RENA前后清洗工藝

什么是太陽(yáng)能電池？

1.?太陽(yáng)能電池的原理

太陽(yáng)電池是利用光生伏特效應(yīng)，把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。

它的工作原理可以概括成下面幾個(gè)主要過(guò)程：第一，必須有光的照射，可以是單色光，太陽(yáng)光或我們測(cè)試用的模擬太陽(yáng)光源。第二，光子注入到半導(dǎo)體后，激發(fā)出電子—空穴對(duì)。這些電子空穴對(duì)必須有足夠的壽命保證不會(huì)在分離前被附和。第三，必須有個(gè)靜電場(chǎng)（PN結(jié)），起分離電子空穴的作用。第四，被分離的電子空穴，經(jīng)電極收集輸出到電池體外，形成電流。

2.?制造太陽(yáng)能電池的基本工藝流程

二、前清洗（制絨）

1.?制絨工藝的分類(lèi)：

制絨按工藝不同可分為堿制絨和酸制絨：

????利用堿溶液對(duì)單晶硅不同晶面有不同的腐蝕速率（各向異性腐蝕），對(duì)（100）面腐蝕快，對(duì)（111）面腐蝕慢。如果將(100)作為電池的表面，經(jīng)過(guò)腐蝕、在表面會(huì)出現(xiàn)以 (111)面形成的錐體密布表面（金字塔狀），稱(chēng)為表面織構(gòu)化。

但是對(duì)于多晶硅，由于晶體排列方式雜亂，如果利用堿液，無(wú)法進(jìn)行腐蝕得到良好的金字塔織構(gòu)化表面，此時(shí)只能用酸溶液進(jìn)行各向同性腐蝕，獲得表面存在許多凹坑的表面結(jié)構(gòu)，也能起到良好的陷光作用。

2.?陷光原理：

當(dāng)入射光入射到一定角度的斜面，光會(huì)反射到另一角度的斜面形成二次吸收或者多次吸收，從而增加吸收率。

腐蝕深度在4.4± 0.4μm 時(shí)，制絨后的硅片表面反射率要一般在20%~25%之間，此時(shí)得到的電性能較好。

在絨面硅片上制成PN結(jié)太陽(yáng)電池，它有以下特點(diǎn):

(l)絨面電池比光面電池的反射損失小，如果再加減反射膜，其反射率可進(jìn)一步降低。

(2)入射光在光錐表面多次折射，改變了入射光在硅中的前進(jìn)方向，不僅延長(zhǎng)了光程，增加了對(duì)紅外光子的吸收，而且有較多的光子在靠近PN結(jié)附近產(chǎn)生光生載流子，從而增加了光生載流子的收集幾率。

(3)在同樣尺寸的基片上，絨面電池的PN結(jié)面積比光面大得多，因而可以提高短路電流，轉(zhuǎn)換效率也有相應(yīng)提高。

(4)絨面也帶來(lái)了一些缺點(diǎn):一是工藝要求提高了；二是由于它減反射的無(wú)選擇性，不能產(chǎn)生電子空穴對(duì)的有害紅外輻射也被有效地耦合入電池，使電池發(fā)熱；三是易造成金屬接觸電極與硅片表面的點(diǎn)接觸，使接觸電阻損耗增加。

三、RENA ?Intex前清洗（酸制絨）工藝

1.?RENA前清洗工序的目的：

①去除硅片表面的機(jī)械損傷層（來(lái)自硅棒切割的物理?yè)p傷）

②清除表面油污（利用HF）和金屬雜質(zhì)（利用HCl）

③形成起伏不平的絨面，增加對(duì)太陽(yáng)光的吸收，增加PN結(jié)面積，提高短路電流（Isc），最終提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。

2.?設(shè)備構(gòu)造

前清洗工藝步驟： ?制絨→堿洗 →酸洗→吹干

???RENA Intex前清洗設(shè)備的主體分為以下八個(gè)槽，此外還有滾輪、排風(fēng)系統(tǒng)、自動(dòng)及手動(dòng)補(bǔ)液系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)等。

Etch bath：刻蝕槽，用于制絨。 所用溶液為HF+HNO3 ，作用：

1.去除硅片表面的機(jī)械損傷層；

2.形成無(wú)規(guī)則絨面。

?

Alkaline Rinse：堿洗槽 。 所用溶液為KOH，作用：

1. 對(duì)形成的多孔硅表面進(jìn)行清洗；

2.中和前道刻蝕后殘留在硅片表面的酸液。

?

Acidic Rinse：酸洗槽 。 所用溶液為HCl+HF，作用：

1.中和前道堿洗后殘留在硅片表面的堿液；

2.HF可去除硅片表面氧化層（SiO2），形成疏水表面，便于吹干；

3.HCl中的Cl-有攜帶金屬離子的能力，可以用于去除硅片表面金屬離子。

?

3.?酸制絨工藝涉及的反應(yīng)方程式:

HNO3+Si=SiO2+NOx↑+H2O ??

?SiO2+ 4HF=SiF4+2H2O ???????????

?SiF4+2HF=H2[SiF6]

?Si+2KOH+H2O →K2SiO3 +2H2

?NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

?Si + HNO2 = SiO2 ?+ NO +H2O

?HNO3 + NO + H2O = HNO2

四、前清洗工序工藝要求

①片子表面5S控制

??不容許用手摸片子的表片，要勤換手套，避免擴(kuò)散后出現(xiàn)臟片。

②稱(chēng)重

???1.每批片子的腐蝕深度都要檢測(cè)，不允許編造數(shù)據(jù)，搞混批次等。

???2.要求每批測(cè)量4片。

???3.放測(cè)量片時(shí)，把握均衡原則。如第一批放在1.3.5.7道，下一批則放在2.4.6.8道，便于檢測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性以及溶液的均勻性。

刻蝕槽液面的注意事項(xiàng)：

???正常情況下液面均處于綠色，如果一旦在流片過(guò)程中顏色改變，立即通知工藝人員。

產(chǎn)線(xiàn)上沒(méi)有充足的片源時(shí)，工藝要求:

???1.停機(jī)1小時(shí)以上，要將刻蝕槽的藥液排到tank，減少藥液的揮發(fā)。

???2.停機(jī)15分鐘以上要用水槍沖洗堿槽噴淋及風(fēng)刀，以防酸堿形成的結(jié)晶鹽堵塞噴淋口及風(fēng)刀。

???3.停機(jī)1h以上，要跑假片，至少一批（400片）且要在生產(chǎn)前半小時(shí)用水槍沖洗風(fēng)刀處的滾輪，杜絕制絨后的片子有滾輪印。

前清洗到擴(kuò)散的產(chǎn)品時(shí)間:

???最長(zhǎng)不能超過(guò)4小時(shí),時(shí)間過(guò)長(zhǎng)硅片會(huì)污染氧化，到擴(kuò)散污染爐管,從 而影響后面的電性能及效率

五、RENA ?InOxSide后清洗工藝

1.?后清洗的目與原理

擴(kuò)散過(guò)程中，雖然采用背靠背擴(kuò)散，硅片的邊緣將不可避免地?cái)U(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并聯(lián)電阻。

同時(shí)，由于在擴(kuò)散過(guò)程中氧的通入，在硅片表面形成一層二氧化硅，在高溫下POCl3與O2形成的P2O5，部分P原子進(jìn)入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半導(dǎo)體，部分則留在了SiO2中形成PSG。

后清洗的目的就是進(jìn)行濕法刻蝕和去除PSG。

2.濕法刻蝕原理:

利用HNO3和HF的混合液體對(duì)擴(kuò)散后硅片下表面和邊緣進(jìn)行腐蝕,去除邊緣的N型硅,使得硅片的上下表面相互絕緣。

邊緣刻蝕原理反應(yīng)方程式：

3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O

3.刻蝕中容易產(chǎn)生的問(wèn)題及檢測(cè)方法：

?1.刻蝕不足：邊緣漏電，Rsh下降，嚴(yán)重可導(dǎo)致失效

???檢測(cè)方法：測(cè)絕緣電阻

?2.過(guò)刻：正面金屬柵線(xiàn)與P型硅接觸，造成短路

???檢測(cè)方法：稱(chēng)重及目測(cè)

SPC控制：當(dāng)硅片從設(shè)備中流轉(zhuǎn)出來(lái)時(shí)，工藝需檢查硅片表面狀態(tài)，絨面無(wú)明顯斑跡，無(wú)藥液殘留。125單晶該工序產(chǎn)品單要求面腐蝕深度控制在0.8～1.6μm范圍之內(nèi),且硅片表面刻蝕寬度不超過(guò)2mm, 同時(shí)需要保證刻蝕邊緣絕緣電阻大于1K歐姆。

4.去除磷硅玻璃的目的：

1) 磷硅玻璃的存在使得硅片在空氣中表面容易受潮，導(dǎo)致電流的降低和功率的衰減。

2) 死層的存在大大增加了發(fā)射區(qū)電子的復(fù)合，會(huì)導(dǎo)致少子壽命的降低，進(jìn)而降低了Voc和Isc。

3) 磷硅玻璃的存在使得PECVD后產(chǎn)生色差。

去PSG原理方程式： ?

????????????????????SiO2+4HF=SiF4+2H2O

????????????????????SiF4+2HF=H2[SiF6] ??????

????????????????????SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O

去PSG工序檢驗(yàn)方法：

當(dāng)硅片從HF槽出來(lái)時(shí)，觀(guān)察其表面是否脫水，如果脫水，則表明磷硅玻璃已去除干凈；如果表面還沾有水珠，則表明磷硅玻璃未被去除干凈，可在HF槽中適當(dāng)補(bǔ)些HF。

5.后清洗設(shè)備構(gòu)造

后清洗工藝步驟： ?邊緣刻蝕→堿洗 →酸洗→吹干

RENA InOxSide后清洗設(shè)備的主體分為以下七個(gè)槽，此外還有滾輪、排風(fēng)系統(tǒng)、自動(dòng)及手動(dòng)補(bǔ)液系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)等。

Etch bath：刻蝕槽，用于邊緣刻蝕。 所用溶液為HF+HNO3+H2SO4，

作用：邊緣刻蝕，除去邊緣PN結(jié)，使電流朝同一方向流動(dòng)。

???注意擴(kuò)散面須向上放置， H2SO4的作用主要是增大液體浮力，使硅片很好的浮于反應(yīng)液上（僅上邊緣2mm左右和下表面與液體接觸）。

Alkaline Rinse：堿洗槽 。 所用溶液為KOH，

作用：中和前道刻蝕后殘留在硅片表面的酸液。

HF Bath：HF酸槽 。 所用溶液為HF，

作用：中和前道堿洗后殘留在硅片表面的堿液；去PSG

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