单多晶制绒基础知识

I0
I3
A
I1
I4
I2

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。
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。 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：
b.理想多晶绒面的质量要求



1、绒面外观应清秀，不能有指纹印、暗纹（黑丝） 要少. 2、绒面大小均匀、反射率低于20%, (反射率0.10.2之间) 3、多晶硅片单片腐蚀重量不超过0.6克左右. 生产过程中须防止硅片腐蚀过多，否则硅片厚 度不能保证,会产生许多暗纹（黑丝）,镀膜后会造 成色差，而且碎片率高.
6.2扩散前漂洗工序质量控制应注意的 事项:


1.整个空间的工艺卫生维护 2.清洗液水位——保证硅片完全浸入 3.漂洗时间——金属离子的交换需要一定时 间，在生产过程中擅自更改参数会增加有害 离子的残留量（效率下降) 4.更改甩干时间——硅片甩不干（扩散后片 子发蓝，色差片）
1.硅片表面指纹印 2.绒面发亮（沙 亮）



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:
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
3Si+4HNO3===3SiO2+2HO2+4NO
a、去除硅片表面的氧化层，发生的反应如下： SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O

HF过量时 SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O
b、表面钝化
当氧化层去除后里面的硅就暴露出来了，最外层的硅 各有一个悬挂键如图a所示，HF中的H会与悬挂键结合而起到表 面钝化的作用。
H H H H

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%。
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 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.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.


五、HCL及HF漂洗过程
5.1 HCL漂洗过程
采用盐酸水溶液,HCl可以去除硅片表面金 属杂质及残留的NaOH： 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子 能与 Pt铂 2+、Au金 3+、Ag银 +、Cu铜 +、Cd 镉2+、Hg 汞2+等金属离子形成可溶于水的络 合物。
5.2 HF漂洗过程
一般采用HF水溶液,有两种作用:

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.
4.7多晶酸制绒生产过程控制

酸腐方法对设备的要求较高，目前我们使用的 是史密德在线式酸式制绒机,多晶制绒的生产 工艺步骤如下:
去离 子水 漂洗 KOH 腐蚀 去离 子水 漂洗 HF和HCL混 合溶液腐 蚀
HF和HNO3 混合溶液 腐蚀 氮气（压 缩空气） 吹干

单晶绒面图片
多晶绒面图片
四、制绒生产过程控制
4.1、单晶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。
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%。
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。 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。
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。 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。
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


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。
用
4.4理想单晶绒面控制要素
去离子水 漂洗
a.理想多晶绒面控制要素



1.科学合理的溶液配比浓度(浓硝酸：氢氟酸=10：1--2：1) 2.适合的反应槽温度 (6-8 ℃) 3.合适的传送带速 (一般为1-1.5m/min). 4.合适的单片的腐蚀重量. (一般0.5克-0.6克左右) 在保证硅片腐蚀重量的前提下，围绕酸液浓度、 传送带速、反应温度这三个因素进行控制，一般情况 下酸液浓度、反应温度都已恒定，操作人员只需根据 单片的腐蚀重量来调整制绒机的带速，便可以保证多 晶制绒的质量。
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: 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。
Si
Si
Si
Si Si Si
Si Si Si
Si
Si
Si
Si Si Si
Si Si Si
Si Si
Si
Si
Si Si
Si
Si
图a
图b
六、其他注意事项
6.1制绒工序质量控制应注意的事项:



1.整个空间的工艺卫生维护, 2.制绒时间的控制及制绒后硅片失重监控，保证 绒面质量, 3.单多晶硅片完全去除损伤层, 4.操作过程中杜绝脏手套对硅片表面的污染，保 证篮子、晶片盒等干净, 5.插片、取片、甩片等环节规范操作,禁止裸手 拿片,减少硅片磨损.
3.绒面发灰、发白
硅片损伤层，含大量有害杂质及缺陷，一定要保 证腐蚀重量
硅片表面脏污制绒后图
单晶“金字塔”损伤图
共同探讨、进步 谢谢大家！
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：
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%。