RENA前后清洗工藝

什么是太陽能電池？

1.?太陽能電池的原理

太陽電池是利用光生伏特效應，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主要過程：第一，必須有光的照射，可以是單色光，太陽光或我們測試用的模擬太陽光源。第二，光子注入到半導體后，激發(fā)出電子—空穴對。這些電子空穴對必須有足夠的壽命保證不會在分離前被附和。第三，必須有個靜電場（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.?制造太陽能電池的基本工藝流程

二、前清洗（制絨）

1.?制絨工藝的分類：

制絨按工藝不同可分為堿制絨和酸制絨：

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

但是對于多晶硅，由于晶體排列方式雜亂，如果利用堿液，無法進行腐蝕得到良好的金字塔織構(gòu)化表面，此時只能用酸溶液進行各向同性腐蝕，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：

當入射光入射到一定角度的斜面，光會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，制絨后的硅片表面反射率要一般在20%~25%之間，此時得到的電性能較好。

在絨面硅片上制成PN結(jié)太陽電池，它有以下特點:

(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方向，不僅延長了光程，增加了對紅外光子的吸收，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)換效率也有相應提高。

(4)絨面也帶來了一些缺點:一是工藝要求提高了；二是由于它減反射的無選擇性，不能產(chǎn)生電子空穴對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去除硅片表面的機械損傷層（來自硅棒切割的物理損傷）

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，增加對太陽光的吸收，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槽，此外還有滾輪、排風系統(tǒng)、自動及手動補液系統(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.去除硅片表面的機械損傷層；

2.形成無規(guī)則絨面。

?

Alkaline Rinse：堿洗槽 。 所用溶液為KOH，作用：

1. 對形成的多孔硅表面進行清洗；

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，避免擴散后出現(xiàn)臟片。

②稱重

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

???2.要求每批測量4片。

???3.放測量片時，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：

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

產(chǎn)線上沒有充足的片源時，工藝要求:

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

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

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

前清洗到擴散的產(chǎn)品時間:

???最長不能超過4小時,時間過長硅片會污染氧化，到擴散污染爐管,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

擴散過程中，雖然采用背靠背擴散，硅片的邊緣將不可避免地擴散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區(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，由于在擴散過程中氧的通入，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原子進入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半導體，部分則留在了SiO2中形成PSG。

后清洗的目的就是進行濕法刻蝕和去除PSG。

2.濕法刻蝕原理:

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

邊緣刻蝕原理反應方程式：

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

3.刻蝕中容易產(chǎn)生的問題及檢測方法：

?1.刻蝕不足：邊緣漏電，Rsh下降，嚴重可導致失效

???檢測方法：測絕緣電阻

?2.過刻：正面金屬柵線與P型硅接觸，造成短路

???檢測方法：稱重及目測

SPC控制：當硅片從設(shè)備中流轉(zhuǎn)出來時，工藝需檢查硅片表面狀態(tài)，絨面無明顯斑跡，無藥液殘留。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2mm, 同時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)電子的復合，會導致少子壽命的降低，進而降低了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工序檢驗方法：

當硅片從HF槽出來時，觀察其表面是否脫水，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槽中適當補些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槽，此外還有滾輪、排風系統(tǒng)、自動及手動補液系統(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。

???注意擴散面須向上放置， 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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