太阳能刻蚀篇精选文档
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太阳能刻蚀篇HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】太阳能电池片科普系列——刻蚀篇来源:北极星太阳能光伏网(独家)作者:陈雪松2017/11/22 11:31:21关键词::扩散过后的下一个工序是刻蚀,由于扩散采用背靠背扩散,硅片的边缘没有遮挡也被扩散上磷(边缘导通状态),PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面,而造成短路,太阳能电池片会因此失效。
同时此短路通道等效于降低并联电阻。
另外由于在扩散过程中氧的通入,硅片表面会形成一层二氧化硅,在扩散炉高温的作用下POCl3与O2形成的P2O5,部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体,部分则留在了SiO2中形成PSG (磷硅玻璃)。
1、磷硅玻璃会使得电池片在空气中表面容易受潮,导致电流和功率的衰减;2、死层增加了发射区电子的复合,以致少子寿命的降低,进而降低了Voc和Isc;3、磷硅玻璃会使得PECVD后产生色差。
一、刻蚀的原理工艺流程:上片→蚀刻槽(H2SO4 HNO3 HF)→水洗→碱槽(KOH)→水洗→HF槽→水洗→下片刻蚀槽HNO3和HF的混合液体会对扩散后硅片的下表面及边缘进行腐蚀,以去除边缘的N型硅,打破硅片表面短路通路。
因此刻蚀对于液位高度的控制需要特别精确。
反应方程式:3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O 去PSG磷硅玻璃的原理方程式:SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O当电池片从HF槽出来后,可观察其表面脱水情况,如果脱水效果良好,则代表磷硅玻璃已去除较干净;如果表面水珠较多,则代表磷硅玻璃未被去除干净,可添加适量HF到HF槽中。
二、刻蚀工序工艺指标管控当电池片经过刻蚀机台出来时,首先检查硅片表面,绒面是否明显斑迹,是否有药液残留。
晶体硅太阳能电池生产线刻蚀工序介绍一、刻蚀工序基本作用目前常规太阳电池的生产流程如下:刻蚀作为太阳电池生产中的第三道工序,其主要作用是去除扩散后硅片四周的N型硅,防止漏电。
刻蚀一般情况下和去PSG联系在一起,去PSG 顾名思义,其作用是去掉扩散前的磷硅玻璃。
反应方程式如下:SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 具体的刻蚀示意图如下:二、刻蚀的基本分类以及一般工艺流程目前,晶体硅太阳电池一般采用干法和湿法两种刻蚀方法。
下面我们分开介绍两种刻蚀方法的差别:1)干法刻蚀干法刻蚀夜叫等离子刻蚀。
即采用等离子体轰击的方法进行的刻蚀。
随着温度的升高,一般物质依次表现为固体、液体和气体。
它们统称为物质的三态。
如果温度升高到10e4K甚至10e5K,分子间和原子间的运动十分剧烈,彼此间已难以束缚,原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚,成为自由电子,原子失去电子变成带正电的离子。
这样,物质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混合物。
这种混合物叫等离子体。
它可以称为物质的第四态。
等离子产生一般有三种方法:(1)驿电耦合出)感陛瑞合(C)电磁波耦合具体到太阳能电池中,等离子刻蚀是采用高频辉光放电反应,即采用感应耦合的方式使反应气体激活成活性粒子,如原子或游离基,这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位,在那里与被刻蚀材料进行反应,形成挥发性生成物而被去除。
它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌(这是各向同性反应)。
下图为干法刻蚀的示意图:干法刻蚀具体的工艺过程如下:首先,母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子,即CF4-CF3, CF2, CF, F, C以及它们的离子。
其次,这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面,并在表面上发生化学反应(掺入O2,提高刻蚀速率)。
具体的反应过程可参考下图:在实际的太阳能电池的生产过程中,干法刻蚀中影响因素主要是CF4, O2的 流量,辉光时间,辉光功率。
太阳能电池片科普系列——刻蚀篇来源:北极星太阳能光伏网(独家)作者:陈雪松2017/11/22 11:31:21关键词::扩散过后的下一个工序是刻蚀,由于扩散采用背靠背扩散,硅片的边缘没有遮挡也被扩散上磷(边缘导通状态),PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面,而造成短路,太阳能电池片会因此失效。
同时此短路通道等效于降低并联电阻。
另外由于在扩散过程中氧的通入,硅片表面会形成一层二氧化硅,在扩散炉高温的作用下POCl3与O2形成的P2O5,部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体,部分则留在了SiO2中形成PSG(磷硅玻璃)。
1、磷硅玻璃会使得电池片在空气中表面容易受潮,导致电流和功率的衰减;2、死层增加了发射区电子的复合,以致少子寿命的降低,进而降低了Voc和Isc;3、磷硅玻璃会使得PECVD后产生色差。
一、刻蚀的原理工艺流程:上片→蚀刻槽(H2SO4 HNO3 HF)→水洗→碱槽(KOH)→水洗→HF槽→水洗→下片刻蚀槽HNO3和HF的混合液体会对扩散后硅片的下表面及边缘进行腐蚀,以去除边缘的N型硅,打破硅片表面短路通路。
因此刻蚀对于液位高度的控制需要特别精确。
反应方程式:3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O去PSG磷硅玻璃的原理方程式:SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O当电池片从HF槽出来后,可观察其表面脱水情况,如果脱水效果良好,则代表磷硅玻璃已去除较干净;如果表面水珠较多,则代表磷硅玻璃未被去除干净,可添加适量HF到HF 槽中。
二、刻蚀工序工艺指标管控当电池片经过刻蚀机台出来时,首先检查硅片表面,绒面是否明显斑迹,是否有药液残留。
该工序一般要求面腐蚀深度控制在~μm范围内,同时硅片表面刻蚀宽度不超过2mm, 刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。
设计文件名称Edge Isolation & PSG Selective Emitter工艺操作规程T-IS-026产品型号名称156×156多晶绒面电池共6页第1页1、工艺目的:通过化学反应,将硅片上下表面的PN结刻断,以达到正面与背面绝缘的目的;另外经过化学反应,刻蚀掉未被蜡覆盖的硅片表面的一定深度,做选择性发射极;最后用BDG去除inkjet 工序中的喷涂的层蜡,用KOH药液去除硅片表面的多孔硅;同时用HF去除表面的磷硅玻璃层。
2、设备及工具:Edge Isolation & PSG Selective Emitter 、电子天平、PVC手套、口罩、防护服、防护眼罩、防护套袖、橡胶手套、防酸碱胶鞋、GP Solar电阻测试仪(边缘电阻)、浓度分析仪等。
3、适用范围本工艺适用于Edge Isolation & PSG Selective Emitter。
4、职责本工艺操作规程由工艺工程师负责调试、修改、解释。
5、材料:合格的多晶硅片(INKJET后)、HF(49%,电子级,工作压力3-5bar,KOH(49%,电子级,工作压力3-5bar)、HNO3(65%,电子级,工作压力3-5bar),DI水(工作压力3-5bar)、压缩空气(工作压力6-7bar,除油,除水,除粉尘),Butyldiglycol(2一(2一丁氧乙氧基)乙醇)(BDG)(100%,电子级,工作压力3-5bar),冷却水(入水:工作压力3-4bar,最大入水温度25°C,出水工作压力:最大2bar),新鲜空气(Fresh air用于旋转器腔室)(工作压力100Pa),乙二醇(制冷机)。
6、工艺描述:6.1、工艺条件:环境温度:+ 22°C to + 24°C;环境湿度: 45 to 65 % RH at 24°C;SE作业指导书车间:电池车间编制:冯中柯审核:翟金叶审定:批准:时间: 2010-7-5序言为更好地保证湿法刻蚀的生产正常进行,稳定生产工艺,提高SE工序产品质量,进一步保证电池产品性能,特制定本作业指导书,以规范操作人员的操作,使操作和工艺控制有章可循,规范统一,同时,还为新员工的上岗培训提供教材参考。
太 阳 能第6期 总第338期2022年6月No.6 Total No.338 Jun., 2022SOLAR ENERGY0 引言近年来,光伏企业在注重效益发展的同时,从技术发展角度日益重视环境的保护,严格执行环保要求,但这也给其带来越来越重的废水处理压力。
在太阳电池制备过程中,湿法刻蚀工艺包括湿法酸抛和湿法碱抛2种。
其中,湿法酸抛工艺中硝酸(HNO3)的使用造成废水处理成本剧增,这是因为,含氮废水对人和水生生物的危害较大,因此处理含氮废水成为太阳电池生产中必不可少的环节,成本也随之增加。
目前,处理高浓度含氮废水的方法主要有吹脱法、化学沉淀法;处理低浓度含氮废水的方法有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技术等。
无论采用上述何种处理方式,处理后的污水仍存在二次污染的问题。
而且上述两类废水处理方式都存在成本高的共性,因此太阳电池采用湿法刻蚀工艺时,降低硝酸的用量尤为迫切。
虽然湿法刻蚀机刻蚀槽内的反应很复杂,但总刻蚀反应可用化学方程式表示为:5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+ 4NO+10H2O+3H2 (1)从式(1)中可以看出,随着刻蚀反应的进行,HNO3和氢氟酸(HF)一直在消耗,需要一直进行补充。
目前,为保证刻蚀效果和刻蚀速率,HNO3一直处于过量状态,需要在保证产品效率和产品质量的前提下降低HNO3的量,并在试验过程中找到最佳比例。
由于HNO3废水的处理费用过高,若要去掉HNO3,可以用湿法碱抛来替代湿法酸抛,但需要增加酸洗环节。
该工艺需要首先去除硅片背面的磷硅玻璃,然后利用碱和氢氧化钠(NaOH)反应对硅片背面进行抛光,由于正面有氧化层保护,再加入一种亲氧添加剂保护正面,以抑制正面反应,达到背面抛光的效果。
湿法碱抛工艺从成本上考虑具有可行性,只需对原有产线进行简单的改造即可,通过增加2台设备实现碱抛光。
本文从环保角度结合实际生产,以单晶硅太阳电池制备过程中的湿法刻蚀工艺为例,提出湿法酸DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20210207.01 文章编号:1003-0417(2022)06-59-05单晶硅太阳电池湿法刻蚀工艺研究何 灿*,武晓燕,巩运涛,邵海娇,刘 苗(晶澳太阳能有限公司,邢台 055550)摘 要:太阳电池制备过程中湿法刻蚀工艺包括湿法酸抛和湿法碱抛2种,湿法酸抛工艺是利用混酸溶液,对扩散后或激光掺杂后硅片的边缘和背面进行腐蚀,以去除硅片的边缘及下表面的p-n结。
目录一. 目的 (003)二. 范围 (003)三. 职责 (003)四. 名词定义 (003)五. 内容 (003)六. 相关文件 (010)七. 附录 (010)1. 目的:规范操作,为RENA正确换液操作规范提供依据。
2. 范围:适用于车间RENA刻蚀换液工序。
3.1负责RENA刻蚀的换液生产作业3.2负责发现作业过程中设备、工艺异常状况时的反映4. 名词定义:无5. 工作程序:5.1 RENA刻蚀换液图片示例与操作指导说明5.1.1首先要确认换液柜上和酸桶上的标签要一致!(注意:千万不能把不同的酸换在不同的换液柜中,在换酸之前一定要先确认,不然导致设备的损坏和对硅片造成不合格)首先要把汗布手套带好然后带好PVC手套带好防毒面具衣服和防毒面具穿戴整齐带好防酸碱手套(注意:带第二只手套时不能把带好手套的那只手碰到另一只手套,必须要别人帮忙带好)检查所有防护措施,尽量不要使皮肤漏在外面慢慢拧开化学桶上的抽液管在取出抽液管时一定要使抽液的酸全部流入化学桶中把取出来的抽液管小心的挂在旁边的挂钩上,一定要挂好5.1.2将新的化学桶移入化学柜中,注意轻摆轻放,同时保证桶的标签朝外(方便查看)拿扳手打开化学桶上的盖子从挂钩上慢慢取抽液管插入化学桶中把抽液管逆时针转动几圈,防止拧紧的时候管子会缠在一起把盖子拧紧,防止漏气,液体打不上去再次确认盖子是否拧紧把管子整理一下,防止全部缠在一起,液体打不上去,流通不畅再次确认所换好的酸是否一致换好以后把门关好把脱好的防护用品全部挂起来把换下来的空化学桶全部集中起来放置全部搞好了以后必须洗手5.1.3注意事项:看到地方有液体,不带手套不要去处理看到液体(注意:不管是水或酸都要把它看作为酸来处理)1.未经过专门培训的人员禁止化学桶更换操作;2.正常生产情况下,必须待设备报警显示外部供应桶为空时,再进行化学桶的更换;3.在腐蚀性的化学制品工作中需要配备专门的防护用具,建议使用抗腐蚀性的挡板/衣服,鞋,手套和护目镜;4.为应付意外事故,确保配备紧急冲洗设备对受侵蚀身体部位进行冲洗;5.决不能单独更换化学用品;6.一切换液程序必须按照正规操作规范进行7、注意事项:不管在任何情况下,每道工序在生产前都要有检查片子的习惯。
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太阳能电池片科普系列——刻蚀篇
来源:北极星太阳能光伏网(独家)作者:陈雪松2017/11/22 11:31:21
关键词:
:扩散过后的下一个工序是刻蚀,由于扩散采用背靠背扩散,硅片的边缘没有遮挡也被扩散上磷(边缘导通状态),PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面,而造成短路,太阳能电池片会因此失效。
同时此短路通道等效于降低并联电阻。
另外由于在扩散过程中氧的通入,硅片表面会形成一层二氧化硅,在扩散炉高温的作用下POCl3与O2形成的
P2O5,部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体,部分则留在了SiO2中形成PSG(磷硅玻璃)。
1、磷硅玻璃会使得电池片在空气中表面容易受潮,导致电流和功率的衰减;
2、死层增加了发射区电子的复合,以致少子寿命的降低,进而降低了Voc 和Isc;
3、磷硅玻璃会使得PECVD后产生色差。
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一、刻蚀的原理
工艺流程:上片→蚀刻槽(H2SO4 HNO3 HF)→水洗→碱槽(KOH)→水洗→HF槽→水洗→下片
刻蚀槽HNO3和HF的混合液体会对扩散后硅片的下表面及边缘进行腐蚀,以去除边缘的N型硅,打破硅片表面短路通路。
因此刻蚀对于液位高度的控制需要特别精确。
反应方程式:
3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O 去PSG磷硅玻璃的原理方程式:
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
SiF4+2HF=H2[SiF6]
SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O
当电池片从HF槽出来后,可观察其表面脱水情况,如果脱水效果良好,则代表磷硅玻璃已去除较干净;如果表面水珠较多,则代表磷硅玻璃未被去除干净,可添加适量HF到HF槽中。
二、刻蚀工序工艺指标管控
当电池片经过刻蚀机台出来时,首先检查硅片表面,绒面是否明显斑迹,是否有药液残留。
该工序一般要求面腐蚀深度控制在~μm范围内,同时硅片表面刻蚀宽度不超过2mm, 刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。
对于刻蚀程度可以通过刻重来衡量——刻蚀前重量减去刻蚀后重量。
对于刻重的要求,不同公司有不同的要求,一般远小于制绒减薄量。
疏水性测试,刻蚀后电池片需要=定时抽检电池片疏水性,疏水性可反映扩散的好坏。
反射率,主要与刻重、电池片和药液有关
三、刻蚀车间常见事项
异常处理,刻蚀车间和制绒车间极其类似,机台叠片、碎片、吹不干、残留和色斑等常见问题等都极为相似,机台的维护、抽风、流量等引起的工艺问题类型也多相似。
1、纯水电导率检测、生产所用均为纯水,纯度不高将直接导致电池片严重的质量问题;
2、空气温度和洁净度,电池片是就像襁褓中的婴儿,任何风吹草动都会引起相当大的后果;
3、化学浓度分析,对制绒槽药液进行定期分析,以便调整。
4、返工分类,大过刻、小过刻等返工工艺不同,需要对返工进行区分,送至制绒车间。
四、总结
刻蚀车间的机器和制绒车间几乎是同样的,同样的RENA机器进行稍微的改动就可以使用在不要的工序,同样制绒车间面临的问题刻蚀车间也同样存在,维护繁琐,有安全隐患等(具体可参见太阳能电池片科普系列制绒篇)。
刻蚀也属于湿制程,对药液寿命、药液成分比例、外围都同样较为敏感,问题出现都是批量性的,问题处理上只能靠经验和数据。