单晶硅清洗工艺课件

1、单晶硅清洗工艺第1页，共26页。1 概述2 一次清洗（扩散前清洗）3 二次清洗（去磷硅玻璃清洗）4 腐蚀液浓度的检测和调整5 安全注意事项 目录第2页，共26页。1.1太阳能电池片生产工艺流程：分选测试PECVD一次清洗二次清洗烧结印刷电极等离子刻蚀检验入库扩散概述第3页，共26页。一次清洗2.1一次清洗的目的：a.清除硅片表面的油类分子及金属杂质。b.去除切片时在硅片表面产生的损伤层。硅片机械损伤层（10微米）图2 单晶硅表面损伤层去除第4页，共26页。 c.形成金字塔型的绒面。 一次清洗图3 单晶硅片表面的金字塔状绒面图4 单晶硅片表面反射率第5页，共26页。制备绒面的目的及机理： 减少光

2、的反射率，提高短路电流（Isc），最终提高电池的光电转换效率。 解释机理： 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。一次清洗图5 绒面减少反射的机理第6页，共26页。2.2一次清洗的设备：图6 CS-6060型连续式清洗设备图7 CS-6060型清洗设备部分管路一次清洗第7页，共26页。一次清洗设备的主要组成： 清洗主体、移载机械手、抽风系统和PLC电控及操作系统。 设备所需动力及其他： 电源：三相38010%，50Hz(5线制） 最大功率：110kw。 DI水：压力2-3kg/cm2，流量3m3/hr(max) 。 工水：压力2-3kg/cm

3、2，流量2m3/hr。 压缩空气：压力4-6kg/cm2，流量20m3/hr。 氮气：压力2-3kg/cm2，流量100m3/hr。 环境要求：空气温度5-40，相对湿度：80%。满足的工艺节拍要求： 最大：1800片/小时。 一次清洗第8页，共26页。硅片检验硅片插合制绒面HF酸慢拉喷淋漂洗去损伤层HCl酸干燥检测漂洗漂洗喷淋上料一次清洗2.3一次清洗工艺流程：图8 一次清洗工艺流程第9页，共26页。槽位1#2#，3#，4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#，14#时间5-6.5分钟25-30分钟2分钟3-4分钟20秒种4分钟5-6.5分钟4分钟4分钟4.5分钟15分钟溶液组成20

4、%的NaOH溶液(85) 2%的NaOH、异丙醇溶液(85) 纯水（漂洗）纯水（喷洗）HF溶液纯水（漂洗）HCl溶液纯水（漂洗）纯水（喷淋）纯水（慢拉）(60-70)清洁空气（100-110）作用去除硅片切割过程中的晶格损伤层制备金字塔型结构的绒面，以减少反射率。清洗硅片表面残留制绒液清洗硅片表面残留制绒液清除硅片表面残留Na2SiO3和SiO2层清洗硅片表面残留HF去除硅表面金属杂质和硅酸盐类杂质清洗硅片表面残留HCl清洗硅片表面残留HCl充分洁净硅片表面充分干燥硅片表面一次清洗2.4一次清洗工艺条件第10页，共26页。一次清洗2.5一次清洗各槽位腐蚀原理1#槽位：热的NaOH溶液去除表面切

5、割损伤层，反应如下： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H22、3、4#槽位：制备绒面，硅片在热碱和IPA以及添加剂混合 溶液中发生如下主要反应： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2 在此反应溶液中，IPA起着消除H2气泡和调节各向异性 刻蚀因子的作用，添加剂作用是缓冲腐蚀剂，减小腐蚀 速率。第11页，共26页。一次清洗7#槽位：HF去除硅片在清洗过程中形成的很薄的SiO2层，反 应如下： SiO2+6HF = H2SiF6+2H2O9#槽位：HCl去除硅表面金属杂质，盐酸具有酸和络合剂的双 重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu+、 Cd 2

6、+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。第12页，共26页。二次清洗3.1 二次清洗的目的： 在形成PN结的扩散过程中，在硅片表面生长了一层一定厚度的磷硅玻璃，为了形成良好的欧姆接触，减少光的反射，在沉积减反射膜后续工艺之前，必须把磷硅玻璃腐蚀掉。第13页，共26页。3.2二次清洗的设备：二次清洗图9 CS-3060型连续式清洗设备第14页，共26页。二次清洗设备的主要组成：清洗主体、移载机械手、抽风系统和PLC电控及操作系统。 设备所需动力及其他： 电源：三相38010%，50Hz(5线制）。 最大功率：38kw。 DI水：压力2-3kg/cm2，流量0.5m3/hr(max) 。 工

7、水：压力2-3kg/cm2，流量1.5m3/hr。 压缩空气：压力4-6kg/cm2，流量10m3/hr。 氮气：压力2-3kg/cm2,流量40m3/hr。 环境要求：空气温度5-40，相对湿度：80%。满足工艺节拍要求： 最大：1800片/小时。二次清洗第15页，共26页。二次清洗检测硅片插合去磷硅玻璃慢拉喷淋干燥漂洗上料下料3.3二次清洗的工艺流程：第16页，共26页。3.4二次清洗工艺条件：槽位1#2#3#4#5#，6#时间2分钟2.5分钟2.5分钟2分钟15分钟溶液组成HF和NH4F的混合溶液纯水（漂洗）纯水（喷淋）纯水（慢拉）清洁空气（100-110）作用去除硅片表面磷硅玻璃清洗硅

8、片表面残留溶液进一步清洗硅片表面残留液充分洁净硅片表面充分干燥硅片表面二次清洗第17页，共26页。二次清洗3.5二次清洗腐蚀原理： 因为在扩散中磷硅玻璃在较低的温度就形成了： 4 POCl3 + 3 O2 = 2 P2O5 + 6 Cl2因此磷硅玻璃中磷可以认为部分是P2O5 ，其他是2SiO2 P2O5 或SiO2 P2O5 ，此三种成分分散在二氧化硅中。在较高的温度的时候， P2O5作为磷源与Si发生了如下反应： 2 P2O5 +5 Si = 5 SiO2 + 4 P所以去磷硅玻璃清洗实质上就是去除硅片表面的SiO2 。第18页，共26页。 在二次清洗过程中，对二氧化硅的腐蚀发生如下反应：

9、 SiO2+6HF = H2SiF6+2H2O 由于这个反应太快，不便于控制，因此不能单独用氢氟作为腐蚀剂。根据化学平衡原理，减小氢氟酸的浓度和氢离子浓度，可以降低腐蚀速度。所以要在氢氟酸的溶液中加入氟化铵溶液，以减少氢氟酸的浓度和氢离子的浓度，从而减缓氢氟酸对SiO2的腐蚀速度。其原因： 1. 氟化铵是一种弱酸和弱碱组成的盐，由于它在水中可 以电离为铵离子和氟离子，溶液中大量的氟离子的存 在使氢氟酸在溶液中的电离平衡HF = H+ + F 向左移 动。 2.氟化铵能与氢氟酸结合生成络合物氟氢化铵NH4HF2， HF + NH4F = NH4HF2 从而减低了氢氟酸的浓度。当氢氟酸和二氧化硅作

10、用二次清洗第19页，共26页。 时，氢氟酸浓度因消耗而减少，这时氟氢化铵NH4HF2就电离生成氢氟酸，继续补充氢氟酸，使氢氟酸的浓度基本上保持不变，同时氢离子浓度变化不大，从而使腐蚀过程保持一定的较低速度。3.由于反应生成的六氟硅酸H2SiF6是一种强酸，在溶液中全部电离。随着反应地进行，氢离子的浓度不断增加，就不断增加反应速度。加入氟化铵以后，在反应中就不能生成六氟硅酸，而是生成六氟硅酸铵，使氢离子浓度不会随反应而增加。二次清洗第20页，共26页。4.1 滴定管使用以及滴定技术：腐蚀液的检测和调整 滴定管是滴定时准确测量溶液体积的容器，分酸式和碱式两种。酸式滴定管的下部带有磨口玻璃活塞，用于

11、装酸性、氧化性、稀盐类溶液；碱式滴定管的下端用橡皮管连接一个带尖嘴的小玻璃管，橡皮管内有一玻璃球，以控制溶液的流出速度。第21页，共26页。4.2 NaOH浓度的检测：腐蚀液的检测和调整NaOH + HCl = NaCl + H2O 40 ： 36.5 M NaOHV NaOH ： M HClV HCl其中M HCl已知，V NaOH=10毫升，V HCl通过测量可知，则未知的氢氧化钠溶液浓度M NaOH可以由计算得到。 M NaOH=0.011M HClV HCl（克/升）第22页，共26页。4.3 HCl浓度的检测：腐蚀液的检测和调整 NaOH + HCl = NaCl + H2O 40

12、： 36.5 M NaOH V NaOH ： M HClV HCl其中M NaOH已知为80克/升，V HCl=10毫升， V NaOH通过测量可知，则未知的盐酸溶液浓度M HCl可以由计算得到。 M HCl = 91.25M NaOH V NaOH第23页，共26页。4.4 HF浓度的检测：腐蚀液的检测和调整NaOH + HF = NaF + H2O 40 ： 20 M NaOHV NaOH ： M HFV HF其中M NaOH = 80克/升，V HF = 10 毫升，V NaOH通过测量可知，则未知的氢氟酸溶液浓度M HF可以由计算得到。 M HF = 50 M NaOH VNaOH第24页，共26页。安全注意事项 NaOH、HCl、HF都是强腐蚀性的化学药品，其固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道