太阳能电池制绒培训教材

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1、讲解：林禹,晶体硅太阳电池制绒工艺,南安市三晶阳光电力有限公司,南安市三晶阳光电力有限公司,目 录 1.基础知识2.工艺分类3.工艺流程4.化学原理5.影响因素6.工艺控制7.酸清洗的作用8.开关机注意事项9.单晶绒面不良的分析及措施,南安市三晶阳光电力有限公司,1.制绒基础知识,1.1 什么是制绒 制绒是将硅表面进行预清洗并用强碱或强酸腐蚀成类似金字塔状或蜂窝状结构的过程,南安市三晶阳光电力有限公司,1.2 制绒的作用,1.2.1 去除损伤层 1.2.2 形成减反射绒面（陷光结构） 1.3 制绒的目的 1.2.1 利用陷光原理，增加光的吸收，提高短路电流Isc 1.2.2 增加PN结的面积,

2、南安市三晶阳光电力有限公司,2.制绒工艺分类,2.1 单晶 碱制绒，利用单晶片各向异性的腐蚀特性由强碱对硅片表面进行一系列的腐蚀。我司现在也在使用碱制绒，当然也有某些公司用酸制绒做单晶。 主要化学药品为：氢氧化钠或氢氧化钾、异丙醇或乙醇、硅酸钠或绒面添加剂 2.2 多晶 酸制绒，利用强腐蚀性酸混合液的各向同性的腐蚀特性对硅片表面进行腐蚀。 主要化学药品为：硝酸、氢氟酸,南安市三晶阳光电力有限公司,3.制绒工艺流程,3.1 单晶,南安市三晶阳光电力有限公司,3.1 多晶,纯水清洗,南安市三晶阳光电力有限公司,4.制绒的化学原理,4.1 单晶 4.1.1 化学原理 利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶

3、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金字塔结构密布的表面形貌，就称为表面织构化。金字塔的四面全是由111面包围形成。 4.1.2 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。,南安市三晶阳光电力有限公司,总反应化学方程式：,Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2 副反应化学方程式： Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + OH- Na2SiO3 (Na2O)x(SiO2)y,南安市三晶阳光电力有限公司,4.2 多晶,硅被HNO3氧化，反应为： 用HF去除SiO2层，反应为： 总化学反应

4、方程式为：,南安市三晶阳光电力有限公司,5.影响制绒的因素,5.1 单晶制绒影响因素分析 硅的腐蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、溶液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关 5.1.1 影响因素 NaOH及异丙醇浓度 制绒槽内硅酸钠的累计量 制绒反应的温度 制绒反应时间的长短 槽体密封程度、异丙醇的挥发程度,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.2 各个因素作用,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.3 各个因素影响单晶制绒的规律,温度越高腐蚀速度越快 溶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 工业中的腐蚀应使参数处于比较平缓的变化区域。以使反应速

5、度不致因为参数的微小变化造成较大的变化。 IPA浓度应使用较低的水平，使反应速度控制在较理想的区域（0.50.6m/min），这样可以在金字塔的质量和生产率之间找到一个平衡。,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.4 制绒腐蚀速率、腐蚀量同时间的关系,腐蚀量同时间的关系 腐蚀速率同时间的关系 以上各种颜色曲线是多次试验的不同浓度的统计,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.5 NaOH浓度对金字塔的影响,当NaOH的浓度小于1.5%和大于4%时都会破坏金字塔结构。 在此范围间，增加NaOH浓度会稍微增加反应速度。,0.5% 1.5% 5.5%,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.6 IPA浓度对金

6、字塔的影响,当IPA的浓度从3%增加到10%时，反应速度会明显下降。,0% 5% 10%,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.7 温度对金字塔的影响,在同样的NaOH浓度下，当温度升高时，反应速度明显加快。,78 83 88,南安市三晶阳光电力有限公司,5.2 多晶制绒影响因素分析,多晶制绒反应的发生点为表面的缺陷点，如果过分完整的表面反而无法制绒水至清则无鱼。但是反过来，制绒的情况也受表面状态影响很大，不容易控制。 酸性溶剂有除油效果，因此多晶硅表面的制绒对于前期硅片表面沾污不是很敏感。 酸性溶剂在表面如遇空气，很容易干躁形成氧化层的着色现象，一旦着色很难再行清除。多晶硅在酸洗之后还未经清水

7、漂洗之前出水不应长于12秒。因此，最好使用在线式连续清洗。 酸性溶剂的浓度和温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。,使用HF、HNO3、H2O混合液 HNO3在硅表面形成SiO2层 HF将氧化层除去 从而HF、HNO3两者形成竞争,5.2.1 湿法各相同性腐蚀,南安市三晶阳光电力有限公司,温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。,南安市三晶阳光电力有限公司,5.2.2 温度对腐蚀速度和反射率的影响,南安市三晶阳光电力有限公司,5.2.3 时间对表面形貌的影响,120秒 240秒 在同样浓度下不同时间的对绒面的影响,南安市三晶阳光电力有限公司,6.制绒工艺控制,6.1 硅片表面

8、沾污的来源 硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可见 硅棒切片后清洗工艺中的有机物沾污 硅片表面的碳沾污 硅棒切片时润滑剂的粘污 硅片经过热碱处理后提出在空气中，时间过长会与空气中的氧反应形成一层氧化层，这层氧化层一旦形成就很难再清洗下去了。因此，在碱清洗后不能在空气中暴露12秒以上。,南安市三晶阳光电力有限公司,6.2 单晶工艺控制参数,硅片单面腐蚀厚度（腐蚀量） 反射率 金字塔大小 白斑、雨点 划伤、划痕 花篮印 外观均匀性,南安市三晶阳光电力有限公司,6.1.1 单晶工艺控制方法,南安市三晶阳光电力有限公司,在制绒过程中有三个变量需要控制： IPA浓度 KOH or NaOH

9、浓度 硅酸盐浓度 其他需要控制的因素： 温度（高低和均匀性） 时间 水流（搅动或鼓泡） 要控制的结果： 金字塔的大小 金字塔的铺满程度 表面的花片,理想金字塔： 小13m 匀铺满整个表面 净没有任何花斑,6.1.2 怎样才是“好”的金字塔,南安市三晶阳光电力有限公司,6.1.3 怎样才能做到“好”的金字塔,关键：降低硅片表面及溶液的界面能 三个方面实现： 对来料检验较差的硅片表面进行预处理，如粗抛液、清洗剂或强氧化剂。 提高硅片表面的浸润能力，如增加IPA浓度或把硅片进行酸或碱的腐蚀。 减少溶液的张力，如绒面添加剂。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。,硅片厚度（腐蚀量、腐

10、蚀速率） 虫孔长宽比 亮斑 暗纹 表面平整度 表面洁净度（棕黄色斑迹）,南安市三晶阳光电力有限公司,6.2 多晶工艺控制参数,南安市三晶阳光电力有限公司,6.2.1 多晶工艺控制方法,HNO3浓度太高,南安市三晶阳光电力有限公司,7.酸清洗的作用,7.1 盐酸清洗的作用 7.1.1 中和残留在硅片表面的碱液 7.1.2 去除在硅片切割时表面引入的金属杂质 注：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与Fe3+、Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物,南安市三晶阳光电力有限公司,7.2 氢氟酸清洗的作用,7.2.1 去除在清洗过程中表面形成SiO2层

11、7.2.2 氢氟酸是良好的脱水剂，起到预脱水的作用,南安市三晶阳光电力有限公司,8.现有单晶制绒设备开关机注意事项,8.1 开机流程 先在制绒设备电柜中打开24V转换电源开关和控制电源，然后打开各需要打开的加热器及6个机械臂驱动电源，最后打开PLC控制开关。 8.2 开机注意事项 8.2.1 检查制绒设备的所有急停按钮是否都在断开状态； 8.2.2 开机后观察PLC面板上是否有报警信息； 8.2.3 检查纯水的电阻率，大于17.5Mohm-cm。,南安市三晶阳光电力有限公司,8.3 关机流程,先将自动开关变为手动状态，然后在制绒设备电柜中关闭PLC控制开关，再关闭24V转换电源开关和控制电源，

12、然后关闭各个加热器和机械臂驱动电源。 8.4 关机注意事项 8.4.1 由自动变为手动的时候，一定要注意机械臂运行情况，是否在操作，必须要自动运行状态改为待机后再由待机改为手动状态，并且机械臂上没有花篮才可以关机； 8.4.2 关机前要求所有的槽体都用水枪清洗一遍； 8.4.3 关机后也要注意将加药的天平、称片天平和显微镜的电源关闭。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.单晶绒面不良的分析及措施,9.1 绒面不良分析 1、表面污点（包括手指印、残留物-IPA/NaOH/NaSiO3、外来杂质、花篮印、水纹）； 2、表面发白； 3、表面发亮； 4、表面有规则的闪光； 5、表面有彗星现象； 6、表面无

13、绒面； 7、表面绒面不均匀。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.1 表面手印,现象：表面有指纹残留 原因：在切片清洗过程中或包装时人为的接触硅片 解决方法： 1、IPA可以起到一定效果，但是不能杜绝； 2、预清洗也能有一定的效果，但也不能百分百处理干净。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.2 表面药液残留,现象：表面有大量的药液残留 原因：IPA加入过多 解决方法：重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.3 表面污染,现象：同一批片子相同位置有一些类似于油污一样的污渍 原因：来料问题，可能于切片后干燥处理有关系或者是包装时引入 解决方法： 1、与硅片厂家协商； 2、加大预清洗浓度；

14、 3、重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.4 表面污渍,现象：制绒后表面有污渍 原因：制绒后反应物残留 解决方法： 1、加大预清洗浓度； 2、重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.5 表面发白,现象：表面发白 原因：制绒时间或浓度不够 解决方法： 1、加大制绒液浓度； 2、重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.6 表面发亮,现象：表面发亮、发沙 原因：制绒时间过长或制绒液浓度过高 解决方法： 1、适当降低制绒液浓度； 2、适当减少制绒时间。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.7 制绒不良,现象：表面出现规则的制绒不良、同一整批都有 原因：可能是来料原因 解决方

15、法： 1、适当增加制绒液浓度； 2、适当增加制绒时间； 3、相应加大预清洗浓度。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.8 表面发亮且有雨点,现象：部分局域绒面较好，部分区域较难腐蚀 原因：可能是来料原因 解决方法： 通常适当增加碱和IPA的浓度可以解决，但是具体量视实际情况而定。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.9 表面腐蚀不均匀,现象：部分局域表面发白，有彗星现象发生 原因：IPA偏少 解决方法： 通常适当IPA的浓度可以解决，具体量视实际情况而定。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.10 表面无绒面,现象：表面基本无绒面，有流星雨现象发生 原因：来料、表面有杂质阻止制绒腐蚀 解决方法： 1、通常适当增加碱液浓度可以解决，具体量视实际情况而定； 2、增加预清洗浓度。,谢 谢 ！,知识回顾Knowledge Review,祝您成功！,