太陽能電池制絨培訓(xùn)（深度薈萃）

1、講解：林禹,晶體硅太陽電池制絨工藝,南安市三晶陽光電力有限公司,1,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,目 錄 1.基礎(chǔ)知識2.工藝分類3.工藝流程4.化學(xué)原理5.影響因素6.工藝控制7.酸清洗的作用8.開關(guān)機(jī)注意事項9.單晶絨面不良的分析及措施,2,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,1.制絨基礎(chǔ)知識,1.1 什么是制絨 制絨是將硅表面進(jìn)行預(yù)清洗并用強(qiáng)堿或強(qiáng)酸腐蝕成類似金字塔狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)的過程,3,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,1.2 制絨的作用,1.2.1 去除損傷層 1.2.2 形成減反射絨面（陷光結(jié)構(gòu)） 1.3 制絨的目的 1.2.1 利用陷光原理，增加光的吸收，提高短路

2、電流Isc 1.2.2 增加PN結(jié)的面積,4,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,2.制絨工藝分類,2.1 單晶 堿制絨，利用單晶片各向異性的腐蝕特性由強(qiáng)堿對硅片表面進(jìn)行一系列的腐蝕。我司現(xiàn)在也在使用堿制絨，當(dāng)然也有某些公司用酸制絨做單晶。 主要化學(xué)藥品為：氫氧化鈉或氫氧化鉀、異丙醇或乙醇、硅酸鈉或絨面添加劑 2.2 多晶 酸制絨，利用強(qiáng)腐蝕性酸混合液的各向同性的腐蝕特性對硅片表面進(jìn)行腐蝕。 主要化學(xué)藥品為：硝酸、氫氟酸,5,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,3.制絨工藝流程,3.1 單晶,6,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,3.1 多晶,純水清洗,7,驕陽教育,南安市三晶陽光電力

3、有限公司,4.制絨的化學(xué)原理,4.1 單晶 4.1.1 化學(xué)原理 利用低濃度堿溶液對晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成金字塔結(jié)構(gòu)密布的表面形貌，就稱為表面織構(gòu)化。金字塔的四面全是由111面包圍形成。 4.1.2 陷光原理 當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率,8,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,總反應(yīng)化學(xué)方程式,Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2 副反應(yīng)化學(xué)方程式： Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + OH- Na2SiO3 (Na2O)x(SiO2)y,9,

4、驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,4.2 多晶,硅被HNO3氧化，反應(yīng)為： 用HF去除SiO2層，反應(yīng)為： 總化學(xué)反應(yīng)方程式為,10,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.影響制絨的因素,5.1 單晶制絨影響因素分析 硅的腐蝕速率與表面原子密度、晶格方向、摻雜濃度、溶液成分、濃度、溫度、攪拌等參數(shù)有關(guān) 5.1.1 影響因素 NaOH及異丙醇濃度 制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計量 制絨反應(yīng)的溫度 制絨反應(yīng)時間的長短 槽體密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度,11,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.1.2 各個因素作用,12,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.1.3 各個因素影響單晶制絨的規(guī)律

5、,溫度越高腐蝕速度越快 溶液濃度越高腐蝕速度越快 IPA濃度越高腐蝕速率越慢 Na2SiO3濃度越高腐蝕速率越慢 工業(yè)中的腐蝕應(yīng)使參數(shù)處于比較平緩的變化區(qū)域。以使反應(yīng)速度不致因為參數(shù)的微小變化造成較大的變化。 IPA濃度應(yīng)使用較低的水平，使反應(yīng)速度控制在較理想的區(qū)域（0.50.6m/min），這樣可以在金字塔的質(zhì)量和生產(chǎn)率之間找到一個平衡,13,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.1.4 制絨腐蝕速率、腐蝕量同時間的關(guān)系,腐蝕量同時間的關(guān)系 腐蝕速率同時間的關(guān)系 以上各種顏色曲線是多次試驗的不同濃度的統(tǒng)計,14,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.1.5 NaOH濃度對金字塔的影響

6、,當(dāng)NaOH的濃度小于1.5%和大于4%時都會破壞金字塔結(jié)構(gòu)。 在此范圍間，增加NaOH濃度會稍微增加反應(yīng)速度,0.5% 1.5% 5.5,15,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.1.6 IPA濃度對金字塔的影響,當(dāng)IPA的濃度從3%增加到10%時，反應(yīng)速度會明顯下降,0% 5% 10,16,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.1.7 溫度對金字塔的影響,在同樣的NaOH濃度下，當(dāng)溫度升高時，反應(yīng)速度明顯加快,78 83 88,17,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.2 多晶制絨影響因素分析,多晶制絨反應(yīng)的發(fā)生點(diǎn)為表面的缺陷點(diǎn)，如果過分完整的表面反而無法制絨水至清則無魚。

7、但是反過來，制絨的情況也受表面狀態(tài)影響很大，不容易控制。 酸性溶劑有除油效果，因此多晶硅表面的制絨對于前期硅片表面沾污不是很敏感。 酸性溶劑在表面如遇空氣，很容易干躁形成氧化層的著色現(xiàn)象，一旦著色很難再行清除。多晶硅在酸洗之后還未經(jīng)清水漂洗之前出水不應(yīng)長于12秒。因此，最好使用在線式連續(xù)清洗。 酸性溶劑的濃度和溫度對于腐蝕速度的控制具有決定意義，應(yīng)嚴(yán)格控制,18,驕陽教育,使用HF、HNO3、H2O混合液 HNO3在硅表面形成SiO2層 HF將氧化層除去 從而HF、HNO3兩者形成競爭,5.2.1 濕法各相同性腐蝕,南安市三晶陽光電力有限公司,19,驕陽教育,溫度對于腐蝕速度的控制具有決定意義

8、，應(yīng)嚴(yán)格控制,南安市三晶陽光電力有限公司,5.2.2 溫度對腐蝕速度和反射率的影響,20,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,5.2.3 時間對表面形貌的影響,120秒 240秒 在同樣濃度下不同時間的對絨面的影響,21,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,6.制絨工藝控制,6.1 硅片表面沾污的來源 硅片有手指印，在清洗前看不見，但是清洗后卻清晰可見 硅棒切片后清洗工藝中的有機(jī)物沾污 硅片表面的碳沾污 硅棒切片時潤滑劑的粘污 硅片經(jīng)過熱堿處理后提出在空氣中，時間過長會與空氣中的氧反應(yīng)形成一層氧化層，這層氧化層一旦形成就很難再清洗下去了。因此，在堿清洗后不能在空氣中暴露12秒以上,22,驕

9、陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,6.2 單晶工藝控制參數(shù),硅片單面腐蝕厚度（腐蝕量） 反射率 金字塔大小 白斑、雨點(diǎn) 劃傷、劃痕 花籃印 外觀均勻性,23,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,6.1.1 單晶工藝控制方法,24,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,在制絨過程中有三個變量需要控制： IPA濃度 KOH or NaOH 濃度 硅酸鹽濃度 其他需要控制的因素： 溫度（高低和均勻性） 時間 水流（攪動或鼓泡） 要控制的結(jié)果： 金字塔的大小 金字塔的鋪滿程度 表面的花片,理想金字塔： 小13m 勻鋪滿整個表面 凈沒有任何花斑,6.1.2 怎樣才是“好”的金字塔,25,驕陽教育,南

10、安市三晶陽光電力有限公司,6.1.3 怎樣才能做到“好”的金字塔,關(guān)鍵：降低硅片表面及溶液的界面能 三個方面實(shí)現(xiàn)： 對來料檢驗較差的硅片表面進(jìn)行預(yù)處理，如粗拋液、清洗劑或強(qiáng)氧化劑。 提高硅片表面的浸潤能力，如增加IPA濃度或把硅片進(jìn)行酸或堿的腐蝕。 減少溶液的張力，如絨面添加劑。添加劑有很多極性或非極性的功能團(tuán)來降低腐蝕液表面的張力,26,驕陽教育,硅片厚度（腐蝕量、腐蝕速率） 蟲孔長寬比 亮斑 暗紋 表面平整度 表面潔凈度（棕黃色斑跡,南安市三晶陽光電力有限公司,6.2 多晶工藝控制參數(shù),27,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,6.2.1 多晶工藝控制方法,HNO3濃度太高,28,驕陽教

11、育,南安市三晶陽光電力有限公司,7.酸清洗的作用,7.1 鹽酸清洗的作用 7.1.1 中和殘留在硅片表面的堿液 7.1.2 去除在硅片切割時表面引入的金屬雜質(zhì) 注：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與Fe3+、Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物,29,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,7.2 氫氟酸清洗的作用,7.2.1 去除在清洗過程中表面形成SiO2層 7.2.2 氫氟酸是良好的脫水劑，起到預(yù)脫水的作用,30,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,8.現(xiàn)有單晶制絨設(shè)備開關(guān)機(jī)注意事項,8.1 開機(jī)流程 先在制絨設(shè)備電柜中打開24V轉(zhuǎn)換

12、電源開關(guān)和控制電源，然后打開各需要打開的加熱器及6個機(jī)械臂驅(qū)動電源，最后打開PLC控制開關(guān)。 8.2 開機(jī)注意事項 8.2.1 檢查制絨設(shè)備的所有急停按鈕是否都在斷開狀態(tài)； 8.2.2 開機(jī)后觀察PLC面板上是否有報警信息； 8.2.3 檢查純水的電阻率，大于17.5Mohm-cm,31,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,8.3 關(guān)機(jī)流程,先將自動開關(guān)變?yōu)槭謩訝顟B(tài)，然后在制絨設(shè)備電柜中關(guān)閉PLC控制開關(guān)，再關(guān)閉24V轉(zhuǎn)換電源開關(guān)和控制電源，然后關(guān)閉各個加熱器和機(jī)械臂驅(qū)動電源。 8.4 關(guān)機(jī)注意事項 8.4.1 由自動變?yōu)槭謩拥臅r候，一定要注意機(jī)械臂運(yùn)行情況，是否在操作，必須要自動運(yùn)行狀態(tài)改

13、為待機(jī)后再由待機(jī)改為手動狀態(tài)，并且機(jī)械臂上沒有花籃才可以關(guān)機(jī)； 8.4.2 關(guān)機(jī)前要求所有的槽體都用水槍清洗一遍； 8.4.3 關(guān)機(jī)后也要注意將加藥的天平、稱片天平和顯微鏡的電源關(guān)閉,32,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.單晶絨面不良的分析及措施,9.1 絨面不良分析 1、表面污點(diǎn)（包括手指印、殘留物-IPA/NaOH/NaSiO3、外來雜質(zhì)、花籃印、水紋）； 2、表面發(fā)白； 3、表面發(fā)亮； 4、表面有規(guī)則的閃光； 5、表面有彗星現(xiàn)象； 6、表面無絨面； 7、表面絨面不均勻,33,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.1 表面手印,現(xiàn)象：表面有指紋殘留 原因：在切片清洗過程中

14、或包裝時人為的接觸硅片 解決方法： 1、IPA可以起到一定效果，但是不能杜絕； 2、預(yù)清洗也能有一定的效果，但也不能百分百處理干凈,34,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.2 表面藥液殘留,現(xiàn)象：表面有大量的藥液殘留 原因：IPA加入過多 解決方法：重新制絨,35,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.3 表面污染,現(xiàn)象：同一批片子相同位置有一些類似于油污一樣的污漬 原因：來料問題，可能于切片后干燥處理有關(guān)系或者是包裝時引入 解決方法： 1、與硅片廠家協(xié)商； 2、加大預(yù)清洗濃度； 3、重新制絨,36,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.4 表面污漬,現(xiàn)象：制絨后表

15、面有污漬 原因：制絨后反應(yīng)物殘留 解決方法： 1、加大預(yù)清洗濃度； 2、重新制絨,37,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.5 表面發(fā)白,現(xiàn)象：表面發(fā)白 原因：制絨時間或濃度不夠 解決方法： 1、加大制絨液濃度； 2、重新制絨,38,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.6 表面發(fā)亮,現(xiàn)象：表面發(fā)亮、發(fā)沙 原因：制絨時間過長或制絨液濃度過高 解決方法： 1、適當(dāng)降低制絨液濃度； 2、適當(dāng)減少制絨時間,39,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.7 制絨不良,現(xiàn)象：表面出現(xiàn)規(guī)則的制絨不良、同一整批都有 原因：可能是來料原因 解決方法： 1、適當(dāng)增加制絨液濃度； 2、適當(dāng)增加制絨時間； 3、相應(yīng)加大預(yù)清洗濃度,40,驕陽教育,南安市三晶陽光電力有限公司,9.1.8 表面發(fā)亮且有雨點(diǎn),現(xiàn)象：部分局域絨面較好，部分區(qū)域較難腐蝕 原因：可能是來料原因 解決方法： 通常適當(dāng)增加堿和IPA的濃度可以解決，但是具體