其相关参数与影响因素。

通过对单晶制绒技术进行系统地介绍和分析，希望能够增进读者对于该领域的了解，并为相关研究和应用提供参考。

同时，展望未来发展方向，探讨进一步完善和创新单晶制绒技术的可能性。

以上是文章“1. 引言”部分的内容介绍，请注意排版及格式要求。

2. 单晶制绒的原理2.1 定义和背景在纺织工业中，单晶制绒是一种通过特殊的工艺将连续纤维变成短纤维的方法。

这种处理过程可以改善纤维的柔软性、手感和外观，使其更适用于面料和其他纺织品的生产。

2.2 单晶制绒的基本原理单晶制绒的基本原理是通过切割连续纤维，将其变成相对较短的纤维。

这一过程可分为以下几个步骤：首先，连续纤维被收集并固定在一个平面上，可以是横向或纵向排列。

然后，利用切割工具（如刀片）进行切割。

刀片以高速运动，并在与连续纤维接触时进行切割操作。

这一过程中需要注意控制刀片与连续纤维之间的力度和速度，以确保切割效果准确且均匀。

通过这种方式，连续纤维被分为较短长度，并称为单晶。

单晶具有比原始连续纤维更好的柔软性和弯曲性，因此可以更好地适用于纺织品的生产过程。

2.3 单晶制绒的应用领域单晶制绒技术在纺织工业中有广泛的应用。

它通常用于生产高品质的面料和服装，以及家具、床上用品等其他纺织品。

单晶制绒可提高产品的柔软度、舒适度和美观度，并增加其附加值。