晶体硅太阳电池制绒工艺解读
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* 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 • 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。
南安市三晶阳光电力有限公司
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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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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78℃
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目录
南安市三晶阳光电力有限公司
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
南安市三晶阳光电力有限公司
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
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
南安市三晶阳光电力有限公司
NaOH浓度 反应温度
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。
南安市三晶阳光电力有限公司
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
南安市三晶阳光电力有限公司
硅被HNO3氧化，反应为：
3Si 4HNO3 3SiO2 2H2O 4NO
用HF去除SiO2层，反应为：
SiO2 6HF H2[SiF6 ] 2H2O
总化学反应方程式为：
3Si 4HNO3 18HF 3H2[SiF6 ] 8H2O 4NO
南安市三晶阳光电力有限公司
南安市三晶阳光电力有限公司
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。
83℃
88℃
• 在同样的NaOH浓度下，当温度升高时，反应速度明显
加快。
南安市三晶阳光电力有限公司
• 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。
•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
南安市三晶阳光电力有限公司
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
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
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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wk.baidu.com
●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
制绒的根本
NaSiO3浓度 IPA浓度
提高溶液浓稠度， 控制反应速度
过程控制
搅拌或 鼓泡
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
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
南安市三晶阳光电力有限公司
• 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
• 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
南安市三晶阳光电力有限公司 温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。
南安市三晶阳光电力有限公司
120秒
240秒
* 在同样浓度下不同时间的对绒面的影响
南安市三晶阳光电力有限公司
6.1 硅片表面沾污的来源
• 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。
南安市三晶阳光电力有限公司
腐 蚀 速 率
HNO3
• 使用HF、HNO3、H2O混合液
主要化学药品为：硝酸、氢氟酸
南安市三晶阳光电力有限公司 3.1 单晶
南安市三晶阳光电力有限公司
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
南安市三晶阳光电力有限公司
• 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
南安市三晶阳光电力有限公司 6.1.1 单晶工艺控制方法
南安市三晶阳光电力有限公司
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：
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。
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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%
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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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）
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
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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NaOH浓度 反应温度
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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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
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硅被HNO3氧化，反应为：
3Si 4HNO3 3SiO2 2H2O 4NO
用HF去除SiO2层，反应为：
SiO2 6HF H2[SiF6 ] 2H2O
总化学反应方程式为：
3Si 4HNO3 18HF 3H2[SiF6 ] 8H2O 4NO
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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。
83℃
88℃
• 在同样的NaOH浓度下，当温度升高时，反应速度明显
加快。
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• 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。
•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
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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
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
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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●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
制绒的根本
NaSiO3浓度 IPA浓度
提高溶液浓稠度， 控制反应速度
过程控制
搅拌或 鼓泡
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
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
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• 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
• 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
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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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6.1 硅片表面沾污的来源
• 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。
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腐 蚀 速 率
HNO3
• 使用HF、HNO3、H2O混合液
主要化学药品为：硝酸、氢氟酸
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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
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• 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
南安市三晶阳光电力有限公司 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：