光伏制绒知识总结.doc

清洗知识总结 第1页 目 录 第一章 清洗各步骤原理 2 1 1 超声波清洗 2 1 1 1 超声波清洗的原理 2 1 1 3 影响超声清洗效果的因素 2 1 2 制绒工艺 3 1 2 1 硅片表面机械损伤层的腐蚀 3 1 2 2 制绒腐蚀的原理 4 1 2 3 角锥体形成的原理 5 1 2 4 陷光原理 9 1 2 5 制绒的因素分析 10 1 2 6 化学清洗原理 13 第二章 清洗设备及操作 15 2 1 超声清洗槽分布列表 15 2 2 制绒槽的分布列表及添加液 15 2 3 NAOH 添加量与硅片厚度的关系 18 第三章 清洗出现的问题 20 第一章 清洗各步骤原理 1 1 超声波清洗 1 1 11 1 11 1 1 超声波清洗的原理超声波清洗的原理超声波清洗的原理 超声波清洗机理是 换能器将功率超声频源的声能转换成机械振动并通过清洗槽壁向槽 子中的清洗液辐射超声波 槽内液体中的微气泡在声波的作用下振动 当声压或声强达到一 定值时 气泡迅速增长 然后突然闭合 在气泡闭合的瞬间产生冲击波使气泡周围产生 1012 1013pa 的压力及局部调温 这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使 他们分化于溶液中 蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击 一方面破坏污物与清洗件表面的吸 附 另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离 气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗 污层一旦有缝可钻 气泡立即 钻入 振动使污层脱落 由于空化作用 两种液体在界面迅 速分散而乳化 当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时 油被乳化 固体粒子自行脱 落 超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压 形成射流 冲击清洗件 同时由于非线 性效应会产生声流和微声流 而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流 所有这些 作用 能够破坏污物 除去或削弱边界污层 增加搅拌 扩散作用 加速可溶性污物的溶解 强化化学清洗剂的清洗作用 由此可见 凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用 清洗知识总结 第2页 尤其是采用这一技术后 可减少化学溶剂的用量 从而大大降低环境污染 1 1 21 1 21 1 2 超声清洗的优越性超声清洗的优越性超声清洗的优越性 高精度 由于超声波的能量能够穿透细微的缝隙和小孔 故可以应用与任何零部件或装 配件清洗 被清洗件为精密部件或装配件时 超声清洗往往成为能满足其特殊技术要求的唯 一的清洗方式 快速 超声清洗相对常规清洗方法在工件除尘除垢方面要快得多 装配件无须拆卸即可 清洗 超声清洗可节省劳动力的优点往往使其成为最经济的清洗方式 一致 无论被清洗件是大是小 简单还是复杂 单件还是批量或在自动流水线上 使用 超声清洗都可以获得手工清洗无可比拟的均一的清洁度 1 1 31 1 31 1 3 影响超声清洗效果的因素影响超声清洗效果的因素影响超声清洗效果的因素 1 清洗时间 清洗时间是影响超声波清洗效果的一个主要因素 清洗时间取决于工件的 污染程度以及清洁度要求 典型的清洗时间是 2 10 分钟 只有少数工件能够在很短的时间 里面清洗干净 2 清洗液温度 一般来说 超声波在 30 40 时的空化效果最好 清洗剂则温度越高 作用越显著 通常实际应用超声波时 采用 50 70 的工作温度 3 采用的清洗液 考虑到清洗液的物理特性对超声清洗的影响 其中蒸汽压 表面张力 黏度以及密度应为最显着的影响因素 温度能影响这些因素 所以它也会影响空化作用的效 率 4 工件的设计外形 5 超声波频率 超声波频率越低 在液体中产生的空化越容易 产生的力度大 作用也 越强 适用于工件 粗 脏 初洗 频率高则超声波方向性强 适用于精细的物件清洗 6 超声功率密度 功率密度 发射功率 W 发射面积 cm2 通常 0 3W cm2 超声 波的功率密度越高 空化效果越强 速度越快 清洗效果越好 但对于精密的 表面光洁度 甚高的物件 采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生 空化 腐蚀 7 清洗装夹方式 工件的清洗载入方式 在清洗设备的设计阶段 必须充分考虑工件清 洗时候的载入方式 一些较大的工件 内部比较难以清洗的工件 例如一些铸造件 一个 原则是只能载入清洗液的一半重量的工件清洗 在大多数案例中 分两次载入较少的工件清 洗比一次载入较大的工件清洗效果要好得多 1 2 制绒工艺 太阳电池的表面反射率是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一 通过制绒 在太 阳电池表面织构化可以有效降低太阳电池的表面反射率 入射光在电池表面多次反射延长了 清洗知识总结 第3页 光程 增加了对红外光子的吸收 而且有较多的光子在 p n 结附近产生光生载流子 从而增 加了光生载流子的收集几率 另外同样尺寸的基片 绒面电池的 p n 结面积较大 可以提高 短路电流 效率也有相应的提高 1 2 11 2 11 2 1 硅片表面机械损伤层的腐蚀硅片表面机械损伤层的腐蚀硅片表面机械损伤层的腐蚀 由于硅片在切割过程中表面留有大约 10 20 m 的锯后损伤层 对制绒有很大影响 若损伤层去除不足可能会残留切割时所遗留的杂质 在制绒的时候也会因为损伤层的缘故而 导致金字塔的无法出现 而且会在后续工序中继续破坏硅片表面 导致电池各类参数不符合 要求 因此在制绒前必须将其除去 在去除损伤层 粗抛 的时候 一般采用浓度为 20 的 NaOH 溶液在 80 90 的条件 下腐蚀 在高浓度的碱溶液的腐蚀速率可以达到 6 10um min 由于此时的腐蚀速度过快 所以在达到去除损伤层的基础上尽量减短初抛时间 以防硅片被腐蚀过薄 在初抛过程中产生的 Na2SiO3 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 1 2 21 2 21 2 2 制绒腐蚀的原理制绒腐蚀的原理制绒腐蚀的原理 硅腐蚀技术是硅微机械加工中最基础 最关键的技术 它通常有两种 干法腐蚀和湿法腐 蚀 根据腐蚀剂的不同 硅的湿法腐蚀又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀 各向同性腐蚀 主要用于多晶硅绒面制备 各向异性腐蚀主要用于单晶硅绒面制备 1 各向同性腐蚀 酸腐蚀 通常应用的硅的腐蚀液包含氧化剂 如硝酸 和络和剂 如氢氟酸 两部分 酸腐蚀的原理是一方面通过氧化剂与硅的作用在硅的表面生成二氧化硅 另一方面通过 氢氟酸对于二氧化硅的络和剂作用生成可溶性的络和物 在硅片表面留下了具有一定深度的 腐蚀坑 从而完成对硅的腐蚀过程 多晶硅片由于晶向复杂 不能像单晶硅一样用碱性溶液腐蚀产生金字塔型的绒面结构 因此大多采用氢氟酸 硝酸体系进行绒面的制备 硅和这种溶液反应的速度与晶向无关 是 各向同性的 因此可以腐蚀出椭圆形的凹坑 入射光在凹坑中多次入射 从而起到陷光效果 2 各向异性腐蚀 碱腐蚀 由于不同晶向的单晶硅在碱性溶液中腐蚀的速率不同 利用这种差异可以用碱性溶液在 100 晶向的硅片上腐蚀出类似金字塔不规则排列的绒面结构 入射光可以在金字塔的侧面上 形成两次或两次以上入射 从而大大降低了硅片的反射率 清洗知识总结 第4页 制溶液通常用低浓度 1 5 2wt 的氢氧化钠溶液混合 3 10 vol 的异丙醇 或乙醇 配 制成 在 70C 80C 温度范围内对 100 晶向的硅片表面进行各向异性腐蚀 便可以得到由 111 面包围形成的角锥体分布在表面上构成的 绒面 硅在碱溶液中的腐蚀现象 可以用电化学腐蚀的微电池理论进行解释 实现电化学腐蚀 应具备的三个条件如下 被腐蚀的半导体各区域之间要有电位差 以便形成阳极和阴极 电极电位低的是阳极 电极电位高的是阴极 阳极被腐蚀溶解 具有不同电极电位的半导体各区域要互相接触 这些不同区域的半导体要处于互相连通的电解质溶液中 硅晶体在碱溶液中的腐蚀能满足上述三个条件 从而在表面形成许多微电池 依靠微电 池的电化学反应 使半导体表面不断受到腐蚀 在用 NaOH 稀溶液腐蚀硅片时 阳极处 2 ii32 S6OHSO3H O4e 阴极处 2 2H2eH 总的反应式 i22i32 S2NaOH H ONa SOH 图 1 1 单晶硅 100 表面上 NaOH 水溶液腐蚀形成的绒面形貌 SEM 照片 单晶硅的各向异性腐蚀机理至今尚没有完全被人们认识清楚 但有两点为人们所广泛接 受 一是总反应为 i22i32 S2NaOH H ONa SOH 二是反应的一般过程为 1 反应物分子通过界面扩散到硅表面 2 硅表面对反应物分子进行吸附 3 在硅表面发生反应 4 反应产物和副产物通过界面扩散进入电解液中 1 2 31 2 31 2 3 角锥体形成的原理角锥体形成的原理角锥体形成的原理 清洗知识总结 第5页 1 晶体的各向异性 晶体的各向异性即沿晶格的不同方向 原子排列的周期性和疏密程度不尽相同 由此导 致晶体在不同方向的物理化学特性也不同 这就是晶体的各向异性 晶体的各向异性具体表 现在晶体不同方向上的弹性膜量 硬度 热膨胀系数 导热性 电阻率 电位移矢量 电极 化强度 磁化率和折射率等都是不同的 各向异性作为晶体的一个重要特性具有相当重要的 研究价值 晶面是在晶格点阵中 通过任意三个不共线的原子排列构成的平面 该平面将包含无限 多个周期性分布的格点 晶向指一族晶列的共同方向 晶面的法线方向 如图 1 2 所示平行于立方体面的平面叫做 100 面 对角横穿 3 个顶点的面叫做 111 面 图 1 2 晶体面中央立方体结构 立方体晶体的 100 和 111 面 单晶硅电池的绒面通常是利用某些化学腐蚀剂对其表面进行腐蚀而形成 它们对硅的不 同晶面有不同的腐蚀速度 对 100 面腐蚀较快 对 111 面腐蚀的慢 因此这种腐蚀方法也 称为各向异性腐蚀 如果将 100 作为电池的表面 经过腐蚀 在表面会出现以四个 111 面 形成的角锥体 这些角锥体远看像丛山一样密布于电池表面 肉眼看来 好象是一层丝绒 因此人们称之为 绒面 我们将 100 晶向上腐蚀速率与 111 晶向腐蚀速率比值定义为各向异性因子 Anisotropic Factor AF 当 AF 1 时 腐蚀硅片可以得到平坦的表面 当制绒液在方 向上具有相对高的腐蚀速率 0 6um min 和 AF 10 的各向异性系数时在硅片表面上得到最高 的角锥体密度 能够腐蚀出高质量绒面 腐蚀碱溶液的浓度 温度对 AF 有显著的影响 如 前所述 一般说来 低浓度的碱溶液和较低的溶液温度具有较高的 AF 值 反之 高浓度的碱 溶液和较高的溶液温度则对应低的 AF 数值 因此 前者用于制绒工艺 后者用于抛光工艺 清洗知识总结 第6页 2 角锥体形成的因素分析 从碱腐蚀硅的化学原理可知 伴随腐蚀的进行 硅表面有气泡产生 气泡的尺寸与溶液 粘度 溶液表面张力有关 气泡的大小和在硅表面的附着时间 对表面反应的进行乃至腐蚀 形成的表面形貌有直接影响 在此我们引入接触角的定义 接触角为液 固 气界面相交点 液 气界面的切线与液 固 界面切线的夹角 如图 1 3 如图 1 3 液体与固体表面的接触角 定温定压平衡时液体在固体表面的接触角决定于固 气相 固 液相和液 气相三个界面张 力的大小关系 180 90 时 液体润湿固体表面良好 90 时 液体润湿固体表 面不好 180 时 完全不润湿 纯净的硅表面是不能与水润湿的 疏水的 对于氢氧化 钠水溶液 它和硅表面的润湿角 90 并与溶液浓度有关 溶液中加入异丙醇可以改善 润湿程度 在这里 起到表面活性剂的作用 在绒面腐蚀过程中 在硅片表面会有气泡产生 气泡扩大到一定程度后 浮力大于表面 附着力 气泡便脱离硅片表面 腐蚀液又重新与硅表面接触发生腐蚀 重复上述过程 周而 复始 硅片表面逐层被腐蚀掉 并形成与表面晶向 溶液浓度 粘度 温度 腐蚀时间等因 素相关的表面腐蚀形貌 在腐蚀发生的初始时刻 溶液与硅表面的接触角对腐蚀核的形成 以及绒面角锥体覆盖 率有着重要影响 良好的润湿有利于提高覆盖率 众所周知 异丙醇增加硅表面的可湿润性 但是硅的腐蚀速率会随着浓度的增加而大幅度地降低 适当浓度的异丙醇在溶液中起到消泡 的作用 腐蚀过程中气泡在硅片表面的演变方式决定了绒面角锥体的形成 变化和最终形貌 在 润湿良好的表面上 一种腐蚀形成绒面的气泡模型如图 1 4 所示 清洗知识总结 第7页 如图 1 4 液体表面张力对腐蚀气泡和角锥体尺寸的影响 表面张力 a b 如图 1 5 不同表面张力情况下液体中的固体表面气泡形式 a 液体表面张力小 b 液 体表面张力大 对于表面张力较小的情形 a 腐蚀产生的气泡在角锥体成核的地方很容易从角锥体尖端 逃逸 气泡尺寸较小 因此 腐蚀形成绒面的角锥体尺寸也较小 对于表面张力较大的情形 b 气泡不容易离开硅片表面 在角锥体成核的地方形成气泡隔离 气泡要长大到浮力大于 表面附着力时 才从硅片表面离开 因此 这种条件下形成的绒面角锥体尺寸较大 当表面 张力达到一定程度后 气泡会形成覆盖面积较大的扁平状 这时如果溶液的粘度又较大的话 气泡就不容易离开硅片表面 这样腐蚀出来的表面平整度和均匀性都很差 绒面的形成可以分为 a 成核 b 扩展 c 绒面 3 个阶段 如图 1 6 所示 成核阶段对绒 面覆盖率至关重要 实际上 成核密度高 覆盖率就高 成核密度低 则很难采取补救措施 清洗知识总结 第8页 图 1 6 角锥体形成核到绒面形成的过程 1 2 41 2 41 2 4 陷光原理陷光原理陷光原理 陷光原理就是指使入射光进行二次或者多次反射 从而减少反射率 碱的异性腐蚀可以在单晶硅表面上形成类 金字塔 形结构 图 1 为周期性的 金字塔 绒面陷光的二维示意图 入射光线 I 在金字塔某侧面上的第一点入射后 反射光会在另外的一 个金字塔侧面再次入射形成第二次光吸收 经计算可知还有 11 的二次反射光可能进行第三 次反射和折射 由此可算得绒面的反射率为 9 04 如果再镀减反射膜 可将反射率降至 3 在同样尺寸的基片上 绒面光电池的 p n 结面积比光面大得多 因而可以提高短路电流 和光生载流子的收集几率 图 1 7 陷光原理示意图 清洗知识总结 第9页 图 1 8 在扫描电镜下绒面电池表面的形貌 图 1 9 倒金字塔绒面反射机制 1 2 51 2 51 2 5 制绒的因素分析制绒的因素分析制绒的因素分析 为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率 工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对 100 晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀 在表面形成类 金字塔 状的绒面 有效增强 硅片对入射太阳光的吸收 从而提高光生电流密度 对于既可获得低的表面反射率 又有利 于太阳电池的后续制作工艺的绒面 应该是金字塔大小均匀 单体尺寸在 2 10 微米之间 相邻金字塔之间没有空隙 即覆盖率达到 100 理想质量绒面的形成 受到了诸多因素的 影响 1 反应时间对绒面形貌和反射率的影响 C a 1min b 5min c 10min d 15min 图 1 10 不同时间下的绒面 单晶硅片经 1 分钟 5 分钟 10 分钟 30 分钟腐蚀后 表面的微观形貌 由图 1 11 清洗知识总结 第10页 可以看出在适宜的条件下 金字塔的成核 生长的过程 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 如果在整个硅表面成核均匀 密度比较大 那么最终构成绒面的金字 塔就会大小均匀 平均体积较小 这样的绒面单晶硅片不仅反射率低 而且有利于后续的扩 散和丝网印刷 制造出的太阳电池的性能也更好 很多相关的研究工作就是着力于增大金字 塔的成核密度 从图 1 11 的 c 可以看出 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 反射率略有降低 在实际生产中 硅片卡在承片盒内的区域 受到的腐蚀不 充分 绒面成形的时间较其他区域要长 另一方面 我们通过大量生产实践发现 大金字塔 的绒面单晶硅电池 性能略逊于小金字塔 原因可能在于 大金字塔尖锐的塔尖易于崩塌 扩散形成的 pn 结受到了破坏 所以 我们在优化单晶硅片制绒工艺时 应该既考虑降低反 射率 也要兼顾太阳电池的最终性能和外观等各方面的因素 2 乙丙醇的含量对绒面的影响 a 无异丙醇 b 3vol c 10vol d 30vol 图 1 11 异丙醇不同浓度下的绒面 当溶液中不含乙丙醇时 反应进行的速度比较快 硅片经 30 分钟制绒处理后 两面共 被腐蚀减薄了 40 微米 表面只有一些稀疏的金字塔 体积比较小 由于金字塔的覆盖率很 低 硅片对光的反射最强烈 我们向溶液中加入了少许乙丙醇 3vol 这种情况就大有改 观 反应速度减缓 经过相同时间的腐蚀 硅片只减薄 25 微米 而金字塔分布错落有致 反射率几乎降到了最低 只是在制绒过程中可以观察到 有一些反应产生的氢气泡贴在硅片 表面 缓慢释放 造成外观的斑点 为商业销售所不喜 只需将乙丙醇的含量增大到 5vol 斑点的问题即可解决 乙丙醇的含量在 3 vol 至 20 vol 的范围内变化时 制绒反 应的变化不大 都可以得到比较理想的绒面 而 5 vol 至 10 vol 的环境最佳 当乙丙醇的 清洗知识总结 第11页 含量达到 30 vol 金字塔的覆盖率再次降低 反射率升高 只是此种条件下的反应速度缓 慢 硅片只减薄了 10 微米 乙丙醇在制绒液中主要起到两点作用 一 协助氢气泡的释放 二 减弱 NaOH 溶液 对硅片的腐蚀力度 调节各向异性因子 第一点已经为大家所认同 从硅片减薄的程度可以 判断 随着乙丙醇的增加 硅片被腐蚀的速度减慢 纯 NaOH 水溶液 在高温下不仅对原 子排列稀疏的 100 晶面破坏性很强 对致密的 111 晶面也不再和颜悦色 各个晶面都 受到腐蚀而不断消溶 于是大部分的区域被冲刷形成了平原 而在局部 由于氢气泡或溶液 中某些杂质的庇护 一些零星的金字塔暂时幸存了下来 乙丙醇明显减弱了 NaOH 的腐蚀 强度 增强了腐蚀的各向异性 有利于金字塔的成形和生长 而当乙丙醇的含量过高时 碱 溶液对硅的腐蚀能力变的很弱 各个晶面都好像坚不可摧的铜墙铁壁 各向异性因子又趋向 于 1 3 NaOH 的含量对绒面的影响 a 5g L b 15g L c 55g L 图 1 12 NaOH 不同浓度下的绒面 从绒面的表面可以看出 经过相同时间的生长 NaOH 的浓度越高 金字塔的体积越大 这说明在反应的初期 金字塔的成核密度近似 不受 NaOH 浓度的影响 而制绒液的腐蚀 性随 NaOH 浓度的变化比较显著 浓度高的 NaOH 溶液与硅进行化学反应的速度加快 反 应相同时间后 金字塔的体积更大 当 NaOH 的浓度超过了一定的界限 溶液的腐蚀力度 过强 各向异性因子变小 绒面会越来越差 直至出现类似 抛光 的效果 从图 1 12 可以 看出 相比于乙丙醇 有利于绒面生长的 NaOH 浓度范围比较小 在 10 20 克 升之间 这就要求生产工艺人员严格的控制制绒液中的 NaOH 浓度 4 硅酸钠的含量对绒面的影响 腐蚀液中的硅酸钠 对溶液的OH 离子浓度起着缓冲剂的作用 因为硅酸钠溶解于水 清洗知识总结 第12页 中 当水充分时 极易发生水解硅酸根 2 i3 SO 与水反应生成硅酸及多硅酸溶胶 钠离子则 与水反应生成氢氧化钠以水溶液的形式存在 使溶液呈碱性 这种产物常称为水玻璃 这种 溶解反应过程是一种动态平衡 反应平衡点的移动与溶液浓度 溶液中OH 离子的浓度 溶液温度等因素有关 水玻璃溶胶体除了具有对OH 离子浓度的缓冲作用外 它还对腐蚀 过程中反应物质从溶液到反应界面的输运起到缓释作用 这种缓释作用又使得大面积硅片表 面得到均匀的腐蚀 使绒面上角锥体尺寸的均匀性得到了保证 另外 通过对水玻璃与异丙 醇的调节相配合 表面张力可以得到控制 从而可以得到最优化的腐蚀工艺 经过反复多次的使用 溶液中硅酸钠浓度增加 溶液的粘度会随着增加 溶液表面张力 界面能量也随之改变 溶液中OH 功能团移向腐蚀反应界面的传输效率逐渐降低 各向异 性因子也随着降低 气泡从反应界面的释放也变得缓慢 虽然可以用异丙醇消泡 但是硅的 腐蚀速率己大受影响 绒面覆盖率大大降低 导致溶液失效 因此 己经熟化并正常使用的 氢氧化钠制绒溶液 需要进行合理的调节维护 调节控制溶液中硅酸钠的含量 可以防止溶 液失效 除了以上主要的因素之外 制绒的好坏还与其他的因素有关 在工业生产中 对这一工 艺过程的影响因素更加复杂 例如加工硅片的数量 醇类的挥发 反应产物在溶液中的积聚 制绒液中各组分的变化等 为了维持生产良好的可重复性 并获得高的生产效率 要求我们 比较透彻的了解金字塔绒面的形成机理 控制对制绒过程影响较大的因素 在较短的时间内 形成质量较好的金字塔绒面 1 2 61 2 61 2 6 化学清洗原理化学清洗原理化学清洗原理 硅片经过不同工序加工后 其表面已受到严重沾污 一般讲硅片表面沾污大致可分在三 类 一 有机杂质沾污 可通过有机试剂的溶解作用 结合超声波清洗技术来去除 二 颗粒沾污 运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径 0 4 m 颗粒 利用兆声波可去除 0 2 m 颗粒 三 金属离子沾污 必须采用化学的方法才能清洗其沾污 硅片表面金属杂质沾污有两 大类 a 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面 b 另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着 尤如 电镀 到硅片表面 硅抛光 片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污 一般可按下述办法进行清洗去除沾污 1 使用强氧化剂使 电镀 附着到硅表面的金属离子 氧化成金属 溶解在清洗液中或 吸附在硅片表面 2 用无害的小直径强正离子 如 H 来替代吸附在硅片表面的金属离子 使之溶解于 清洗知识总结 第13页 清洗液中 3 用大量去离子水溢流清洗 以排除溶液中的金属离子 由于金属离子对于电池性能有着很大的影响 如图 1 13 所以需要去除硅片表面的金属 离子 在化学清洗过程中一般使用 HF NH4F 和 HCL 去除表面氧化层和硅片表面金属离子 反应方程式 2 262 SiO6HFHSiF2H O HCl 去除硅片表面金属杂质盐酸具有酸和络合剂的双重作用 氯离子能与 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 图 1 13 金属杂质对电池性能的影响 第二章 清洗设备及操作 硅片参数 S125 125 厚度 175um 179um 电阻率 0 5 3 cm 2 1 超声清洗槽分布列表 温度 C 溶液时间 s 一槽85去离子水240 二槽45去离子水240 三槽常温去离子水240 清洗知识总结 第14页 超声清洗质量要求 表面没有明显沾污 不能出现裂纹 崩边等问题 2 2 制绒槽的分布列表及添加液 一线八槽 溶液时间 s 温度 C 用途 NaOH120 60080 85去除损伤层 一槽 NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 二槽去离子水12040去离子水溢流 三槽去离子水180常温去离子水溢流 四槽 NaOH IPA 硅酸钠 1800 240080 85制绒 五槽NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 六槽NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 七槽去离子水18040去离子水溢流 八槽480常温喷淋 一线六槽 溶液时间 s 温度 C 用途 一槽HF NH4F300常温去除表面氧化层 二槽去离子水180常温去离子水溢流 三槽浓 HCL300常温去除重金属离子 四槽稀 HCL180常温去除重金属离子 五槽去离子水300常温去离子水溢流 清洗知识总结 第15页 六槽480常温喷淋 一线添加溶液的浓度 NAOHIPA硅酸钠化学清洗剂 初始1500g8L1000g 第一批500g 800g2L 第二批500g 800g2L 第三批500g 800g2L 放液 1 31000g 第四批500g 800g2L 第五批500g 800g2L 第六批500g 800g2L HF 5 5L NH4F 0 7L 浓 HCL 17L 稀 HCL 4L 在制绒七批之后全部放液 重新配液 继续生产 二线十四槽 溶液 时间 s 温度 C 用途 NaOH120 60080 85去除损伤层 一槽 NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 二槽去离子水12040去离子水溢流 清洗知识总结 第16页 三槽NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 四槽NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 五槽NaOH IPA 硅酸钠1800 240080 85制绒 六槽去离子水30040去离子水溢流 七槽去离子水300常温去离子水溢流 八槽480常温喷淋 九槽HF300常温去除表面氧化层 十槽去离子水300常温去离子水溢流 十一槽浓 HCL300常温去除重金属离子 十二槽稀 HCL300常温去除重金属离子 十三槽去离子水300常温去离子水溢流 十四槽480常温喷淋 二线添加溶液的浓度 NAOHIPA硅酸钠化学清洗剂 初始2000g8L1000g 第一批1000g 1200g2L HF 10L 浓 HCL 32L 稀 HCL 8L 清洗知识总结 第17页 第二批1000g 1200g2L 第三批1000g 1200g2L 第四批1200g 1500g2L 第五批1200g 1500g2L 第六批1200g 1500g2L 在制绒七批之后全部放液 重新配液 继续生产 2 3 NAOH 添加量与硅片厚度的关系 去除厚度51015202530354045 去除重量0 1820 3640 5460 7280 911 0921 2741 4561 638 需添 NaOH g 156312468624780936109212481404 需添 NaOH 瓶 1 32 311 1 41 1 222 1 52 1 22 4 5 NaOH浓度对绒面形成起决定性的影响 而其它因素我们也不该忽视 想要得到最佳的制绒 参数 我们可以引用一个正交试验 通过对碱溶液浓度 反应温度 腐蚀时间 添加剂用量 的控制取出最佳的工艺条件 正交试验的因素水平表 因素A因素B因素C因素D 碱溶液浓度 反应温度 腐蚀时间 min添加剂用量 11 5803010 21 0904015 清洗知识总结 第18页 32 5852020 44 095105 通过以上不同的组合 得出的工艺条件测算它的反射率 观察哪种工艺所制得的绒面反射率 最低 从而得出最佳的工艺条件 第三章 清洗出现的问题 1 关于碎片率 由于生产过程中或是人为的 或是因为操作的缘故会产生些许碎片 从而对公司造成了 不小的损失 所以降低碎片率一直是我们需要关注的问题 对于碎片的产生有几个方面 1 在拉晶的时候 可能会混有一些碎细粒夹杂在成品 硅片中 这样在运输过程中因为挤压而造成了原片碎 这是不可控的 但是在拆封的时候还 是需要小心 大概出现的一些情形有裂纹 缺角 穿孔 崩边 薄片等等 2 在插片 看绒面的时候由于人为的不小心而导致的碎片 这是可以控制的 碎片 攻关的主体 3 在原片中可能存在一些相对其它而言比较薄的片子 在制绒过程中由于高温的腐 蚀 再经过冷水槽的时候热胀冷缩导致碎片的出现 一般出现在喷淋槽 同样在甩干的时候 由于高温的情况出现碎片的概率也是相当大的 2 制绒所出现的不合格情况及处理办法 1 硅片表面出现白斑 出现的原因 a 溶液腐蚀不到位 OH 根离子的浓度不够导致腐蚀的不完全 出现部分 地方未腐蚀 在出现白斑的地点绒面比较小或者没有出现绒面 我们可以适量添加 NaOH 使硅片能够完全腐蚀 b 在出现白斑的地点污染比较严重 可能在其表面有油污 氧化层以及手指印 这些都 可能阻碍绒面的出现 对于表面有污染的片子 我们可以考虑在制绒前去一次损伤层 如果 片子太薄不适合去损伤层 这时我们可以把直接制绒的时间加长 5 分钟左右 2 硅片表面出现亮块 出现的原因 a 在绒面腐蚀过程中 在硅片表面会有气泡产生 气泡扩大到一定程度后 浮力大于表面附着力 气泡便脱离硅片表面 腐蚀液又重新与硅表面接触发生腐蚀 可是当 表面张力较大的时候 气泡不容易离开硅片表面 在角锥体成核的地方形成气泡隔离 导致 在气泡长大过程中没有腐蚀到 一般表现为少量亮块 此时只需加入异丙醇就可以减小表面 清洗知识总结 第19页 张力 使气泡逃逸 使腐蚀完全 b NaOH 的浓度过高 其浓度临近制绒和去损伤浓度的转折处 此时 制绒所形成的绒 面中的金字塔会在顶端坍塌 造成大面积的亮块 类似于抛光工艺 这时需要降低 NaOH 的 浓度 避免金字塔坍塌 c 由于在制绒的过