晶体硅太阳电池制绒工艺解读

反应控制过程
氢气泡密度及大小 以及在硅片表面停 留的时间
决定金字塔形貌
• 温度越高腐蚀速度越快
• 溶液浓度越高腐蚀速度越快
• IPA浓度越高腐蚀速率越慢
• Na2SiO3浓度越高腐蚀速率越慢
• 工业中的腐蚀应使参数处于比较平缓的变化区域。以使
反应速度不致因为参数的微小变化造成较大的变化。
• IPA浓度应使用较低的水平，使反应速度控制在较理想
见
•硅棒切片后清洗工艺中的有机物沾污 •硅片表面的碳沾污 •硅棒切片时润滑剂的粘污
•硅片经过热碱处理后提出在空气中，时间过长会与空气
中的氧反应形成一层氧化层，这层氧化层一旦形成就很 难再清洗下去了。因此，在碱清洗后不能在空气中暴露 12秒以上。
• 硅片单面腐蚀厚度（腐蚀量） • 反射率 • 金字塔大小 • 白斑、雨点 • 划伤、划痕 • 花篮印 • 外观均匀性
7.2.1 去除在清洗过程中表面形成SiO2层
用HF去除SiO2层，反应为：
SiO 2 6HF H2[SiF6 ] 2H2O
总化学反应方程式为：
3Si 4HNO3 18HF 3H2[SiF6 ] 8H2O 4NO
5.1 单晶制绒影响因素分析
硅的腐蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、 溶液成分、浓度、温度、搅拌等Leabharlann Baidu数有关
5.1.1 影响因素
0%
5%
10%
• 当IPA的浓度从3%增加到10%时，反应速度会明显下降。
78℃
83℃
88℃
• 在同样的NaOH浓度下，当温度升高时，反应速度明显
加快。
• 多晶制绒反应的发生点为表面的缺陷点，如果过分完整
的表面反而无法制绒——水至清则无鱼。但是反过来，
制绒的情况也受表面状态影响很大，不容易控制。
2.1 单晶 碱制绒，利用单晶片各向异性的腐蚀特性由强碱对硅
片表面进行一系列的腐蚀。我司现在也在使用碱制绒，当 然也有某些公司用酸制绒做单晶。
主要化学药品为：氢氧化钠或氢氧化钾、异丙醇或乙 醇、硅酸钠或绒面添加剂
2.2 多晶
酸制绒，利用强腐蚀性酸混合液的各向同性的腐蚀特 性对硅片表面进行腐蚀。
主要化学药品为：硝酸、氢氟酸
腐 蚀 速 率
HNO3
• 使用HF、HNO3、H2O混合液
• HNO3在硅表面形成SiO2层
暗纹
• HF将氧化层除去
从而HF、HNO3两者形成竞争
外 HF 观
发亮
温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。
120秒
240秒
•在同样浓度下不同时间的对绒面的影响
6.1 硅片表面沾污的来源
•硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可
的区域（0.5~0.6μm/min），这样可以在金字塔的质量 和生产率之间找到一个平衡。
●腐蚀量同时间的关系
●腐蚀速率同时间的关系
以上各种颜色曲线是多次试验的不同浓度的统计
0.5%
1.5%
5.5%
• 当NaOH的浓度小于1.5%和大于4%时都会破坏金字塔结构。
• 在此范围间，增加NaOH浓度会稍微增加反应速度。
6.1.1 单晶工艺控制方法
6.1.2 怎样才是“好”的金字塔
•在制绒过程中有三个变量需要控制：
•IPA浓度 •KOH or NaOH 浓度 •硅酸盐浓度
•其他需要控制的因素：
•温度（高低和均匀性） •时间 •水流（搅动或鼓泡）
•要控制的结果：
•金字塔的大小 •金字塔的铺满程度 •表面的花片
关键：降低硅片表面及溶液的界面能
6.2.1 多晶工艺控制方法
7.酸清洗的作用
7.1 盐酸清洗的作用
7.1.1 中和残留在硅片表面的碱液 7.1.2 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Fe3+、
Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶 于水的络合物
7.2 氢氟酸清洗的作用
• 酸性溶剂有除油效果，因此多晶硅表面的制绒对于前期
硅片表面沾污不是很敏感。
• 酸性溶剂在表面如遇空气，很容易干躁形成氧化层的着
色现象，一旦着色很难再行清除。多晶硅在酸洗之后还
未经清水漂洗之前出水不应长于12秒。因此，最好使用
在线式连续清洗。
• 酸性溶剂的浓度和温度对于腐蚀速度的控制具有决定意
义，应严格控制。
3.1 单晶
3.1 多晶
4.制绒的化学原理
4.1 单晶
4.1.1 化学原理 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 成金字塔结构密布的表面形貌，就称为表面织构化。金 字塔的四面全是由〈111〉面包围形成。
4.1.2 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。
总反应化学方程式：
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2↑
副反应化学方程式：
Na2SiO3 + H2O → H2SiO3 + OHNa2SiO3 → (Na2O)x·(SiO2)y
硅被HNO3氧化，反应为：
3Si 4HNO3 3SiO 2 2H2O 4NO
• NaOH及异丙醇浓度 • 制绒槽内硅酸钠的累计量 • 制绒反应的温度 • 制绒反应时间的长短 • 槽体密封程度、异丙醇的挥发程度
NaOH浓度 反应温度
制绒的根本
NaSiO3浓度 IPA浓度
过程控制
搅拌或 鼓泡
提高溶液浓稠度， 控制反应速度
提高反应物疏运 速度，提高氢气 泡脱附作用
硅片表面原始状态，如：表面平整度、有 无油污、划伤及硅片厚度等
目录
1.制绒基础知识
1.1 什么是制绒
制绒是将硅表面进行预清洗并用强碱或强酸腐蚀成 类似金字塔状或蜂窝状结构的过程
1.2 制绒的作用
1.2.1 去除损伤层 1.2.2 形成减反射绒面（陷光结构）
1.3 制绒的目的
1.2.1 利用陷光原理，增加光的吸收，提高短路电流Isc 1.2.2 增加PN结的面积
三个方面实现：
•对来料检验较差的硅片表面进行预处理，如粗抛液、清
洗剂或强氧化剂。
•提高硅片表面的浸润能力，如增加IPA浓度或把硅片进
行酸或碱的腐蚀。
•减少溶液的张力，如绒面添加剂。添加剂有很多极性或
非极性的功能团来降低腐蚀液表面的张力。
6.2 多晶工艺控制参数
• 硅片厚度（腐蚀量、腐蚀速率） • 虫孔长宽比 • 亮斑 • 暗纹 • 表面平整度 • 表面洁净度（棕黄色斑迹）