硅片制绒和清洗

1、Page 1 硅片制绒和清洗 制绒小组 08.11.14 Page 2 概述 硅片表面的处理目的： l 去除硅片表面的机械损伤 l 清除表面油污和金属杂质 l 形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收 Page 3 硅片表面的机械损伤层 （一）硅锭的铸造过程 多晶硅单晶硅 Page 4 硅片表面的机械损伤层 （二）多线切割 Page 5 硅片表面的机械损伤层 （三）机械损伤层 硅片机械损伤层（10微米） Page 6 粗抛 粗抛 原理：各个晶面在高浓度的碱溶液将不再具有各项异性腐 蚀特性 目的：去除表面的机械损伤层以及其它杂质 一般采用20%的碱溶液在90条件腐蚀 0.51min以达到去除损

2、伤层的效果,此时的 腐蚀速率可达到610um/min 。 粗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。 Page 7 1.1 什么是制绒 制绒是利用硅的各向异性腐蚀特性在表面刻出类似与金 字塔或者是蜂窝状的结构 单晶硅片表面的 金字塔状绒面 多晶绒面 制绒基础知识 Page 8 1.2制备绒面的目的： 利用陷光原理，减少光的反射率，提高短路电流 （Isc），增加PN结的面积，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，光会反射到另一角度的斜 面，形

3、成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。 制绒基础知识 Page 9 陷光原理图示： 制绒基础知识 Page 10 1.3 制绒的分类： 碱制绒：Si+2NaOH+H2O Na2SiO3 +2H2 酸制绒：HNO3+Si=SiO2+NOx+H2O SiO2+ HF=SiF4+H2O SiF4+HF=H2SiF6 制绒基础知识 Page 11 碱的腐蚀 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，俗称制绒。角锥 体四面全是由111面包围形成。 反应式为： Si+2NaOH+H2O Na2SiO3 +2H2

4、 a 制绒基础知识 Page 12 制绒过程中的影响因素 NaOH的浓度 异丙醇浓度 溶液的温度 制绒腐蚀时间的长短 槽体密封程度、异丙醇的挥发程度 制绒槽内硅酸钠的影响 Page 13 制绒液中的异丙醇、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1.54%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，异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速率 大幅度下降。 NaOH浓度的影响 Page 14 维持制绒液中IPA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

5、15g/l时绒面形貌NaOH浓度55g/l时绒面形貌 NaOH浓度的影响 Page 15 绒面的平均反射率随NaOH浓度的变化 0.13 0.14 0.15 0.16 051015202530354045505560 Concentration of NaOH (g/l) Average Reflectance NaOH浓度的影响 Page 16 降低硅片表面张力，减少气泡在硅片表面的粘附，使硅 片的金字塔更加均匀一致 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。所以需要异丙醇来调节溶 液的粘滞特性。 IP

6、A的影响 Page 17 制绒温度范围：75-81 温度过低：反应速度慢 温度过高：IPA将完全挥发加剧，晶面择优性降低 温度的影响 Page 18 经过去除损伤层后，硅片表面留下了许多肤浅的准方形的 腐蚀坑。1分钟后，金字塔如雨后春笋，零星的冒出了头； 5分钟后，硅片表面基本上被小金字塔覆盖，少数已开始 长大。我们称绒面形成初期的这种变化为金字塔“成核”。 10分钟后，金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀， 反射率也降到了比较低的水平。随着时间的延长，金字塔 向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等。 制绒腐蚀时间长短的影响 Page 19 不同制绒时间的图片 经过1min制绒的表面形貌

7、 经过30min制绒的表面形貌 经过5min制绒的表面形貌 经过10min制绒的表面形貌 Page 20 不同制绒时间绒面反射率的比较 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 3005007009001100 Wavelength (nm) Reflectance(0-1) 1min 5min 10min Page 21 槽体密封程度、异丙醇的挥发程度 受影响项：碱液溶液浓度、IPA浓度 结果：由于密封程度的不同，水气和IPA的挥发速度不 同，导致硅片的腐蚀深度过大以及绒面不均 Page 22 硅酸钠的影响 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

8、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。随着硅酸钠含量的增加，溶 液粘度会增加，结果在硅片与片匣边框接触部位会产生 “花篮印”，硅酸钠来源大多是反应的生成物，要调整它 的浓度只能通过排放溶液。 Page 23 HCL的作用 中和残留在硅片表面的碱液 去除在硅片片切时表面面入的金属杂质 ：酸具有酸和和合合的的重作用，离子能 与Fe 3+、Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的和合物 化学清洗原理 Page 24 H

9、F 的作用 去除在清洗过程中表面形成SiO2层，便于脱水 ：硅的疏水性要好于SiO2 OH2SiFHHF6SiO 262 2 化学清洗原理 Page 25 制绒常见不良现象 现象：表面有指纹残留 原因：人为的接触硅片 解决方法：IPAIPA可以起到一 定效果，但是不能杜绝，需 要硅片厂家配合 Page 26 现象：在同一批片子中相同 位置有类似于油污的污渍 原因：来料问题，可能在硅片 包装时面入 解决方法：与硅片厂商协商解 决 制绒常见不良现象 Page 27 现象:表面发白 原因：腐蚀时间不够 解决方法：通常延长刻 蚀时间可以解决 制绒常见不良现象 Page 28 现象：表面发亮 原因：NaOH过量或者是腐 蚀时间过长 解决方法：适当降低 碱液的用量及制绒