硅片制绒和清洗.

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制绒过程中的影响因素
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NaOH的浓度 异丙醇浓度
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溶液的温度
制绒腐蚀时间的长短
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槽体密封程度、异丙醇的挥发程度
制绒槽内硅酸钠的影响
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NaOH浓度的影响
•制绒液中的异丙醇、NaOH、硅酸纳三者浓度比Fra Baidu bibliotek决定着溶液的 腐蚀速率和角锥体形成情况。
1min 5min 10min
1100
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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
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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。
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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
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制绒腐蚀时间长短的影响
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。
•溶液温度恒定在80℃时发现腐蚀液NaOH浓度在1.5～4%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。
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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
硅片表面的机械损伤层 （三）机械损伤层
硅片
机械损伤层（10微米）
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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 0.5～1min以达到去除损伤层的效果,此时的 腐蚀速率可达到6～10um/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。
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不同制绒时间的图片
经过1min制绒的表面形貌
经过5min制绒的表面形貌
经过10min制绒的表面形貌
经过30min制绒的表面形貌
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不同制绒时间绒面反射率的比较
0.7
Reflectance(0-1)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 300 500 700 Wavelength (nm) 900
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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 ↑
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化学清洗原理
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
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硅片制绒和清洗
制绒小组 08.11.14
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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
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硅片表面的机械损伤层 （一）硅锭的铸造过程
单晶硅
多晶硅
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硅片表面的机械损伤层 （二）多线切割
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制绒基础知识
• 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
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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。
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制绒基础知识
• 陷光原理图示：
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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=H2[SiF6]
NaOH浓度15g/l时绒面形貌
NaOH浓度55g/l时绒面形貌
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NaOH浓度的影响
绒面的平均反射率随NaOH浓度的变化
0.16
Average Reflectance
0.15
0.14
0.13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Concentration of NaOH (g/l)
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IPA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。
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温度的影响