第六七讲晶硅电池制备工艺(切片-制绒-扩散)要点解析.ppt

切割损伤层的腐蚀（初抛） 线切割损伤层厚度可达10微米左右。 一般采用20%的碱溶液在90℃条件腐蚀 0.5～1min以达到去除损伤层的效果,此时的腐蚀速率可达到6～10um/min 。 初抛时间在达到去除损伤层的基础上尽量减短，以防硅片被腐蚀过薄。 对于NaOH浓度高于20%W/V的情况，腐蚀速度主要取决于溶液的温度，而与碱溶液实际浓度关系不大。 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。 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： Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑ 角锥体形成原理 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3～15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 。 绒面光学原理 制备绒面的目的： 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。 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。 影响绒面质量的关键因素 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 超声波清洗 机械切片以后会在硅片表面形成10—40微米的损伤层，且表面有油脂、松香、石蜡、金属离子等杂质。 工艺目的；主要是去除油脂、松香、石蜡等杂质。 工艺原理；超声振动使油珠滚落，物理去油。 条件；去离子水一定量，温度60—90℃，时间10—40min。 超声波清洗机 设备要求：稳定性 好，精确度高（温 度、时间），操作 方便（换水方便）。 减薄 工艺目的；去除表面损伤层和部分杂质。 工艺原理；利用硅在浓NaOH溶液中的各向同性腐蚀除去损伤层。 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 工艺条件；生产常用NaOH溶液质量分数为20%左右，温度85±5℃，时间0.2—3min 具体据原始硅片的厚度和表面损伤情况而定。 绒面 目的；制作绒面，减少反射，提升硅片对光吸收效率。 原理；利用Si在稀NaOH溶液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成无数个3—6微米的金字塔结构，这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对光的吸收。 条件；生产常用NaOH质量分数1%左右，Na2SiO3 1.5%—2%，乙醇或异丙醇每次约加200—400ml(50L混合液）。温度85±5℃,时间15—45min，具体工艺据硅片种类、减薄后厚度和上次生产情况而定。 质量目标：绒面后硅片表面颜色深灰无亮点、均匀、气泡印小，无篮脚印、白花等现象。400倍显微镜下大小符合标准，倒金字塔结构均匀。 酸洗 目的；去除硅片表面金属离子和绒面后的残留药液， 原理；主要利用的是酸碱中和反应。 条件；10%盐酸，时间10min 漂洗 目的；去除氧化层（SiO2）。 原理；SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 条件；HF溶液8%—10%，时间10min。 注★清洗工艺每个小环节之后，均需用去离子水将硅片冲洗干净，以免残留药液影响倒下个小环节的正常进行。 去离子水是指纯水，指的是将水中的强电解质去除并且将弱电解质去除到一定程度的水。其电阻率越大，电导率约小则级别越高。 清洗机 设备要求：稳定性好，精确度高，密闭性能好，有抽风装置，便于标准化生产，操作简单安全。 烘干 目的：烘干。 原理：热吹风（~75 ℃ ）去除硅片表面残留的水。 关键因素的分析 ——NaOH的影响 制绒液中的乙醇或异丙醇、NaOH、硅酸纳三者浓度比例决定着溶液的腐蚀速率和角锥体形成情况。 溶液温度恒定在80℃时发现腐蚀液NaOH浓度在1.5～4%范围之外将会破坏角锥体的几何形状 。 当NaOH处于合适范围内时，乙醇或异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速率大幅度下降。 维持制绒液中乙醇的含量为10 vol%，温度85 ℃，时间30分钟条件下： NaOH浓度5g/l时绒面形貌 NaOH浓度15g/l时绒面形貌 NaOH浓度55g/l时绒面形貌