《硅片制绒和清洗》PPT课件.ppt

硅片制绒和清洗,概述,硅片表面的处理目的： 去除硅片表面的机械损伤 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,硅片表面的机械损伤层 （一）硅锭的铸造过程,多晶硅,单晶硅,硅片表面的机械损伤层 （二）多线切割,硅片表面的机械损伤层 （三）机械损伤层,粗抛,粗抛 原理：各个晶面在高浓度的碱溶液将不再具有各项异性腐蚀特性 目的：去除表面的机械损伤层以及其它杂质 一般采用20%的碱溶液在90条件腐蚀 0.51min以达到去除损伤层的效果,此时的 腐蚀速率可达到610um/min 。 粗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，而与碱溶液实际浓度关系不大。,1.1 什么是制绒 制绒是利用硅的各向异性腐蚀特性在表面刻出类似与金字塔或者是蜂窝状的结构,单晶硅片表面的 金字塔状绒面,多晶绒面,制绒基础知识,1.2制备绒面的目的： 利用陷光原理，减少光的反射率，提高短路电流（Isc），增加PN结的面积，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。,制绒基础知识,陷光原理图示：,制绒基础知识,1.3 制绒的分类： 碱制绒：Si+2NaOH+H2O Na2SiO3 +2H2 酸制绒：HNO3+Si=SiO2+NOx+H2O SiO2+ HF=SiF4+H2O SiF4+HF=H2SiF6,制绒基础知识,碱的腐蚀 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，俗称制绒。角锥体四面全是由111面包围形成。 反应式为： Si+2NaOH+H2O Na2SiO3 +2H2 ,制绒基础知识,制绒过程中的影响因素, NaOH的浓度 异丙醇浓度 溶液的温度 制绒腐蚀时间的长短 槽体密封程度、异丙醇的挥发程度 制绒槽内硅酸钠的影响,制绒液中的异丙醇、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，异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速率大幅度下降。,NaOH浓度的影响,维持制绒液中IPA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,NaOH浓度15g/l时绒面形貌,NaOH浓度55g/l时绒面形貌,NaOH浓度的影响,绒面的平均反射率随NaOH浓度的变化,NaOH浓度的影响,降低硅片表面张力，减少气泡在硅片表面的粘附，使硅 片的金字塔更加均匀一致 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。所以需要异丙醇来调节溶液的粘滞特性。,IPA的影响, 制绒温度范围：75-81 温度过低：反应速度慢 温度过高：IPA将完全挥发加剧，晶面择优性降低,温度的影响,经过去除损伤层后，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。,制绒腐蚀时间长短的影响,不同制绒时间的图片,不同制绒时间绒面反射率的比较,槽体密封程度、异丙醇的挥发程度,受影响项：碱液溶液浓度、IPA浓度 结果：由于密封程度的不同，水气和IPA的挥发速度不 同，导致硅片的腐蚀深度过大以及绒面不均,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。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”，硅酸钠来源大多是反应的生成物，要调整它的浓度只能通过排放溶液。,HCL的作用 中和残留在硅片表面的碱液 去除在硅片切割时表面引入的金属杂质 注：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能 与Fe 3+、Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物,化学清洗原理,HF 的作用 去除在清洗过程中表面形成SiO2层，便于脱水 注：硅的疏水性要好于SiO2,化学清洗原理,制绒常见不良现象,现象：表面有指纹残留 原因：人为的接触硅片 解决方法：IPA可以起到一 定效果，但是不能杜绝，需 要硅片厂家配合,现象：在同一批片子中相同 位置有类似于油污的污渍 原因：来料问题，可能在硅片包装时引入 解决方法：与硅片厂商协商解决,制绒常见不良