光伏电池制备工艺-项目二 清洗制绒.ppt

1、项目二 一次清洗、制绒工艺,项目要求: 1掌握制绒工艺的目的 2掌握制绒工艺的原理 3掌握制绒工艺操作流程 4掌握常见制绒不良片的解决方法 5能够制定单晶硅片、多晶硅片作业指导书,第一讲：,任务一 制绒工艺的目的与原理 1）制绒目的 2）制绒原理,任务一 ：制绒工艺的目的与原理,制绒目的： 去除硅片表面的机械损伤层； 并清除表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质 减少光的反射率，提高短路电流，最终提高电池的光电转换效率。,制绒的原理,晶硅电池分为单晶硅电池、多晶硅电池，在电池片的制备工艺中，由于单晶、多晶的晶颗排列不同，制绒工艺的原理也不同，单晶主要采用各向异性碱腐蚀、多晶主要采用各向同性酸

2、腐蚀。,各向异性碱腐蚀,对于单晶硅而言，选择择优化学腐蚀剂，就可以在硅片表面形成金字塔结构，称为绒面结构，又称表面织构化。对于（100）的p型直拉硅片，最常用的是各向异性碱腐蚀，因为在硅晶体中，（111）面是原子最密排面，腐蚀速率最慢，所以腐蚀后4个与晶体硅（100）面相交的（111）面构成了金字塔结构。如下图所示，为单晶硅制绒后的SEM图，高10m的峰时方形底面金字塔的顶。,制绒工艺的化学反应式与碱制绒硅片表面外貌,碱腐蚀过程中，常用的原材料,碱腐蚀过程中，主要仪器设备,碱制绒设备 花篮承载框 清洗小花篮 推车 电子秤 显微镜 橡胶手套,碱制绒的工艺要求, 硅片减薄重量为0.25g0.45g

3、。 制绒后硅片目视当为黑色，不同角度观察呈均匀绒面，无绒面不良现象。 制绒后硅片在显微镜下观察，金字塔分布呈均匀致密，相邻金字塔之间没有间隙。,任务二 单晶制绒操作工艺,1. 装片 ： 1）戴好防护口罩和干净的橡胶手套，以200片为一个生产批次,把硅片插入清洗小花篮， 对来料中如有缺角、崩边、隐裂等缺陷的硅片不能流入生产线，及时报告品管员，将这些硅片分类放置、集中处理；有缺片现象时，要在缺片记录上记录缺片的批号、厂商、箱号和缺片数。 3）在“工艺流程卡”上准确记录硅片批号、生产厂家、电阻率、投入数和投入时间和主要操作员。 4）装完一个生产批次后把“工艺流程卡”随同硅片一起放在盒架上，等待制绒。

4、,2. 开机 3. 生产过程,1）将装好硅片的小花篮放在花篮承载框中，然后将承载框搬到上料台上。 2）工艺槽温度设定和启动加热 3）加热制绒液体到设定温度以后，根据本班目标生产量在控制菜单上进行参数设置（包括粗抛、碱蚀、喷淋、鼓泡漂洗时间和产量的设置）。 4）参数设置完毕，在手动状态下按“复位”键，运行模式拨到“自动”状态，按“启动”键，机器进行复位，待机械手停止运动后即可上料生产。若不立即生产，则暂时拨回“手动”状态。,5）配制溶液 6）生产过程控制 a. 机械手将承载框平移依次送到各处理工位，对硅片进行超声预清洗、制绒、盐酸中和、氢氟酸去氧化层，经过11(10)个处理工位全过程处理后，承载

5、框由自动机械手移到出料工位，再由操作员将小花篮取出。 11(10)个处理工位具体为：超声预清洗温水漂洗腐蚀制绒（喷淋）漂洗HCl处理漂洗HF处理漂洗喷淋漂洗。 b. 每制绒一篮，粗抛液、制绒液内都要补充NaOH，补充量根据消耗量确定，并适当补充去离子水。,7）甩干 甩干员将甩干后的硅片取出，并填写好工艺流程卡，通过传递窗流向下一道PECVD工序 8）自检 自检时，主要观察是否有裂痕、缺角、崩边、指纹印、污渍、药液水珠、明显发白及发亮，均无的为制绒合格，正常往下流。工序长每隔1000片抽测5片减重情况 9）关机,工艺卫生要求,1）不允许用手直接接触硅片，插片时配戴一次性手套，插完硅片后，应立即更

6、换，不得重复使用。 2）制绒车间要保持清洁，地面常有碱液或干碱，要经常打扫。 3）盛过碱液或乙醇的塑料桶要及时刷洗，不可无标识长时间用桶盛碱液或乙醇。 4）物品和工具定点放置，用过的工具要放回原位，严禁乱放，保持硅片盒和小花篮清洁。 5）每班下班前要对制绒设备进行卫生清理。,注意事项,1）停做滞留的硅片要用胶带封好箱，标签注明材料批号、供应商和实际数目。 2）每批投片前要检查化学腐蚀槽中的液位，不合适的要及时调整。 3）小花篮和承载框任何时候不能放在地上。 4）严格控制标准检查绒面质量，绒面不合格的硅片要按照检验卡片和工序控制点操作，按照规定的程序进行处置。 5）硅片在制绒槽时，绝不能拿出硅片

7、检查绒面情况，要进入漂洗槽后再查看绒面情况。 6）操作化学药品时，一定要带好防护手套。 7）制绒设备的窗户在不必要时不要打开，机器设备在运行时，不得把头、手伸进机器内，以防造成伤害事故。 8）制绒机卫生保养时，要防止电线浸水短路，擦洗槽盖时要防止制溶液的污染,各原料在制绒中的规律,55g/l,15g/l,5g/l,硅酸钠含量影响： 增加溶液的粘稠度，调节反应速度；只要判定它的含量是否过量即可。实验用浓盐酸滴定，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。,30vol%,无IPA,3vol%,时间影响： 制绒包括金字塔的行核

8、及长大过程，因此制绒时间对绒面的形貌及硅片腐蚀量均有重要影响。,30min,10min,1min,5min,搅拌及鼓泡： 搅拌及鼓泡有利于提高溶液均匀度，制绒过程中附加搅拌及鼓泡，硅片表面的气泡能得到很好的脱附，制绒后的硅片表面显微结构表现为绒面连续，金字塔大小均匀。 但搅拌及鼓泡会略加剧溶液的挥发，制绒过程硅片的腐蚀速率也略为加快。 正确的设定：无篮循环，有篮鼓泡,HCl的作用： 中和残留在硅片表面残余碱液；去除在硅片切割时表面引入的金属杂质。,HF的作用： 去硅片表面二氧化硅层；与硅片表面硅悬挂键形成Si-H钝化键。,各向同性酸腐蚀,对于由不同晶粒构成的铸造多晶硅片，由于硅片表面具有不同的

9、晶向，择优腐蚀的碱性溶液显然不再适用。研究人员提出利用非择优腐蚀的酸性腐蚀剂，在铸造多晶硅表面制造类似的绒面结构，增加对光的吸收。到目前为止，人们研究最多的是HF和HNO3的混合液。,分析,经过腐蚀，在多晶硅片的表面形成大小不等的腐蚀坑，从而使太阳光的光程增加，降低表面反射率，增加对光的吸收。 酸腐蚀的化学式很简单，但是球面绒面形成的机理仍然没有解决。部分研究者认为，在硅与硝酸的反应中，除生成SiO2外，还生成NO气体，在硅片表面形成气泡，这是导致硅片表面产生球形腐蚀坑的主要原因。 在实际工艺中，HF和HNO的3比例、添加剂、温度和时间等因素，都对绒面结构产生影响。,1准备工作 1）穿戴好工作

10、衣帽、防护口罩和干净的橡胶手套； 2）操作员打开包装，查看规格、电阻率、厚度、单多晶、厂家、编号是否符合要求； 3）操作员检查硅片是否有崩边、裂纹、针孔、缺角、油污、划痕、凹痕；如来料有问题，需及时报告品管员；对原硅裂片，放片员需用胶带粘好，统一交还给车间小仓库管理员。,多晶硅生产,2开机 1）操作员打开工艺排风，打开压缩空气阀门，打开设备进水总阀； 2）操作员启动设备，打开电源开关按钮，检查设备是否正常运转，检查导轮上是否有碎片。,清洗制绒设备,清洗制绒槽,3供液,供液间,4换液 1）工序长将设备“自动”转换为“手动”，点击“废液排放”； 2）观察PC柜电脑画面，工作槽内液体排完后会自动停止

11、； 3）工序长再点击“槽体清洗”，清洗结束后会自动停止； 4）再点击“废液排放”，排放槽内液体； 5）最后将槽体内碎片和残留化学品清理干净。,5、生产 1）放片 放片员从硅片盒中一次性拿起一叠硅片（最多不能超过100片），用右手将硅片旋开； 捏住硅片的中间（不能拿硅片的角，容易产生碎片）一片一片放到轨道上面,轨道共5道，每一道前后2片硅片的距离应大于5cm,2）工序长每隔1000片抽测5片减重情况，并将相关数据记录在“一次清洗减薄量记录表”中，控制在0.40.5g之间，确定绒面质量合格后，硅片方可流入下道工序； 3）对绒面质量合格的硅片，收片员详细填写“工艺流程卡”，并装在小花篮内（每200片

12、为一批，每个小花篮装25片硅片），每一批硅片有一张流程卡，流入到扩散工序； 4）操作员在设备自动运行过程中，不能离开，需时刻监视设备运行情况；,生产,5）收片 收片员在小花篮下垫海绵垫片，双手轻轻拿硅片两端，将硅片轻轻插入小花篮，如图所示。发现有硅片发亮、未吹干、药液残留等异常现象，及时报告工序长、品管员、工艺员，共同解决。,6）对制绒不良的硅片需进行隔离，并报告给工序长和品管员，集中在统一的时间返工； 7）工序长在每个班在交班前，及时更换槽的纯水、碱液、酸液，并对此次换液进行相应的记录；,8）自检 在制绒完成后，工序长和收片员需进行自检，符合工艺、质量要求才能流入下道工序； 自检标准：外观均

13、匀、无明显滚轮印、指纹印、污渍、无药液水珠残留、无明显发白、发亮的为制绒合格硅片，可以正常往下流； 不合格制绒硅片需进行隔离，达到工艺质量要求方能流入下道工序。,任务四 制绒不良片案例分析,制绒过程中出现的不良情况，主要有表面污染、表面发白、表面发亮、腐蚀不均、无绒面等情况。,表面污染,a图中出现的是硅片表面有指纹残留；出现的原因是，在包装时人为的接触硅片； 解决的措施：添加IPA，Na2SiO3, 可以起到一定效果，但是不能杜绝，需要硅片车间的配合。,表面污染,b图中出现的是硅片表面有大量的药液残留； 出现的原因是IPA添加过多；或者出制绒槽后，没有立即放入漂洗槽，导致药液残留在硅片表面反应

14、 解决的方法：重新进行清洗,表面污染,c图出现的是在同一批片子中相同位置有类似于油污的污渍；出现的原因主要是来料问题，可能在硅片包装时引入； 解决的方法：与硅片车间协商解决,表面污染,d图中出现的是表面污渍；出现的原因主要是在制绒后反应残留； 解决的方法：重新进行清洗。,硅片表面颜色,a图中出现的是硅片表面发白；出现的原因主要是制绒的时间不够。 解决的方法：通常是延长制绒时间。,硅片表面颜色,b图中出现的硅片表面发亮、表面发沙； 出现的原因：主要是NaOH过量或者制绒时间过长； 解决的方法：通常是适当降低碱液的用量及制绒时间。,绒面状况,a图中出现的是表面腐蚀不均、硅片表面部分区域发白、有彗星现象发生；出现图中现象的主要原因是IPA偏少； 解决的方法：通常是适当增加IPA的用量。,绒面状况,b图中出现的无绒面或表面有流星雨现象发生；出现图中现象的原因主要是来料问题； 解决此类现象的措施是加大碱液用量。,绒面状况,c. 图中出现的绒面不均现象主要表现为部分区域绒面良好，部分绒面表现为较难腐蚀；出现图中现象的原因主要是