光伏電池---硅片的刻蝕

1、 刻蝕及去刻蝕及去PSG工藝工藝 主要內(nèi)容 n刻 蝕 及 去 P S G 目 的 n刻 蝕 及 去 P S G 原 理 nR E N A 工 藝 流 程 n工 藝 常 見 問 題 以 及 解 決 方 法 n刻 蝕 工 藝 崗 位 職 責(zé) n注 意 事 項 一、刻蝕及去PSG目的 n1.1 刻蝕目的 n 由于在擴(kuò)散過程中，即使采用背靠背的單面擴(kuò)散方 式，硅片的所有表面（包括邊緣）都將不可避免地擴(kuò) 散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣 擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路，此短 路通道等效于降低并聯(lián)電阻。 n 經(jīng)過刻蝕工序，硅片邊緣帶有的磷將會被去除干凈， 避免PN結(jié)短路造成并聯(lián)

2、電阻降低。 n 1.2 去PSG目的 n 由于在擴(kuò)散過程中氧的通入，在硅片表面形成一層SiO2，在高 溫下POCl3與O2形成的P2O5，部分P原子進(jìn)入Si取代部分晶格上的Si 原子形成n型半導(dǎo)體，部分則留在了SiO2中形成PSG。 n 磷硅玻璃的存在使得硅片在空氣中表面容易受潮，導(dǎo)致電流的降 低和功率的衰減。 n 死層的存在大大增加了發(fā)射區(qū)電子的復(fù)合，會導(dǎo)致少子壽命的降 低，進(jìn)而降低了Voc和Isc。 n 磷硅玻璃的存在使得PECVD后產(chǎn)生色差,在PECVD工序?qū)⑹?鍍的SIxNy容易發(fā)生脫落，降低電池的轉(zhuǎn)換效率 6 二、濕法刻蝕及去PSG原理 n2.1 濕法刻蝕原理：利用HNO3和HF的混

3、合液體對擴(kuò)散后硅片下表面和邊緣進(jìn)行腐 蝕,去除邊緣的N型硅,使得硅片的上下表面相互絕緣。 邊緣刻蝕原理反應(yīng)方程式： n 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 SiF6 + 4NO23Si + 4HNO3+18HF =3H2 SiF6 + 4NO2 + 8H2O + 8H2O LOREM IPSUM DOLOR 2. 2 去 P S G 原 理： S i O 2 + 4 H F = S i F 4 + 2 H 2 O S i F 4 + 2 H F = H 2 S i F 6 S i O 2 + 6 H F = H 2 S i F 6 + 2 H 2 O 去 P S G 工 序 檢 驗 方

4、 法： 當(dāng) 硅 片 從 H F 槽 出 來 時， 觀 察 其 表 面 是 否 脫 水， 如 果 脫 水， 則 表 明 磷 硅 玻 璃 已 去 除 干 凈； 如 果 表 面 還 沾 有 水 珠， 則 表 明 磷 硅 玻 璃 未 被 去 除 干 凈， 可 在 H F 槽 中 適 當(dāng) 補(bǔ) 些 H F。 三、RENA InOxSide 工藝流程 水洗槽 水洗槽 Rena inOxside 制絨槽 吹干槽 傳遞過程 上片 擴(kuò)散后接收 堿洗槽 水洗槽 酸洗槽 下片 刻蝕設(shè)備 n RENA InOxSide的主體分為以下七個槽，此外還有 滾輪、排風(fēng)系統(tǒng)、自動及手動補(bǔ)液系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和溫 度控制系統(tǒng)等。 Et

5、ch bathRinse1 Alkaline Rinse Rinse2 HF bath Rinse3Dryer2 3.1 刻蝕槽 n 所用溶液為HF+HNO3+H2SO4，邊緣刻蝕，除去邊 緣PN結(jié)，使電流朝同一方向流動，發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)： n 3Si + 18HF + 4HNO3 3H2SiF6 + 8H2O + 4NO n注意：擴(kuò)散面須向上放置， H2SO4硫酸不參與反應(yīng)， 僅僅是增加氫離子濃度，加快反應(yīng)，增加溶液黏度 （增大溶液與PSG薄層間的界面張力）和溶液密度， 使硅片很好的浮于反應(yīng)液上（僅上邊緣2mm左右和下 表面與液體接觸）。 3.2 堿洗槽 n KOH噴淋中和前道刻蝕后殘留在硅

6、片表面的酸液， 去除硅片表面的多孔硅及其雜質(zhì)，去除擴(kuò)散形成的染 色，KOH溶液依靠冷卻水降溫保持在20左右，主要 發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)： n Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2 3.3 酸洗槽 n H F 循 環(huán) 沖 刷 噴 淋 中 和 前 道 堿 洗 后 殘 留 在 硅 片 表 面 的 堿 液， 去 除 硅 片 表 面 的 磷 硅 玻 璃， 主 要 發(fā) 生 下 列 化 學(xué) 反 應(yīng)： n H F + S i O 2 H 2 S i F 6 + H 2 O 四、工藝常見問題以及解決方法 4. 1、 腐 蝕 深 度： 工 藝 控 制 在 1. 2 0. 2 m n 檢 測 儀 器： 電

7、子 稱 n 腐 蝕 深 度 是 表 征 片 子 刻 通 與 否 的 一 個 重 要 參 數(shù)， 通 過 測 量 刻 蝕 前 后 片 子 減 薄 量， 可 以 計 算 出 腐 蝕 深 度， 根 據(jù) 具 體 測 量 情 況 可 以 改 變 工 藝 參 數(shù): n槽體溫度 原則上溫度控制在8度，一般上下浮動1-2度，調(diào)整梯度為0.5-1 度，溫度升高腐蝕深度增加，反之。溫度可以作為刻蝕速率的調(diào)節(jié)手段， 但是這是最后的手段。由于溫度較高的情況下，刻蝕溶液在刻蝕槽時會不 穩(wěn)定，所以一般不宜長時間超過10度，當(dāng)前我們的補(bǔ)液能保證刻蝕速率不 下降，所以我們無需調(diào)高刻蝕溶液的溫度。 n滾軸速度 原則上帶速控制在1

8、.0-1.5m/min，調(diào)整梯度式0.1-0.2 m/min， 速度越快，腐蝕深度越小，反之。 n 自動補(bǔ)液 調(diào)整自動補(bǔ)液的周期以及自動補(bǔ)液量（HF HNO3），補(bǔ)液周期越短，補(bǔ)液量越大，腐蝕深度越大， 反之。 n 手動補(bǔ)液 可以手動添加化學(xué)品（HF HNO3 DI水），一 般在腐蝕深度偏差較大時進(jìn)行手動補(bǔ)液，一般在換液初 期和槽體壽命快到時。 4.2、刻蝕線：可能出現(xiàn)過刻或刻蝕不足的情況，一般不超 過2mm，通過肉眼觀察，也可通過冷熱探針測量邊緣電壓 來判斷是否刻通。 刻蝕不足：一般首先通過調(diào)節(jié)參數(shù)保證腐蝕深度在工 藝控制范圍內(nèi)即可。 檢驗方法 n 冷熱探針法 冷熱探針法測導(dǎo)電型號 檢驗原理

9、 n熱探針和N型半導(dǎo)體接觸時，傳導(dǎo)電子將流向溫度較低 的區(qū)域，使得熱探針處電子缺少，因而其電勢相對于 同一材料上的室溫觸點(diǎn)而言將是正的。 n同樣道理，P型半導(dǎo)體熱探針觸點(diǎn)相對于室溫觸點(diǎn)而言 將是負(fù)的。 n此電勢差可以用簡單的微伏表測量。 n熱探針的結(jié)構(gòu)可以是將小的熱線圈繞在一個探針的周 圍，也可以用小型的電烙鐵。 檢驗操作及判斷 n確 認(rèn) 萬 用 表 工 作 正 常， 量 程 置 于 2 0 0 m V。 n冷 探 針 連 接 電 壓 表 的 正 電 極， 熱 探 針 與 電 壓 表 的 負(fù) 極 相 連。 n用 冷、 熱 探 針 接 觸 硅 片 一 個 邊 沿 不 相 連 的 兩 個 點(diǎn)， 電

10、 壓 表 顯 示 這 兩 點(diǎn) 間 的 電 壓 為 正 值， 說 明 導(dǎo) 電 類 型 為 P 型， 刻 蝕 合 格。 相 同 的 方 法 檢 測 另 外 三 個 邊 沿 的 導(dǎo) 電 類 型 是 否 為 P 型。 n如 果 經(jīng) 過 檢 驗， 任 何 一 個 邊 沿 沒 有 刻 蝕 合 格， 則 這 一 批 硅 片 需 要 重 新 進(jìn) 行 刻 蝕。 n 過刻以及刻蝕線不齊解決方法過刻以及刻蝕線不齊解決方法： n 抽風(fēng)：抽風(fēng)在很大程度上會影響到刻蝕槽液面波動，而 刻蝕槽任何的液面波動，對在液面上運(yùn)行的硅片都有很 大影響，抽風(fēng)對刻蝕線寬影響很大，調(diào)節(jié)以前首先要觀 察好時片子哪條邊刻蝕線寬異常再進(jìn)行相應(yīng)處

11、理，一般 不建議調(diào)整。 n 循環(huán)流量：調(diào)節(jié)循環(huán)流量，觀察刻蝕效果，一般情況下， 循環(huán)流量增加刻蝕線寬增加，反之。 n 溶液比例：添加H2SO4,可以調(diào)整溶液粘稠度，增加溶液 的浮力。 n 此外，片與片之間的間距、滾軸的水平程度、滾軸 和內(nèi)槽槽邊高度水平等都會影響到刻蝕線寬，發(fā)現(xiàn)此類 問題及時通知相關(guān)人員進(jìn)行處理，保證四周刻蝕均勻， 無過刻以及刻不通現(xiàn)象 。 n 一般來說，只要保證腐蝕深度在工藝控制范圍，且刻 蝕線正常，片子就一定能刻通。 n4.3 碎片 n放片方法應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書，輕拿輕放在正確位置，多晶156的硅片由 于面積較大，如果放置的位置不正確，很容易造成疊片卡片等，致使硅片 在機(jī)

12、器中碎裂。 n調(diào)整噴淋管的位置，至滾輪能夠光滑的運(yùn)行，調(diào)整風(fēng)管和水管的位置，使 得片子在通過的時候，不會影響片子的運(yùn)行。 n滾軸高低不平會影響片子的運(yùn)行方向，導(dǎo)致疊片卡片，致使碎片。 n 作為工藝人員在生產(chǎn)過程中，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器碎片， 一方面應(yīng)該提醒產(chǎn)線員工注意放片規(guī)范，減少疊片和歪 片；另一方面，應(yīng)巡查上述主要地方，及時找到并清理 在設(shè)備中殘留的碎片，杜絕更多碎片的產(chǎn)生。 4.4 吹不干 調(diào)整吹干氣體流量，無效果，通知設(shè)備。 n 當(dāng)班過程中，檢查生產(chǎn)人員的無塵服穿戴、當(dāng)班過程中，檢查生產(chǎn)人員的無塵服穿戴、 上下片操作手法以及工藝衛(wèi)生狀況是否符合要求，上下片操作手法以及工藝衛(wèi)生狀況是否符合要求，

13、 對于不符合要求的情況及時提出，并督促其整改，對于不符合要求的情況及時提出，并督促其整改， 定期對員工進(jìn)行集中培訓(xùn)。定期對員工進(jìn)行集中培訓(xùn)。 濕法刻蝕相對等離子刻蝕的優(yōu)點(diǎn) 1、 非 擴(kuò) 散 面 P N 結(jié) 刻 蝕 時 被 去 除， 背 腐 蝕 太 陽 電 池 的 背 面 更 平 整， 其 背 面 反 射 率 優(yōu) 于 刻 邊， 背 腐 蝕 太 陽 電 池 能 更 有 效 地 利 用 長 波 增 加 I S C。 鋁 背 場 比 刻 邊 的 更 均 勻， 可 以 提 高 I Q E， 從 而 提 高 了 太 陽 電 池 的 U o c。 2、 硅 片 潔 凈 度 提 高 （ 無 等 離 子 刻 蝕

14、 的 尾 氣 污 染） 3、 節(jié) 水 （ r e n a 使 用 循 環(huán) 水 沖 洗 硅 片， 耗 水 較 少。 等 離 子 刻 蝕 去 P S G 用 槽 浸 泡， 用 水 量 大） 。 濕法刻蝕相對等離子刻蝕的缺點(diǎn) n1、硅片水平運(yùn)行，機(jī)碎高：（等離子刻蝕去PSG槽式 浸泡甩干，硅片受沖擊?。?； n3、傳動滾軸易變形：（PVDF，PP材質(zhì)且水平放置易 變形）； n4、成本高：（化學(xué)品刻蝕代替等離子刻蝕成本增加）。 五、刻蝕工藝崗位職責(zé) n工 藝 員： n完 成 工 藝 負(fù) 責(zé) 的 點(diǎn) 檢 項 目 的 點(diǎn) 檢 工 作。 n仔 細(xì) 查 看 前 幾 個 班 的 交 接 班 記 錄， 了 解 前

15、幾 個 班 出 現(xiàn) 的 工 藝 問 題 及 處 理 方 法， 再 次 出 現(xiàn) 時 可 減 少 處 理 時 間。 n關(guān) 注 當(dāng) 班 刻 蝕 工 序 的 腐 蝕 量、 刻 蝕 線 寬 度 情 況， 對 出 現(xiàn) 的 異 常 及 時 加 以 解 決， 對 于 經(jīng) 過 判 斷 為 設(shè) 備 原 因 異 常， 及 時 聯(lián) 系 相 關(guān) 人 員 解 決， 解 決 不 了 的 問 題 要 及 時 通 知 助 理 工 程 師。 n對 于 出 現(xiàn) 的 不 良 品， 根 據(jù) 工 藝 文 件 （ 正 在 寫） 要 求， 決 定 返 工 或 是 流 至 下 一 道 工 序。 n當(dāng) 班 過 程 中， 檢 查 生 產(chǎn) 人 員

16、的 無 塵 服 穿 戴、 上 下 片 操 作 手 法 以 及 工 藝 衛(wèi) 生 狀 況 是 否 符 合 要 求， 對 于 不 符 合 要 求 的 情 況 及 時 提 出， 并 督 促 其 整 改， 定 期 對 員 工 進(jìn) 行 集 中 培 訓(xùn)。 n協(xié) 助 助 理 工 程 師、 工 程 師 跟 蹤 相 關(guān) 實 驗， 統(tǒng) 計 數(shù) 據(jù)， 下 班 時， 按 時 準(zhǔn) 確 填 寫 交 接 班 記 錄。 n1 0、 完 成 安 排 的 其 他 工 作。 n助理工程師：助理工程師： n關(guān)注當(dāng)天的效率、碎片率、良品率等參數(shù)，對于出現(xiàn)的外觀不良、漏電或 是效率低下等異常，及時聯(lián)系其余工序的工程師一起進(jìn)行排查。 n檢查

17、每天的腐蝕量，對于異常點(diǎn)，積極排查異常并制定預(yù)防措施。 n對于技術(shù)員匯報的異常情況，視情況到場解決或是電話給出解決措施，若 不能解決的，及時通知工程師。 n負(fù)責(zé)刻蝕工序點(diǎn)檢表格（各臺設(shè)備的運(yùn)行情況與關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)檢表）的編寫。 n協(xié)助工程師，安排刻蝕段的排查或改進(jìn)實驗，如有需要，與其他工序或是 其他職能部門進(jìn)行溝通，實驗結(jié)束后，及時給出實驗報告。 n完成安排的其他工作 n工程師：工程師： n關(guān)注當(dāng)天的效率、碎片率、良品率等參數(shù)、化學(xué)品用量，對于出現(xiàn)的外觀不良、漏電或是 效率低下等異常，及時聯(lián)系其余工序的工程師進(jìn)行排查。 n確定工藝方案與工藝控制參數(shù)（腐蝕量、刻蝕線寬），藥液使用壽命以及設(shè)備維護(hù)周期

18、， 上報主管工程師。 n對于日常工作中，根據(jù)需要，與其他職能部門（如設(shè)備、生產(chǎn)等部門）進(jìn)行溝通，共同尋 找解決問題的方案。 n對于助理工程師匯報的異常情況，視情況到場解決或是電話給出解決方案，若不能解決的， 及時通知工藝主管。 n定期進(jìn)行刻蝕參數(shù)優(yōu)化實驗或是安排刻蝕異常時的排查實驗，根據(jù)實驗結(jié)果提出改進(jìn)措施。 n負(fù)責(zé)編寫刻蝕工段的工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書，并組織相關(guān)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)。 n完成安排的其他工作。 n主管工程師：主管工程師： n1、關(guān)注當(dāng)天的效率、碎片率、良品率等參數(shù)、化學(xué)品用量，對于出現(xiàn)的外觀不良或是效 率低下等異常，及時安排排查。 n根據(jù)工作需要，負(fù)責(zé)與其他職能部門進(jìn)行溝通，共同解決問題

19、。 n對于匯報的異常，視情況到場解決或是電話給出解決方案。 n根據(jù)實驗結(jié)果，安排實施新的工藝方案，若新方案中涉及到更改工藝流程或是工藝路線的， 需向上級請示后決定是否實施。 n定期總結(jié)刻蝕工序的工作情況，并向工藝經(jīng)理匯報。 n負(fù)責(zé)刻蝕工序人員的管理，分配領(lǐng)導(dǎo)安排的任務(wù)，定期組織會議，對本工段工作進(jìn)行總結(jié)。 n對工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書等進(jìn)行審核。 n完成領(lǐng)導(dǎo)安排的其他任務(wù) 六、注意事項 n注 意 化 學(xué) 品 防 護(hù)， 進(jìn) 設(shè) 備 內(nèi) 操 作， 一 定 要 穿 防 護(hù) 服。 n調(diào) 整 參 數(shù) 前 多 加 思 考， 在 不 確 定 的 情 況 下 務(wù) 必 找 相 關(guān) 人 員 確 認(rèn) 后 方 可 調(diào) 整

20、， 調(diào) 整 后 要 密 切 關(guān) 注 生 產(chǎn) 情 況， 直 到 正 常 為 止。 n多 觀 察、 多 總 結(jié)， 提 高 技 術(shù) 水 平。 附： 化 學(xué) 品 安 全 技 術(shù) 說 明 n HNO3： n 健康危害：其蒸氣有刺激作用，引起眼和上呼吸道刺激癥狀，如流 淚、咽喉刺激感、嗆咳，并伴有頭痛、頭暈、胸悶等。口服引起腹 部劇痛，嚴(yán)重者可有胃穿孔、腹膜炎、喉痙攣、腎損害、休克以及 窒息。皮膚接觸引起灼傷。慢性影響：長期接觸可引起牙齒酸蝕癥。 n 急救措施：皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗 至少15分鐘。就醫(yī)。眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或 生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)

21、。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣 新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立 即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。食入：用水漱口，給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。 n HF n 健康危害：對皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用。灼傷初期皮膚潮紅、干燥。 創(chuàng)面蒼白，壞死，繼而呈紫黑色或灰黑色。深部灼傷或處理不當(dāng)時， 可形成難以愈合的深潰瘍，損及骨膜和骨質(zhì)。本品灼傷疼痛劇烈。 眼接觸高濃度本品可引起角膜穿孔。接觸其蒸氣，可發(fā)生支氣管炎、 肺炎等。慢性影響：眼和上呼吸道刺激癥狀，或有鼻衄，嗅覺減退。 可有牙齒酸蝕癥。骨骼線異常與工業(yè)性氟病少見 。 n 急救措施:皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗 至少15分鐘。就醫(yī)

22、。眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或 生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣 新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立 即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。食入：用水漱口，給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。 nH2SO4: n健康危害：對皮膚、粘膜等組織有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用。蒸氣或霧可引 起結(jié)膜炎、結(jié)膜水腫、角膜混濁，以致失明；引起呼吸道刺激，重者發(fā)生 呼吸困難和肺水腫；高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而窒息死亡?？诜笠?起消化道燒傷以致潰瘍形成；嚴(yán)重者可能有胃穿孔、腹膜炎、腎損害、休 克等。皮膚灼傷輕者出現(xiàn)紅斑、重者形成潰瘍，愈后癍痕收縮影響功能。 濺入眼內(nèi)可造成灼傷，甚至角膜穿孔、全眼炎以至