太阳能电池制绒培训

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
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3.制绒工艺流程
3.1 单晶
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3.1 多晶
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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。
现象：部分局域绒面较好，部 分区域较难腐蚀
原因：可能是来料原因
解决方法：
通常适当增加碱和IPA的浓度可 以解决，但是具体量视实际情 况而定。
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9.1.9 表面腐蚀不均匀
现象：部分局域表面发白，有 彗星现象发生
原因：IPA偏少
解决方法：
通常适当IPA的浓度可以解决， 具体量视实际情况而定。
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。
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5.1.6 IPA浓度对金字塔的影响
0% 5% 10% • 当IPA的浓度从3%增加到10%时，反应速度会明显下降。
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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。
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5.1.4 制绒腐蚀速率、腐蚀量同时间的关系
●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
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5.1.5 NaOH浓度对金字塔的影响
5.1.7 温度对金字塔的影响
78℃
加快。
83℃
88℃
• 在同样的NaOH浓度下，当温度升高时，反应速度明显
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5.2 多晶制绒影响因素分析
• 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。 • 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。
8.4 关机注意事项
8.4.1 由自动变为手动的时候，一定要注意机械臂运行情 况，是否在操作，必须要自动运行状态改为待机后再由 待机改为手动状态，并且机械臂上没有花篮才可以关机； 8.4.2 关机前要求所有的槽体都用水枪清洗一遍； 8.4.3 关机后也要注意将加药的天平、称片天平和显微镜 的电源关闭。
•要控制的结果：
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6.1.3 怎样才能做到“好”的金字塔 关键：降低硅片表面及溶液的界面能 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
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
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2.制绒工艺分类
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
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6.1.1 单晶工艺控制方法
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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） •金字塔的大小 •金字塔的铺满程度 •表面的花片
8.2 开机注意事项
8.2.1 检查制绒设备的所有急停按钮是否都在断开状态； 8.2.2 开机后观察PLC面板上是否有报警信息； 8.2.3 检查纯水的电阻率，大于17.5Mohm-cm。
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8.3 关机流程
先将自动开关变为手动状态，然后在制绒设备电柜 中关闭PLC控制开关，再关闭24V转换电源开关和控制电 源，然后关闭各个加热器和机械臂驱动电源。
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5.2.1 湿法各相同性腐蚀
腐 蚀 速 率
HNO3
暗纹
• 使用HF、HNO3、H2O混合液 • HNO3在硅表面形成SiO2层 • HF将氧化层除去
从而HF、HNO3两者形成竞争
HF 外 观
发亮
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5.2.2 温度对腐蚀速度和反射率的影响 温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。
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9.1.10 表面无绒面
现象：表面基本无绒面，有流 星雨现象发生
原因：来料、表面有杂质阻止 制绒腐蚀 解决方法： 1、通常适当增加碱液浓度可以 解决，具体量视实际情况而定； 2、增加预清洗浓度。
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5.影响制绒的因素
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、搅拌等参数有关 5.1.1 影响因素
• 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
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9.单晶绒面不良的分析及措施
9.1 绒面不良分析
1、表面污点（包括手指印、残留物-IPA/NaOH/NaSiO3、 外来杂质、花篮印、水纹）； 2、表面发白； 3、表面发亮； 4、表面有规则的闪光； 5、表面有彗星现象； 6、表面无绒面； 7、表面绒面不均匀。
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非极性的功能团来降低腐蚀液表面的张力。
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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）
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6.2.1 多晶工艺控制方法
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7.酸清洗的作用
9.1.1 表面手印
现象：表面有指纹残留 原因：在切片清洗过程中或包 装时人为的接触硅片 解决方法： 1、IPA可以起到一定效果，但 是不能杜绝； 2、预清洗也能有一定的效果， 但也不能百分百处理干净。
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9.1.2 表面药液残留
现象：表面有大量的药液残留
原因：IPA加入过多 解决方法：重新制绒。
3Si 4HNO 3SiO2 2H2O 4NO 3
用HF去除SiO2层，反应为：
SiO2 6HF H 2 [SiF ] 2H2 O 6
总化学反应方程式为：
3Si 4HNO3 18HF 3H2 [SiF6 ] 8H2O 4NO
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5.2.3 时间对表面形貌的影响
120秒
240秒
•在同样浓度下不同时间的对绒面的影响
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6.制绒工艺控制
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
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
SiO2 6HF H 2 SiF6 2H 2O
7.2.2 氢氟酸是良好的脱水剂，起到预脱水的作用
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8.现有单晶制绒设备开关机注意事项
8.1 开机流程
先在制绒设备电柜中打开24V转换电源开关和控制电 源，然后打开各需要打开的加热器及6个机械臂驱动电源， 最后打开PLC控制开关。
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目
录
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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
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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）
解决方法：
1、适当降低制绒液浓度； 2、适当减少制绒时间。
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9.1.7 制绒不良
现象：表面出现规则的制绒不 良、同一整批都有
原因：可能是来料原因
解决方法：
1、适当增加制绒液浓度； 2、适当增加制绒时间；
3、相应加大预清洗浓度。
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9.1.8 表面发亮且有雨点
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9.1.3 表面污染
现象：同一批片子相同位置有 一些类似于油污一样的污渍
原因：来料问题，可能于切片 后干燥处理有关系或者是包装 时引入 解决方法： 1、与硅片厂家协商； 2、加大预清洗浓度； 3、重新制绒。
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9.1.4 表面污渍
现象：制绒后表面有污渍
原因：制绒后反应物残留 解决方法：
1、加大预清洗浓度；
2、重新制绒。
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9.1.5 表面发白
现象：表面发白
原因：制绒时间或浓度不够 解决方法：
1、加大制绒液浓度；
2、重新制绒。
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9.1.6 表面发亮
现象：表面发亮、发沙
原因：制绒时间过长或制绒液 浓度过高
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
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7.2 氢氟酸清洗的作用
7.2.1 去除在清洗过程中表面形成SiO2层
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总反应化学方程式：
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2↑
副反应化学方程式：
Na2SiO3 + H2O → H2SiO3 + OH
Na2SiO3 → (Na2O)x· 2)y (SiO
-
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4.2 多晶
硅被HNO3氧化，反应为：
5.1.2 各个因素作用
NaOH浓度
制绒的根本 反应温度 NaSiO3浓度 IPA浓度
反应控制过程
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
氢气泡密度及大小 以及在硅片表面停 留的时间
过程控制
搅拌或 鼓泡
决定金字塔形貌
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
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5.1.3 各个因素影响单晶制绒的规律
• 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
•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。
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6.2 单晶工艺控制参数
• • • • • • •
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