晶硅片制绒及清洗
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硅片的清洗与制绒导语:硅片在经过一系列的加工程序之后需要进行清洗,清洗的目的是要消除吸附在硅片表面的各类污染物,并制做能够减少表面太阳光反射的绒面结构(制绒),且清洗的洁净程度直接影响着电池片的成品率和可靠率。
制绒是制造晶硅电池的第一道工艺,又称“表面织构化”。
有效的绒面结构使得入射光在硅片表面多次反射和折射,增加了光的吸收,降低了反射率,有助于提高电池的性能。
一.清洗二.制绒1.制绒的目的和原理目的: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。
原理:①单晶硅:制绒是晶硅电池的第一道工艺,又②多晶硅:利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性,对硅进行氧化和络合剥离,导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀,从而形成类似“凹陷坑”状的绒面,如图3所示。
理想的绒面效果,应该是金字塔大小均匀,覆盖整个表面。
金子塔的高度在3~5μm 之间,相邻金字塔之间没有空隙,具有较低的表面反射率,如图6所示。
有效的绒面结构,有助于提高电池的性能。
由于入射光在硅片表面的多次反射和折射,增加了光的吸收,其反射率很低,主要体现在短路电流的提高。
3.影响绒面质量的关键因素(1) 无水乙醇或异丙醇浓度气泡的直径、密度和腐蚀反应的速率限定了硅片表面织构的几何特征。
气泡的大小以及在硅片表面停留的时间,与溶液的粘度、表面张力有关系。
所以需要乙醇或异丙醇来调节溶液的粘滞特性。
乙醇的含量在3 vol%至20 vol%的范围内变化时,制绒反应的变化不大,都可以得到比较理想的绒面,而5 vol%至10 vol%的环境最佳。
(2) 制绒槽内硅酸钠的累计量硅酸钠在溶液中呈胶体状态,大大的增加了溶液的粘稠度。
对腐蚀液中OH 离子从腐蚀液向反应界面的输运过程具有缓冲作用,使得大批量腐蚀加工单晶硅绒面时,溶液中NaOH 含量具有较宽的工艺容差范围,提高了产品工艺加工质量的稳定性和溶液的可重复性。
硅酸钠在制绒溶液中的含量从2.5%~30%wt 的图9 不同时间制绒后,硅片的反射谱(5)制绒腐蚀的温度 根据阿伦尼乌斯方程(k=Aexp (-Ea/RT )),温度升高,反应速度常数会成指数增大。
多晶硅片的表面清洗与制绒摘要:太阳能电池生产过程中采用硅片作为基底,对硅片的制绒清洗属于第一道工序,主要目的有两个:①去除硅片表面杂志损伤层,②在硅片表面腐蚀出微观绒面结构。
本文在不同生产参数变化情况下对减薄量、反射率、电池效率等参数进行跟踪,通过D8反射仪、Haml测试仪进行测试和表征。
通过多组试验数据可得到最优链式多晶硅清洗制绒工艺。
关键词:太阳能电池;清洗制绒;减薄量;反射率0.引言清洗制绒是多晶硅生产的首要环节,在清洗制绒过程中形成微观蠕虫状绒面结构,通过此结构减少光的反射,提高短路电流,增加PN结面积,提升开路电压,是提高太阳能电池转换效率的重要途径。
多晶硅的晶向属于多向性,常采用的清洗制绒方式为酸性溶液各向同性腐蚀,也是目前最常用的批量生产方案[[1].2]。
在酸性溶液中主要是是HF与HNO3两种,其中HF主要取其酸性作用,HNO3主要是取其氧化性强的作用,两者结合形成强氧化性酸溶液对硅片进行腐蚀[[]3.4.5]。
主要反映过程如下:3Si+4HNO3→3SiO2+2H2O+4NO ↑ (1)SiO2+4HF→SiF4+2H2O (2)SiF4+4HF→H2SiF6 (3)本文所有技术跟踪全部在链式酸制绒设备上进行,多晶硅片进入设备后,酸腐蚀反应开始在硅片表面发生,因损伤层的深浅不一形成不规则的蠕虫状绒面结构。
为得到较低的反射率,本文通过对不同影响因素的调整来进行验证,争取得到最优清洗制绒工艺。
1.实验流程设计选取同锭切割硅片进行分组,共分2组,每组选取1000片,进行如下实验安排:1)对制绒槽药温度的确定在制绒槽药液寿命中段,分别采取20℃、22℃、24℃、26℃、28℃温度进行硅片腐蚀,然后每组选5片进行腐蚀量及反射率测试,记录其平均值。
2)对HF/HNO3配比的确定选取1)试验中最优组制绒温度,然后进行HF:HNO3=1:1/3:2/2:1/5:2/3:1不同浓度下腐蚀,然后每组选5片进行腐蚀量及反射率测试,记录其平均值。