制绒原理及相应问题的对策

制绒原理及相应问题的对策第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期二

左图中蓝色线为抛光后的Si的反射图，经过不同织构化处理之后的反射图。右图为在织构后再沉积SiNx:H薄膜的反射光谱图。C.J.J.Tool,Presentedatthe20thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConferenceandExhibition,Barcelona,Spain,6-10June2005

很好的织构化可以加强减反射膜的效果好的织构化的效果第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期二绒面作用：1、减少表面反射2、提高内部光吸收T=200usT=2us第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期二绒面产生原理第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期二腐蚀速率快慢由下列三个反应速度来决定。1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率；2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率；3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。腐蚀的反应物和生成物是利用腐蚀液之浓度梯度然产生的扩散现象来达到传质的目的。所以，1、3又可称为扩散限制溶解过程（diffusion－limiteddissolution），通过搅拌可以提高。2的速率取决于腐蚀温度、材料、腐蚀液种类及浓度，和搅拌方式无关，被成为反应限制溶解过程（reaction－ratelimiteddissolution）。各向异性就是由化学反应的各向速率不同造成的。第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期二1、水分子的屏蔽效应（screeningeffect）阻挡了硅原子与OH根离子的作用，而水分子的屏蔽效应又以原子排列密度越高越明显。2、在{111}晶面族上，每个硅原子具有三个共价健与晶面内部的原子健结及一个裸露于晶格外面的悬挂健，{100}晶面族每一个硅原子具有两个共价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行时，刻蚀液中的OH－会跟悬挂健健结而形成刻蚀，所以晶格上的单位面积悬挂健越多，会造成表面的化学反应自然增快。各向异性的原因图3悬挂健对反应的影响{111}{100}Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2

第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期二腐蚀速度的差别造成金字塔的形状较快的腐蚀速度较慢的腐蚀速度第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期二影响因素分析NaOH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硅的刻蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、腐蚀液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期二各个因素作用扩散控制过程反应控制过程NaOH溶液浓度反应温度制绒的根本IPA浓度NaSiO3浓度提高溶液浓稠度，控制反应速度硅片表面原始状态氢气泡密度及大小以及在硅片表面停留的时间决定金字塔形貌搅拌提高反应物疏运速度，提高氢气泡脱附作用图4氢气泡作用第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期二图5不同IPA浓度下温度和NaOH溶液浓度对反应速度的影响对反应速度的影响第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期二图6一定温度下NaOH溶液浓度和IPA含量对反应速率的影响第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期二温度越高腐蚀速度越快腐蚀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第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期二对反射率的影响绒面的平均反射率随NaOH浓度的变化

图7NaOH浓度对反射率的影响第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期二图8一定条件下NaOH浓度和IPA含量对反射率的影响第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期二KOHonlyKOH＋IPAKOH＋SisolvedKOH＋IPA＋Sisolved对形貌的影响第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期二反应15分钟时反射率反应45分钟时第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期二反射率和金字塔尺寸和均匀性没有密切关系，取决于金字塔有没有布满第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期二关键因素的分析

——NaOH的影响0.5%1.5%5.5%第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期二关键因素的分析

——温度的影响80℃85℃90℃第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期二关键因素的分析

——IPA浓度的影响0％5％10％第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期二制绒方法归纳有机溶剂腐蚀：TMAH等无机溶剂腐蚀：KOH/NaOH+IPA/乙醇溶液等新方法：腐蚀液＋超声有利于获得更均匀更小的金字塔等离子体刻蚀等离子体法刻蚀形貌图第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期二怎样是“好”的金字塔布满整个硅片表面小而均匀第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期二LowdensitytextureHighdensitytexture第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期二怎样得到“好”的金字塔两个方面实现：1、提高硅片表面的浸润能力，如添加IPA或者把硅片进行酸或碱的腐蚀。2、减少溶液的张力，如添加添加剂。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。关键：降低硅片表面/溶液的界面能第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期二增加反应速度减缓反应速度不影响反应速度添加剂作用第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期二工业制绒常见问题及对策影响绒面均匀性的因素：1、原始硅片表面均匀性2、反应溶液均匀性第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期二工艺控制方法增加IPA雨点状斑点斑点白斑绒面没有制满减少NaSiO3或加大NaOH水印硅酸钠过量喷林效果不理想黑斑硅酸钠附着没有及时清洗(碱腐蚀后暴露空气时间过长)云雾状白斑硅片沾污手指印脂肪酸沾污预清洗第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期二硅片表面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；硅片切割后清洗工艺中的有机物沾污；

硅片表面的碳沾污；硅片切割时润滑剂的粘污。如果润滑剂过粘，会出现无法有效进入刀口的现象，如润滑剂过稀则冷却效果不好。这些润滑剂在高温下有可能碳化粘附在硅片表面。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。第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期二表面油脂货摊沾污的结果减缓去损伤层的量无法形成织构化的成核表面织构化无法形成第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期二制绒注意事项1、加强制绒前硅片表面的处理，包括表面的清洗及去除损伤层（粗抛）2、控制硅酸钠含量，包括粗抛及制绒两道工序第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期二表面油脂去除方案有机溶剂+超声——有机溶剂溶解有机物质酸性液体去除法——如RCA工艺：热硫酸煮硅片表面活性剂NaOCl热处理——利用O自由基的强腐蚀性第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期二方案一、利用NaOCl预清洗第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期二实验条件

12传统织构化工艺NaOH(8%，75C，2min)NaOH(2%)+IPA(7%)新工艺条件NaOCl(12%，80C，15min)NaOH(2%)+IPA(7%)第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期二硅片表面的沾污之一FTIR谱存在：C=O拉伸键S-C-O键烷基硫酸盐第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期二硅片表面的沾污之二FTIR谱存在Triazines(C3N3Y3)第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期二存在沾污的结果第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期二新的清洗工艺注：去损伤层使用10%的NaOCl第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期二清洗后表面FTIR谱之一第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期二清洗后表面FTIR谱之二第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期二新工艺处理后的硅片表面第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期二结果比较Ganggopadhyayetal:SolarEnergyMaterials&SolarCells91(2007)1147-1151第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期二如何检测硅酸钠含量硅酸钠具体含量测量是没必要的，只要判定它的含量是否过量即可。实验是用100%的浓盐酸滴定，若滴定一段时间后出现少量絮状物，说明硅酸钠含量适中；若滴定开始就出现一团胶状固体且随滴定的进行变多，说明硅酸钠过量。第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期二多晶制绒原理及相应对策第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期二多晶硅织构化应使用各项同性织构技术第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期二湿法各项同性腐蚀使用HF/HNO3/H2OHNO3在硅表面形成SiO层HF将氧化层除去两者形成竞争效率增加：电池片：7%组件：4.8%第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期二温度与腐蚀速度的关系第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期二温度对腐蚀速度和反射率的影响第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期二腐蚀时间对表面形貌的影响2.5min3.0min第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期二窄的晶界；小而均匀的腐蚀坑第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期二腐蚀深度的线状谱第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期二各项同性腐蚀的拓扑图第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期二具有多孔硅的织构化第五十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期二碱织绒与酸织绒的差别第五十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期二一对矛盾多晶硅织绒较深会引起并联电阻减小，反向电流增大，甚至击穿。但是织绒较浅，会影响件反射效果。实际中发现，深度以3~5m为宜第五十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期二深沟腐蚀区表面形貌对于表面形成深沟的样品，其并联电阻一般较小，反向电流较大第五十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期二多晶硅织绒工艺控制要素多晶硅织绒反应的发生点为警惕比表面的缺陷点，如果过分完整的表面反而无法织绒——水至清则无鱼。但是反过来，