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1、前后清洗工艺培训前后清洗工艺培训 一、什么是太阳能电池一、什么是太阳能电池 太阳电池是利用光生伏特效应，太阳电池是利用光生伏特效应，把光能直接转换成电能的一种器件。把光能直接转换成电能的一种器件。 它的工作原理可以概括成下面它的工作原理可以概括成下面几个主要过程：第一，必须有几个主要过程：第一，必须有光的光的照射照射，可以是单色光，太阳光或我，可以是单色光，太阳光或我们测试用的模拟太阳光源。第二，们测试用的模拟太阳光源。第二，光子注入到半导体后，光子注入到半导体后，激发出电子激发出电子空穴对空穴对。这些电子空穴对必须有。这些电子空穴对必须有足够的寿命足够的寿命保证不会在分离前被附保证不会在分离
2、前被附和。第三，必须有个静电场（和。第三，必须有个静电场（PNPN结）结），起，起分离电子空穴分离电子空穴的作用。第四，的作用。第四，被分离的电子空穴，经电极收集被分离的电子空穴，经电极收集输输出到电池体外出到电池体外，形成电流。，形成电流。1.1.太阳能电池的原理太阳能电池的原理 前清洗（制绒）前清洗（制绒）扩散扩散制结制结PECVD PECVD 镀减反膜镀减反膜 后清洗（刻边后清洗（刻边/ /去去PSGPSG）丝网印刷丝网印刷 /烧结烧结/测试测试2.2.制造太阳能电池的基本工艺流程制造太阳能电池的基本工艺流程二、前清洗（制绒）二、前清洗（制绒） 制绒按工艺不同可分为碱制绒和酸制绒：制绒按
3、工艺不同可分为碱制绒和酸制绒： 利用碱溶液对利用碱溶液对单晶硅单晶硅不同晶面有不同的腐蚀速率（各向异性腐蚀），不同晶面有不同的腐蚀速率（各向异性腐蚀），经过腐蚀、在表面会出现以经过腐蚀、在表面会出现以 形成的锥体密布表面（金字塔状），称为形成的锥体密布表面（金字塔状），称为表面表面织构化织构化。 但是对于但是对于多晶硅多晶硅，由于晶体排列方式杂乱，如果利用碱液，无法进行，由于晶体排列方式杂乱，如果利用碱液，无法进行腐蚀得到良好的金字塔织构化表面，此时只能用酸溶液进行各向同性腐蚀，腐蚀得到良好的金字塔织构化表面，此时只能用酸溶液进行各向同性腐蚀，获得表面存在许多凹坑的表面结构，也能起到良好的获得
4、表面存在许多凹坑的表面结构，也能起到良好的陷光作用陷光作用。1.1.制绒工艺的分类：制绒工艺的分类：单晶硅片碱制绒绒面形状单晶硅片碱制绒绒面形状 多晶硅片酸制绒绒面形状多晶硅片酸制绒绒面形状 2. 2. 陷光原理：陷光原理：光在光滑半导体薄片表面上的光在光滑半导体薄片表面上的反射、折射和透射反射、折射和透射陷光原理图陷光原理图 当入射光入射到一定角度的斜面，光会反射到另当入射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一角度的斜面形成二次吸收二次吸收或者或者多次吸收多次吸收，从而增加，从而增加吸收率。吸收率。 腐蚀深度在腐蚀深度在4.4 0.4m 时，制绒后的硅片表面反射率要一般在时，
5、制绒后的硅片表面反射率要一般在20%25%之间，此时得到的电性能较好。之间，此时得到的电性能较好。 腐蚀深度与电性能间的关系腐蚀深度与电性能间的关系 在绒面硅片上制成在绒面硅片上制成PNPN结太阳电池，它有以下特点结太阳电池，它有以下特点: :(l)(l)绒面电池比光面电池的反射损失小，如果再加减反射膜，其反射率可进绒面电池比光面电池的反射损失小，如果再加减反射膜，其反射率可进一步降低。一步降低。(2)(2)入射光在光锥表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向，不仅延入射光在光锥表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向，不仅延长了光程，增加了对红外光子的吸收，而且有较多的光子在靠近长了光程
6、，增加了对红外光子的吸收，而且有较多的光子在靠近PNPN结附近结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率。产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率。(3)(3)在同样尺寸的基片上，绒面电池的在同样尺寸的基片上，绒面电池的PNPN结面积比光面大得多，因而可以提结面积比光面大得多，因而可以提高短路电流，转换效率也有相应提高。高短路电流，转换效率也有相应提高。(4)(4)绒面也带来了一些缺点绒面也带来了一些缺点: :一是工艺要求提高了；二是由于它减反射的无一是工艺要求提高了；二是由于它减反射的无选择性，不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入电池，使选择性，不能产生电子空穴对
7、的有害红外辐射也被有效地耦合入电池，使电池发热；三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触，使接触电阻损电池发热；三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触，使接触电阻损耗增加。耗增加。三、前清洗（酸制绒）工艺三、前清洗（酸制绒）工艺清洗设备清洗设备注：前、后清洗设备外观相同，内部构造和作用原理稍有不同注：前、后清洗设备外观相同，内部构造和作用原理稍有不同1.1. 前清洗工序的前清洗工序的目的目的：去除硅片表面的机械损伤层（来自硅棒切割的物理损伤）去除硅片表面的机械损伤层（来自硅棒切割的物理损伤）清除表面油污（利用清除表面油污（利用HFHF）和金属杂质（利用）和金属杂质（利用HClHCl）形成起伏
8、不平的绒面，增加对太阳光的吸收，增加形成起伏不平的绒面，增加对太阳光的吸收，增加PNPN结面结面积，积，提高短路电流（提高短路电流（Isc），最终提高电池光电转换效率。），最终提高电池光电转换效率。前清洗工艺步骤：前清洗工艺步骤： 制绒制绒碱洗碱洗 酸洗酸洗吹干吹干Etch bathDryer1Rinse1AlkalineRinseRinse2AcidicRinseRinse3Dryer2 RENA Intex前清洗设备的主体分为以下八个槽，此外还有滚轮、排前清洗设备的主体分为以下八个槽，此外还有滚轮、排风风系统系统、自动及手动补液、自动及手动补液系统、循环系统系统、循环系统和温度控制系统等。
9、和温度控制系统等。2. 2.设备构造设备构造Etch bath：制绒槽，用于制绒。：制绒槽，用于制绒。 所用溶液为所用溶液为HF+HNO3 ，作用作用：1.1.去除硅片表面的机械损伤层；去除硅片表面的机械损伤层；2.2.形成无规则绒面。形成无规则绒面。Alkaline Rinse：碱洗槽：碱洗槽 。 所用溶液为所用溶液为KOH，作用：作用：1. 对形成的多孔硅表面进行清洗；对形成的多孔硅表面进行清洗；2.中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。Acidic Rinse：酸洗槽：酸洗槽 。 所用溶液为所用溶液为HCl+HF，作用：作用：1.中和前道碱洗后残留在硅片
10、表面的碱液；中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液；可去除硅片表面氧化层（可去除硅片表面氧化层（SiO2），形成疏水表面，便于吹干；），形成疏水表面，便于吹干； 中的中的Cl-有携带金属离子的能力，可以用于去除硅片表面金属离子。有携带金属离子的能力，可以用于去除硅片表面金属离子。 HNO3+Si=SiO2+NOx+H2O SiO2+ 4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 Si+2KOH+H2O K2SiO3 +2H2 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 Si + HNO2 SiO2 + NO +H2O HNO3 + NO + H2O HNO23. 酸制绒工艺涉及
11、的反应方程式酸制绒工艺涉及的反应方程式:4.前清洗换药规程前清洗换药规程5. 前清洗工序工艺要求前清洗工序工艺要求片子表面片子表面5S5S控制控制 不容许用手摸片子的表片，要勤换手套，避免扩散后出现脏片。不容许用手摸片子的表片，要勤换手套，避免扩散后出现脏片。称重称重 1.1.每批片子的腐蚀深度都要检测，不允许编造数据，搞混批次等。每批片子的腐蚀深度都要检测，不允许编造数据，搞混批次等。 2. 2.要求每批测量要求每批测量4 4片。片。 3. 3.放测量片时，把握均衡原则。如第一批放在放测量片时，把握均衡原则。如第一批放在道，下一批则放在道，下一批则放在道，道，便于检测设备稳定性以及溶液的均匀
12、性。便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。制绒制绒槽液面的注意事项：槽液面的注意事项： 正常情况下液面均处于绿色，如果一旦在流片过程中颜色改变，立即正常情况下液面均处于绿色，如果一旦在流片过程中颜色改变，立即通知工艺人员。通知工艺人员。产线上没有充足的片源时，工艺要求产线上没有充足的片源时，工艺要求: : 1.1.停机停机1 1小时以上，要将刻蚀槽的药液排到小时以上，要将刻蚀槽的药液排到tanktank，减少药液的挥发。，减少药液的挥发。 2. 2.停机停机1515分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，以防酸碱形成的结分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。晶盐堵
13、塞喷淋口及风刀。 3. 3.停机停机1h1h以上，要跑假片，至少一批（以上，要跑假片，至少一批（400400片）且要在生产前半小时片）且要在生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝制绒后的片子有滚轮印。用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝制绒后的片子有滚轮印。前清洗到扩散的产品时间前清洗到扩散的产品时间: : 最长不能超过最长不能超过4 4小时小时, ,时间过长硅片会污染氧化，到扩散污染炉管时间过长硅片会污染氧化，到扩散污染炉管, ,从从 而影响后面的电性能及效率而影响后面的电性能及效率 后清洗工艺培训后清洗工艺培训 扩散过程中，虽然采用背靠背扩散，硅片的边缘将不可避免地扩扩散过程中，虽然采用背靠背扩
14、散，硅片的边缘将不可避免地扩散上磷。散上磷。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流到PN结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。 同时，由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层二氧化同时，由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层二氧化硅，在高温下硅，在高温下POCl3与与O2形成的形成的P2O5，部分，部分P原子进入原子进入Si取代部分晶格取代部分晶格上的上的Si原子形成原子形成n型半导体，部分则留在了型半导体，部分则留在了SiO2中形成中形成PSG。
15、 后清洗的目的就是进行湿法刻蚀和去除后清洗的目的就是进行湿法刻蚀和去除PSG。1.后清洗的目与原理后清洗的目与原理 2.湿法刻蚀原理湿法刻蚀原理: 利用利用HNO3和和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀,去去除边缘的除边缘的N型硅型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。使得硅片的上下表面相互绝缘。边缘刻刻蚀原理反原理反应方程式：方程式：3Si + 4HNO3+18HF =3H2 SiF6 + 4NO2 + 8H2O3.刻蚀中容易产生的问题及检测方法：刻蚀中容易产生的问题及检测方法： 1.刻蚀不足刻蚀不足：边缘漏电，：边缘漏电，Rsh下降，严重可导
16、致失效下降，严重可导致失效 检测方法：测绝缘电阻检测方法：测绝缘电阻 2.过刻过刻：正面金属栅线与：正面金属栅线与P型硅接触，造成短路型硅接触，造成短路 检测方法：称重及目测检测方法：称重及目测 SPC控制控制：当硅片从设备中流转出来时，工艺需检查硅片表面状：当硅片从设备中流转出来时，工艺需检查硅片表面状态，绒面无明显斑迹，无药液残留。态，绒面无明显斑迹，无药液残留。125单晶该工序产品单要求面腐单晶该工序产品单要求面腐蚀深度控制在范围之内蚀深度控制在范围之内,且硅片表面刻蚀宽度不超过且硅片表面刻蚀宽度不超过2mm, 同时需要同时需要保证刻蚀边缘绝缘电阻大于保证刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。欧姆。4.去除磷硅玻璃的目的：去除磷硅玻璃的目的： 1) 磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。低和功率的衰减。 2) 死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低，进而降低了低，进而降低了Voc和和Isc。 3) 磷硅玻璃的存在使得磷硅玻璃
