硅片清洗PPT

当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给 了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了 电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部 电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能 的过程。 2、晶体硅太阳电池的制作过程: "硅"是我们这个星球上储藏最丰富的材料 之一。自从上个世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改 变了一切，甚至人类的思维，20世纪末，我们的生活中处处可见"硅"的 身影和作用,晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程 大致可分为五个步骤:a)提纯过程 b)拉棒过程 c)切片过程 d)制电池过程 e)封装过程. 如下图所示：
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硅片制绒
单晶制绒
单晶制绒工艺：
NaOH，Na2SiO3，IPA混合体系进行硅片制绒。 配比要求： NaOH浓度0.8wt%-2wt%； Na2SiO3浓度0.8wt%2wt%；IPA浓度5vol%-8vol%。 制绒时间：25-35min，制绒温度75-90oC。
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硅片制绒
单晶制绒
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硅片制绒
单晶制绒
各向异性腐蚀机理：
1967年，Finne和Klein第一次提出了由OH-，H2O与 硅反应的各向异性反应过程的氧化还原方程式： Si+2OH-+4H2O→Si(OH)62-+2H2； 1973年，Price提出硅的不同晶面的悬挂键密度可能 在各项异性腐蚀中起主要作用； 1975年，Kendall提出湿法腐蚀过程中，（111）较（ 100）面易生长钝化层； 1985年，Palik提出硅的各向异性腐蚀与各晶面的激 活能和背键结构两种因素相关，并提出SiO2（OH）22-是 基本的反应产物；
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单晶制绒
温度影响：
温度过高，IPA挥发加剧，晶面择优性下降，绒面连 续性降低；同时腐蚀速率过快，控制困难； 温度过低，腐蚀速率过慢，制绒周期延长； 制绒温度范围：75-90oC。
80℃
85℃
90℃
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IPA影响：
1、降低硅片表面张力，减少气泡在硅片表面的粘附，使金 字塔更加均匀一致； 2、气泡直径、密度对绒面结构及腐蚀速率有重要影响。气 泡大小及在硅片表面的停留时间，与溶液粘度、表面张 力有关，所以需要异丙醇来调节溶液粘滞特性。
3.白斑片
产生原因：⑴硅棒在切片后，预清洗前与水有接触⑵切割 液中有水进入⑶清洗前硅片表面在空气中自然干燥 解决方案：⑴硅片在预清洗前不要与水接触⑵切割液中不 能有水进入⑶硅片在清洗前保持湿润
四.典型工艺
1.工艺流程示意图： 循环水清洗（1） 循环水清洗（2） 清洗剂清洗（3） 清洗剂清洗（4） 循环水漂洗（5） 循环水漂洗（6） 循环水漂洗（7） 烘干 2.清洗操作规程： Ⅰ清洗剂配比方案： 第三槽：JH-15A剂2kg和JH-15B剂1kg复配 第四槽：JH-15A剂2kg和JH-15B剂1kg复配 （第二槽加入2kg B剂效果会更佳，加入B剂时， 二槽的循环水要关闭） Ⅱ各清洗槽温度控制： 第三槽：温度设定55~65℃ 第四槽：温度设定55~65℃ 第五槽：温度设定40~50℃ 第六槽：温度设定40~50℃ 3．各清洗槽清洗时间：不低于3分钟；4~6分钟为宜。 4．清洗剂更换周期：清洗片数8000~1000片后更换三、四槽清洗 剂，配比参见操作规程Ⅰ 。
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单晶制绒
绒面形成最终取决于两个因素：
腐蚀速率及各向异性 腐蚀速率快慢影响因子： 1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率； 2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率； 3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。
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具体影响因子：
NaOH浓度 溶液温度
异丙醇浓度
制绒时间 硅酸钠含量 槽体密封程源自、异丙醇挥发 搅拌及鼓泡19
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单晶制绒
各向异性腐蚀机理：
Seidel电化学模型：
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绒面形成机理：
A、金字塔从硅片缺陷处产生； B、缺陷和表面沾污造成金字塔形成； C、化学反应产生的硅水合物不易溶解，从而导致金字 塔形成； D、异丙醇和硅酸钠是产生金字塔的原因。 硅对碱的择优腐蚀是金字塔形成的本质，缺陷、沾污 、异丙醇及硅酸钠含量会影响金字塔的连续性及金字塔 大小。
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单晶制绒 NaOH浓度对绒面形貌影响： NaOH对硅片反应速率有重要影响。制绒过程中，由 于所用NaOH浓度均为低碱浓度，随NaOH浓度升高， 硅片腐蚀速率相对上升。与此同时，随 NaOH浓度改变 ，硅片腐蚀各向异性因子也发生改变，因此， NaOH浓 度对金字塔的角锥度也有重要影响。
单晶制绒流程：预清洗+制绒
预清洗目的： 通过预清洗去除硅片表面脏污，以及部分损伤层。
硅片 机械损伤层（5-7微米）
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预清洗方法：
1、10%NaOH，78oC，50sec； 2、① 1000gNaOH，65-70oC(超声)，3min；②1000g Na2SiO3+4L IPA，65oC，2min。 2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2 SiO32-+3H2O=H4SiO4+2OH-
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单晶制绒
预清洗原理：
1、10%NaOH，78oC，50sec； 利用浓碱液在高温下对硅片进行快速腐蚀。损伤层存在 时，采用上述工艺，硅片腐蚀速率可达5μm/min；损伤 去除完全后，硅片腐蚀速率约为1.2μm/min。经腐蚀， 硅片表面脏污及表面颗粒脱离硅片表面进入溶液，从而 完成硅片的表面清洗。 经50sec腐蚀处理，硅片单面减薄量约3μm。采用上述配 比，不考虑损伤层影响，硅片不同晶面的腐蚀速率比为: (110): (100): (111)=25：15：1，硅片不会因各向异性产生 预出绒，从而获得理想的预清洗结果。 缺点：油污片处理困难，清洗后原片脏污残留去除困难 。
硅片制绒
制绒目的与陷光原理：
制绒目的： 利用陷光原理，减少光的反射，提高短路电流(Isc)，增加PN结 面积，最终提高电池的光电转换效率。 陷光原理： 当光入射到一定角度的斜面(金字塔理论角度70.5°)，光会反射 到另一角度的斜面，形成二次或多次吸收，从而增加吸收率。
绒面陷光示意
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单晶制绒
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硅片制绒
单晶制绒 预清洗原理： 2、① 1000gNaOH，65-70oC(超声)，3min；②1000g Na2SiO3+4L IPA，65oC，2min。
① 利用NaOH腐蚀配合超声对硅片表面颗粒进行去除； ② 通过SiO32-水解生成的H4SiO4(原硅酸)，以及IPA对硅片 表面有机物进行去除。
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单晶制绒
各向异性腐蚀机理：
1990年，Seidel提出了目前最具说服力的电化学模型 ，模型认为各向异性腐蚀是由硅表面的悬挂键密度和背 键结构，能级不同而引起的； 1991年，Glembocki和Palik考虑水和作用提出了水和 模型，即各向异性腐蚀由腐蚀剂中自由水和OH-同时参 与反应； 最近，Elwenspolk等人试着用晶体生长理论来解释单 晶硅的各向异性腐蚀，即不同晶向上的结位(kinksites)数 目不同； 另一种晶体学理论则认为(111)面属于光滑表面， (100)面属于粗糙表面。
一、预清洗 脱胶 1.预清洗 为保证硅片清洗的洁净度，在脱胶前的喷淋冲洗时间最好控制在30分钟以上 2.脱胶 ①目前各生产厂家脱胶工艺不同，主要使用机器有两种：手动脱胶机和全自动 脱胶机
全自动脱胶机 手动脱胶机 ②目前主要的脱胶工艺为：Ⅰ55~70℃清水脱胶Ⅱ 55~70℃ 加乳酸脱胶Ⅲ 55~70℃ 加柠檬酸脱胶 3.脱胶过程中的注意事项 ①脱胶过程保证硅片表面不能干燥，防止砂浆干在硅片表面，影响硅片表面的 清洗 ②脱胶温度不能过高，防止硅片表面氧化
三.硅片清洗异常分析与排除
1.脏污片 产生原因：⑴清洗剂质量异常⑵ 设备异常⑶预清洗 时 间不够⑷清洗剂清洗能力不足 解决方案：⑴ 查看清洗剂批次所对应的质保书，检测清 洗剂指标是否正常 ⑵检查超声波清洗机 超声频率、清洗槽温度是否正常， 如异常调整至正常值 ⑶ 增加预清洗时间，一般正常预清洗时间20-30分钟 ⑷更换新槽液 2.花斑片 此种片子大多数是由于硅片在清洗前表面被氧化造成的， 产生原因⑴脱胶温度太高⑵预清洗到清洗间隔时间过长⑶ 切片后到预清洗时间过长⑷清洗前硅片表面在空气中自然 干燥 解决方案：⑴调整脱胶温度⑵预清洗后尽快清洗，时间 间隔不得超过4小时⑶切片后尽快预清洗，时间间隔不得 超过6小时⑷硅片在清洗前保持湿润
85oC，30min， IPA vol10%
0.5%
1.5%
5.5%
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硅片制绒
单晶制绒 NaOH浓度对绒面反射率影响：
0.16
Average Reflectance
0.15
0.14
0.13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Concentration of NaOH (g/l)
太阳能光伏知识
1、太阳能电池发电原理: 太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力 的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅， 非晶 硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述 光发电过程。 P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。 如图1所示：
用文字图描述如下：
单晶绒面：
单晶绒面显微结构（左：金相显微镜；右：扫描电镜）
绒面一般要求：制绒后，硅片表面无明显色差；绒 面小而均匀。