制绒工艺培训

1、制绒与清洗工艺太阳能电池生产工艺主要内容绒面光学原理制绒腐蚀原理制绒影响因素工艺控制方法多晶制绒原理化学清洗原理2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。3绒面光学原理4陷光原理图示：制绒腐蚀原理-概述5硅片表面处理的目的：清除表面油污和金属杂质形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收.去表面损伤层(初抛)角锥体形成(表面织构化)制绒腐蚀原理-去表面损伤层6硅片表面的机械损伤层（一）硅锭的铸造过程单晶硅多晶硅制绒腐蚀原理-去表面损伤层7硅

2、片表面的机械损伤层（二）多线切割制绒腐蚀原理-去表面损伤层8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）制绒腐蚀原理-去表面损伤层9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46um/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，而于实际浓度关系不大。制绒腐蚀原理-去表面损伤层10切割损伤层的腐蚀（初抛）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

3、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。金属杂质对电池性能的影响11制绒腐蚀原理-角锥体形成12制绒:表面织构化单晶硅片表面的金字塔状绒面单晶硅片表面反射率制绒腐蚀原理-角锥体形成13绒面腐蚀原理（单晶）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 Na2Si

4、O3 +2H2 制绒腐蚀原理-角锥体形成14单晶绒面形成示意图制绒腐蚀原理-角锥体形成15角锥体形成原理由于硅晶体不同晶向的硅原子排列间距有异，因此碱溶液的腐蚀速度也不相同。一般来说，碱溶液浓度和温度较高时，在单晶Si的【100】和【111】方向的腐蚀速度相似（粗抛）；碱溶液浓度较低时，晶体硅的【100】和【111】方向的腐蚀速度差别比较明显，速度的比值被称为“各向异性因子”( anisotropic factor, AF）制绒腐蚀原理-角锥体形成16角锥体形成原理因此通过改变碱溶液的浓度和温度，可以有效的改变各项异性因子，使得在【100】方向的腐蚀速度较快，而在【111】面方向的腐蚀速度较慢

5、，从而在硅片的表面形成密集分布的“金子塔”结构的减反射绒面。相关研究表明AF=10时有利于绒面的形成制绒腐蚀原理-角锥体形成17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315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 。影响绒面的关键因素18NaOH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影响绒面的关键因素19关键因素的分析NaOH的影响制

6、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1.54%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，乙醇或异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速率大幅度下降。影响绒面的关键因素20关键因素的分析NaOH的影响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时绒面形貌影响绒面的关键因素21关键因素的分析NaOH的影响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15g/l时绒面形貌影响绒面的关键因素22关键因素的分析

7、NaOH的影响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55g/l时绒面形貌影响绒面的关键因素23绒面的平均反射率随NaOH浓度的变化 影响绒面的关键因素24关键因素的分析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。 硅酸钠在制绒溶液中的含量从2.5%30%wt的情况下，溶液都具有良好的择向性，同时硅片表面上能生成完全覆盖角锥体的绒面。 影响绒面的关键

8、因素25关键因素的分析硅酸钠的影响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”， 一般浓度在30%以下不会发生这种变化（NaOH浓度达到一定程度的基础上）。硅酸钠来源大多是反应的产物，要调整它的浓度只能通过排放溶液。若要调整溶液的粘稠度，则采用加入添加剂乙醇或异丙醇来调节。影响绒面的关键因素26关键因素的分析乙醇或异丙醇的影响气泡的直径、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。所以需要乙醇或异丙醇来调节溶液的粘滞特性。乙醇的含量在3 vol%至20 vol%的范围内变化时，制绒反应

9、的变化不大，都可以得到比较理想的绒面，而5 vol%至10 vol%的环境最佳。 影响绒面的关键因素27关键因素的分析乙醇或异丙醇的影响制绒液中NaOH的浓度为15克/升，反应温度85 。无乙醇时的绒面形貌：影响绒面的关键因素28关键因素的分析乙醇或异丙醇的影响制绒液中NaOH的浓度为15克/升，反应温度85 。乙醇浓度3vol%时的绒面形貌：影响绒面的关键因素29关键因素的分析乙醇或异丙醇的影响制绒液中NaOH的浓度为15克/升，反应温度85 。乙醇浓度10vol%时的绒面形貌：影响绒面的关键因素30关键因素的分析乙醇或异丙醇的影响制绒液中NaOH的浓度为15克/升，反应温度85 。乙醇浓度

10、30vol%时的绒面形貌：影响绒面的关键因素31关键因素的分析不同时间制绒形貌的描述经热的浓碱去除损伤层后，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。影响绒面的关键因素32关键因素的分析不同时间制绒形貌的描述制绒液中含有15克/升的NaOH和10 vol%的乙醇，温度85 经过1min制绒的表面形貌影响绒面的

11、关键因素33关键因素的分析不同时间制绒形貌的描述制绒液中含有15克/升的NaOH和10 vol%的乙醇，温度85 经过5min制绒的表面形貌影响绒面的关键因素34关键因素的分析不同时间制绒形貌的描述制绒液中含有15克/升的NaOH和10 vol%的乙醇，温度85 经过10min制绒的表面形貌影响绒面的关键因素35关键因素的分析不同时间制绒形貌的描述制绒液中含有15克/升的NaOH和10 vol%的乙醇，温度85 经过30min制绒的表面形貌影响绒面的关键因素36不同时间制绒后，硅片的反射谱 单晶硅片制绒前后形貌变化原材料硅片37单晶硅片制绒前后形貌变化粗抛后38单晶硅片制绒前后形貌变化绒面39工艺控制方法若出现雨点状的斑点，只要加入少量乙醇或异丙醇即可消除。若硅片上端一部分光亮，表明液位不够或溶液粘稠度太大，使篮框漂浮起来。若硅片表面有流水印，说明溶液内硅酸钠过量，适当加大NaOH的用量；还有可能喷淋效果不理想。若硅片表面光亮且角锥体颗粒较小，说明反应不够。40绒面腐蚀原理（多晶）41硅被HNO3氧化，反应为：用HF去除SiO2层，反应为：总反应为：多晶绒面形貌 42碱制绒设备流程 43酸制绒（RENA）设备流程 44化学清洗原理4545HF去除硅片表面氧化层：HCl去除硅片表面金属杂质： 盐酸具有酸和络合剂的