1.晶体硅太阳能电池生产线刻蚀工序介绍

晶体硅太阳能电池生产线刻蚀工序介绍

一、刻蚀工序基本作用

目前常规太阳电池的生产流程如下：

刻蚀作为太阳电池生产中的第三道工序，其主要作用是去除扩散后硅片四周的N型硅，防止漏电。刻蚀一般情况下和去PSG联系在一起，去PSG 顾名思义，其作用是去掉扩散前的磷硅玻璃。反应方程式如下：

SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O

具体的刻蚀示意图如下：

二、刻蚀的基本分类以及一般工艺流程

目前，晶体硅太阳电池一般采用干法和湿法两种刻蚀方法。下面我们分开介绍两种刻蚀方法的差别：

1）干法刻蚀

干法刻蚀夜叫等离子刻蚀。即采用等离子体轰击的方法进行的刻蚀。

随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称为物质的三态。如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子

核对它的束缚，成为自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样，物质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混合物。这种混合物叫等离子体。它可以称为物质的第四态。等离子产生一般有三种方法：

具体到太阳能电池中，等离子刻蚀是采用高频辉光放电反应，即采用感应耦合的方式使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌（这是各向同性反应）。

下图为干法刻蚀的示意图：

干法刻蚀具体的工艺过程如下：

首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子，即CF4→CF3，CF2，CF，F，C以及它们的离子。

其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应（掺入O2，提高刻蚀速率）。具体的反应过程可参考下图：

在实际的太阳能电池的生产过程中，干法刻蚀中影响因素主要是CF4，O2的流量，辉光时间，辉光功率。

下面表格为常规的等离子刻蚀所用工艺。

干法刻蚀的一般生产流程如下：

1、禁止裸手接触硅片；

2、插片时注意硅片扩散方向，禁止插反；

3、刻蚀边缘在1mm左右；

4、刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜，滞留时间不超过1h。

2）湿法刻蚀

湿法刻蚀顾名思义，就是在刻蚀的过程中硅片表面是湿的，也就是使用化学品进行刻蚀的方法，大致的腐蚀机制是HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2。

下面为化学反应方程式：

3Si+4HNO3 →3SiO2+4NO+2H2O SiO2+4HF→SiF4+2H2O

SiF4 +2HF→H2SiF6

湿法刻蚀一般使用的是Rena的设备，其槽体根据功能不同分为入料段、

浓度、外围抽风、液面高度等。

针对刻蚀的效果，主要的检测工艺点有如下几个：

1、方阻上升在范围之内

2、减重在范围之内

3、刻蚀槽药液浸入边缘在范围之内

4、片子是否吹干，表面状况是否良好

相比干法刻蚀，湿法刻蚀具有如下优点：

1.避免使用有毒气体CF4。

2.背面更平整，背面反射率优于干刻，能更有效的利用长波增加Isc。被场更均匀，减少了背面复合，从而提高太阳能电池的V oc。

湿法刻蚀生产必须注意以下事项：

1、禁止裸手接触硅片；

2、上片时保持硅片间距40mm左右，扩散面朝上上片，禁止放反；

3、刻蚀边缘在1mm左右；

4、下片时注意硅片表面是否吹干；

5、刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜，滞留时间不超过1h。

三、刻蚀常用化学品以及注意事项：

四、刻蚀效果检测方法

刻蚀主要检测硅片的减薄量、上升的方阻、硅片边缘的PN型。

1、方阻上升：

所用仪器：四探针测试仪

方阻上升标准：方阻上升5个以内

2、减薄量：

所用仪器：电子天平

减薄量标准：多晶0.06-0.07克

3、硅片边缘的PN型：

所用仪器：冷热探针、三探针

边缘PN型：显示P型

作为最常用的检测方法，下面具体介绍一下冷热探针和三探针的检测原理：

冷热探针是利用热探针和N型半导体接触时，将传导电子流向温度较低的区域，使得热探针处电子缺少，因而其电势相对于同一材料上的室温触电而言将是正的。同样道理，P型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是负的。

三探针是利用探针与硅片表面形成整流接触（如右图），通入交流电，通过毫安表的偏转方向判断硅片的PN型。此法不适应于低阻的硅片，因为低阻硅片与探针形成的是欧姆接触。

五、刻蚀常见问题及解决方法

六、刻蚀未来工艺的发展方向

1.刻蚀发展方向：去PSG工序将与干法刻蚀合为一道工序，干法刻蚀将逐步被湿法刻蚀所取代。

2.湿法刻蚀最新设备：结合rena和kuttler设备的优点，既能避免黑边、方阻也不上升。