制绒工艺

制绒工艺

1 引言

清洗设备在整个太阳能电池生产线上起到至关重要的作用。主要可以分为：扩散前的制绒、酸洗，磷硅玻璃(PSG)的湿法腐蚀、漂洗等几类。

我公司所提供的产品囊括了上述环节的所有类型的清洗设备，完全可以满足各个环节的工艺要求。本文将着重就制绒设备研究过程中的几个重要问题进行阐述。

2 工艺研究

在太阳能电池生产中，刻蚀具有两个作用，即去除切割过程中产生的表面缺陷，同时进行硅片表面构化。构化的目的就是延长光在电池表面的传播路径，从而提高太阳能电池对光的吸收效率。构化的主要方法可以分为干法和湿法两种。后者是目前应用最广泛的刻蚀方法，即用碱(NaOH、KOH)或酸液(HNO3、HF)对硅片表面进行腐蚀。

由于硅片的内部结构不同，各向异性的碱液刻蚀主要用于晶向分布均匀的单晶硅，而晶向杂乱的多晶硅采用各向同性的酸液刻蚀会有更好的构化效果。

本研究以单晶硅制绒为例进行工艺实验，对于多晶硅材料而言，我们正与厂家进行实际工艺摸索，本文仅对单晶硅制绒工艺进行阐述。工业生产中通常采用碱和醇的混合溶液对<100>晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类似"金字塔"状的绒面，有效地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，又有利于太阳能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2～10μm 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，例如硅片被腐蚀前的表面状态、制绒液的组成、各组分的含量、温度、反应时间等。而在工业生产中，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。就要比较透彻地了解金字塔绒面的形成机理，控制对制绒过程中影响较大的因素，在较短的时间内形成质量较好的金字塔绒面。

经实验证明，我们得到的如下工艺的可重复性和可靠性都很好，可以用来进行大规模的工业化生产。

2．1 去损伤

硅片在切割过程中表面留有大约10～20μm的锯后损伤层，对制绒有很大影响，因此在制绒前必须将其除去。单晶一般用碱与硅反应的方法除去。现在很多公司常用NaOH，工艺参数有溶液温度、反应时间和溶液浓度。经过我们与生产企业的多次反复实验，最终结果表明当NaOH加热至85℃，浓度为25％时去损伤速度最快、效果最好。

2．2 制绒

制绒工艺比较复杂，不同公司有各自独特的制绒方法。一般碱制绒有以下几种方法：

(1)NaOH+IPA

(2)NaOH+IPA+NaSiO3

(3)NaOH+CH3CH20H

一股使用到的化学添加剂有两种，一种是IPA(异丙醇)，另一种是T业酒精。加入异丙醇后，可以使反应加快，主要是起消除气泡的作用。曾经有人认为，异丙醇是产生金字塔的原因，其实如果不用异丙醇也可以做出绒面来，所以异丙醇并非做绒面必不可少的一种物质。

而对于工业酒精，根据实验结果，不添加酒精，也可以制作出绒面来，但是绒面表面会非常的难看。会有很多雨点状的气泡印，即使最后经过扩散、刻蚀、喷涂和印刷后，做出来的太阳能电池片上气泡印也很难去掉，会严重影响美观和硅片表面质量。

因此，第二种方法在工业大规模牛产中被普遍接受。工艺要求NaSiO ：NaOH在l：3．5到1：3之间，NaOH：IPA在1：6左右。NaOH浓度要求在2％～4％之间调整。在制绒工艺中，温度和个溶液的比例是丰要参数。时间是次要的。保持工艺的稳定对大规模的生产是至关重要的。通常通过排液、补液的方法来实现。对于第二种工艺方法来说，制绒的最佳工作温度在83。C±1℃。温度太低和IPA比例大小都不能制成绒面，或者说在绒面形成之前硅片已经消耗完。IPA太多形不成绒面，它不能起调节晶向反应速度的作用。

3 结构设计

根据工艺研究的结果，我们进行设备结构设计，针对去损伤以及制绒工艺的溶液、温度、反应时间等要求，我们着重对两种反应槽体进行了设计，结果表明，槽体结构设计合理，完全满足工艺要求。

3．1 去损伤槽

鉴于去损伤的工艺要求，我们设计的槽体要求一方面可以实现基本功能，即抗腐蚀功能及工艺液体加热功能，另一方面要求能够保证腐蚀后的硅片表面质量。因此，经过设计人员的反复论证拟定槽体采用溢流槽结构，溢流出的废液汇入排废管道：为防止反应雾过渡挥发，槽体设有左右开启盖，塑料气缸控制开合。在气缸伸出杆上设有保护套，防止反应雾滴落在伸出杆上面；考虑到兼容单晶及多晶硅片的清洗要求，槽内设置有单独的加热和制冷系统；槽体底部设置加热器，同时设有温度控制(包括防酸热偶)，保证达到要求的工作温度，且尽量缩短升温时间以提高生产效率。温控器的设定温度可根据工艺要求调节；槽内四周还设有波纹盘管，可通入冷却水对槽内溶液进行制冷，冷却水由外置的恒温水循环系统提供；腐蚀时间可在触摸屏界面中进行设定、调整；槽内还设有配液、补液用接口，并设有液位，高低可调节，一方面可以控制配液时DI水容积和NaOH的容积，另一方面还

要控制补液容积。控制DI水容积的液位同时具有防止加热器干烧功能；

3．2 制绒槽

根据制绒工艺要求，使用溶液浓度为2％的Na0H和IPA溶液或混合酸液(HF+HN03)；拟定槽体结构采用溢流槽结构，溢流出的废液汇入排废管道；为防止反应雾过渡挥发，槽体设有左右开启盖，塑料气缸控制开合。在气缸伸出杆上设有保护套，防止反应雾滴落在伸出杆上面；为兼容单晶及多晶硅片的清洗要求，槽内设置有单独的加热和制冷系统；槽体底部为塑料加热器，设温度控制(包括防酸热偶)，保证完全满足工作温度需要，控温精度可达±l℃，同时最大限度地缩短升温时间以提高生产效率；温控器的设定温度可根据工艺要求调节，使用恒温水浴加热方式，控温精度为±l℃；槽内四周还设有波纹盘管，可通入冷却水对槽内溶液制冷，冷却水由外置的恒温水循环系统提供；腐蚀时间可在触摸屏界面中设定、调整；槽内设有配液、补液用接口，并设有液位，高低可调节，一方面要求能够控制配液时DI水容积和NaOH的容积，另一方面还可控制补液容积。控制DI水容积的液位同时还具有防止塑料加热器干烧功能；IPA则定时采用氮气压输送。

除上述关键工艺槽体结构的设计以外，整台制绒设备不论从整体结构设计还是自动化程度上来看，都居于国内最先进水平之列，体现了我公司作为国内最具竞争力的太阳能电池设备制造商的强大实力。

通过与太阳能生产企业的联合工艺摸索，帮助我公司填补了制绒工艺数据的空白，为今后设计研发出更有利于大规模生产线上应用的清洗设备奠定了坚实的基础。