单多晶制绒基础知识

化学反应方程式
生产中我们采用电阻率为0.5~3Ω.cm，晶向为（ 100）的P型单晶硅片进行绒面腐蚀。在较高的温度下, 碱性水溶液中的NaOH会电离或者水解出OH离子,沿 (100)晶向的单晶晶体缺陷处进行各向异性腐蚀,单晶 硅会发生如下的腐蚀反应:
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2
既可获得低的表面反射率,又有利于太阳能 电池的后续制作.
天达光伏
单多晶制绒基础知识
朱勋坤
目录
一、制绒目的和作用 二、单晶制绒原理 三、多晶酸制绒原理 四、制绒生产过程控制 五、HCL及HF漂洗过程 六、其他注意事项
一、制绒目的和作用
1.1 制绒分类：
按硅原料分类可分为单晶制绒与多晶制绒； 按腐蚀液的酸碱性可分为酸制绒与碱制绒。 一般情况下： 单晶硅片使用碱性（NaOH溶液）化学溶液进
主要方法:是利用硝酸和氢氟酸、去离子水来配制酸性腐蚀液 。对于多晶硅片进行各向同性腐蚀，在硅片表面形成蜂窝状 的绒面结构，从而提高太阳电池的光电转换效率。
3.2 多晶酸制绒原理
根据 溶液对硅的各向同性腐蚀特性，在 硅片表面进行织构化处理而形成绒面。
1.第一步:硅的氧化
硝酸和氢氟酸的混合液可以起到很好的腐蚀作用，硝酸 的作用是使单质硅氧化为二氧化硅，其反应为:
用
4.4理想单晶绒面控制要素
1.科学合理的溶液配比浓度(NaOH浓度1%-2%) 2.适合的温度(77-85 ℃) 3.较短、合适制绒时间(600秒-900秒) 为了维持生产良好的可从复性，并获得高的生
产效率,要求我们比较透彻的了解绒面的形成机理 ,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容面.
1.利用陷光原理减少光的反射，由于入射光在 表面的多次反射和折射，增加 了光的吸收；
2.增加电池片的有效工作面积（PN 结面积） 增加了电池与电极之间的接触面积，减小了接 触电阻。
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，形成二次或更多次吸收， 从而增加吸收率。陷光原理如图所示：
SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O
终反应掉的硅以六氟硅酸的形式进入溶液并溶于水。
这样，二氧化硅被溶解之后，硅又重新露出来，一步、 二步的反应不断重复，硅片就可以被持续的腐蚀下去。
单晶绒面图片
多晶绒面图片
四、制绒生产过程控制
4.1、单wenku.baidu.com制绒液的组成及其作用
制绒溶液主要是由碱性物质（NaOH、KOH、Na2CO3 等）及添加剂（硅酸钠、酒精或异丙醇）组成的 混合溶液。
行绒面制备 多晶硅片使用酸性(HF、HNO3混合溶液)化学
溶液进行绒面制备
1.2 制绒目的
在生产中使用碱处理是为了得到金字塔状绒 面；用酸处理是为了得到虫孔状绒面。不管 是哪种绒面，都可以提高硅片的陷光作用。
1、去除硅片损伤层 2、对硅片表面进行织构
1.3 制绒的作用
绒面具有受光面积大，反射率低 的特点。可提 高单晶硅太阳电池的短路电流，从而提高太阳 电池的光电转换效率。
碱性物质发生电离或者水解出OH离子与硅发生反 应，从而形成绒面。碱的适宜浓度为5%以下。
酒精或异丙醇有三个作用：a、协助氢气泡从硅片 表面脱附；b、减缓硅的腐蚀速度；c、调节各向 异性因子。酒精或异丙醇的适宜浓度为5~10%。
4.2初抛液的要求
一般采用高浓度碱溶液(10% - 20%)在 90℃条件腐蚀0.5 - 1min以达到去除损伤层 的效果,此时的腐蚀速率可达到4 - 6um/min 。初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。
4.5影响制绒液稳定性的因素:
1、初配液NaOH浓度及异丙醇浓度 2、制绒槽内硅酸钠的累计量 3、制绒腐蚀的温度及制绒腐蚀时间的长短 4、中途NaOH和异丙醇的添加量 5、槽体密封程度、异丙醇的挥发程度
4.6理想单晶绒面的要求
1、绒面外观应清秀，不能有白点、 发花、水印等 2、金字塔大小均匀，单体尺寸在2~10чm之间 3、相邻金字塔之间没有空隙，即覆盖率达100%。
3Si+4HNO3===3SiO2+2HO2+4NO
这样一系列化学反应最终的结果是造成硅的表面被快速氧 化，硝酸被还原成氮氧化物
2.第二步:二氧化硅的溶解
二氧化硅生成以后，很快与氢氟酸反应
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O(四氟化硅是气体)
SiF4 + 2HF = H2SiF6
总反应:
另外为保证粗抛液浓度，需要定时补充 一定量NaOH.
4.3制绒液的要求：
目前大多使用廉价 的浓度约为1%-2%的 氢氧化钠稀溶液来制备绒面，腐蚀温度为7785℃。制绒时间10-15min左右,根据原材料的 特性来配液就可以做出质量较好的绒面。
为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量 添加异丙醇和专门的制绒添加剂作为络合剂 ，以加 快硅的腐蚀。
当各向异性因子=10时 （所谓各向异性因子就是（100）面与 （111）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔 形的角锥体组成的绒面。
三、多晶酸制绒原理
3.1多晶硅绒面制备方法
多晶硅表面由于存在多种晶向，不如（100）晶向的单晶硅那 样能利用各向异性化学腐蚀得到理想的绒面结构，因而对于 多晶硅片，目前主要采用各向同性的酸腐方法来制备绒面。
I0 I3
A I1
I4
I2
B
当一束强度为I0的光投射(垂直）到 图中的A点，产生反射光I1和进入硅 中的折射光I2。反射光I1可以继续投 射到另一方锥的B点，产生二次反射 光I3和进入半导 体的折射光I4；而对 光面电池就不产生这第二次的入射。 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%。
二、单晶制绒原理
单晶制绒原理:利用碱性溶液对单晶硅片进行各向异性
腐蚀的特点来制备绒面。
从本质上讲,绒面形成过程是: NaOH溶液对不同晶面 的腐蚀速率不同，(100)面的腐蚀速度比(111)面大十倍以 上,所以(100)晶向的单晶硅片经各向异性腐蚀后，最终在 表面形成许许多多表面为(111)的四面方锥体,即 “金字 塔”结构。