光伏電池制備工藝

1、 當(dāng)照射在當(dāng)照射在PN結(jié)上的光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度結(jié)上的光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg時(shí)，價(jià)帶頂時(shí)，價(jià)帶頂?shù)碾娮訒?huì)躍遷到導(dǎo)帶底，在的電子會(huì)躍遷到導(dǎo)帶底，在PN結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子向結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子向N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體遷移，空穴向體遷移，空穴向P 型半導(dǎo)體遷移，從而實(shí)現(xiàn)電子型半導(dǎo)體遷移，從而實(shí)現(xiàn)電子-空穴的分離，產(chǎn)生電空穴的分離，產(chǎn)生電動(dòng)勢。動(dòng)勢。PNIph上電極下電極光生電動(dòng)勢U第一章光伏電池制備的準(zhǔn)備光伏電池發(fā)電原理光伏電池發(fā)電原理v分離的結(jié)果分離的結(jié)果：v 1. 1. 電子移向電子移向N區(qū)，區(qū)， 空穴移向空穴移向P區(qū)，區(qū)，帶電載流子的定向移動(dòng)帶電載流子的定向移動(dòng)出現(xiàn)光生電流出

2、現(xiàn)光生電流I IL L；v 在在PNPN結(jié)內(nèi)部，電流的方向：結(jié)內(nèi)部，電流的方向：N N P P。 2. 2. 在在N N區(qū)邊界將積累電子，在區(qū)邊界將積累電子，在P P區(qū)邊界積累空穴，產(chǎn)區(qū)邊界積累空穴，產(chǎn)生了一個(gè)與平衡生了一個(gè)與平衡PNPN結(jié)內(nèi)建電場相反的光生電場，其方向相當(dāng)結(jié)內(nèi)建電場相反的光生電場，其方向相當(dāng)于外接正向偏壓，即于外接正向偏壓，即P P區(qū)接正，區(qū)接正，N N區(qū)接負(fù)。若內(nèi)建電場強(qiáng)度為區(qū)接負(fù)。若內(nèi)建電場強(qiáng)度為V V0 0，光生電勢為，光生電勢為V V，則空間電荷區(qū)的勢壘高低降低為，則空間電荷區(qū)的勢壘高低降低為e(Ve(V0 0-V)-V)。 由于光照使得由于光照使得PNPN結(jié)兩端結(jié)兩

3、端形成的光生電動(dòng)勢也相當(dāng)于在形成的光生電動(dòng)勢也相當(dāng)于在PNPN結(jié)兩端加上了一個(gè)正向電壓（結(jié)兩端加上了一個(gè)正向電壓（P P區(qū)接正，區(qū)接正，N N區(qū)接負(fù)），因此有區(qū)接負(fù)），因此有了正向電流了正向電流I IF F；該正向電流的方向：；該正向電流的方向：P P NN，與光生電流方，與光生電流方向相反向相反，會(huì)抵消部分，會(huì)抵消部分p-np-n結(jié)產(chǎn)生的光生電流使得提供給外電結(jié)產(chǎn)生的光生電流使得提供給外電路的電流減小，所以又把正向電流稱為暗電流。路的電流減小，所以又把正向電流稱為暗電流。 太陽電池的性能表征太陽電池的性能表征 1. 1. 光生電動(dòng)勢光生電動(dòng)勢PP正正N N負(fù)，相當(dāng)于在負(fù)，相當(dāng)于在PNPN結(jié)上

4、結(jié)上加上正向電壓加上正向電壓 2. 2. 光生電流光生電流I IL LN N P P 3. 3. 正向電流正向電流I IF FP P NN一、太陽電池模型一、太陽電池模型 在入射光的作用下，產(chǎn)生光生電壓為在入射光的作用下，產(chǎn)生光生電壓為U U、光生電流為、光生電流為I IL L。在。在PNPN結(jié)兩端通過負(fù)載結(jié)兩端通過負(fù)載R RL L構(gòu)成的回路及等效電路為構(gòu)成的回路及等效電路為LRIU太陽電池的模型太陽電池的模型LRLIFIIU太陽電池工作時(shí)必須具備下述條件太陽電池工作時(shí)必須具備下述條件 首首先，先，必必須須有有光光的的照照射，射，可可以以是是單單色色光、光、太太陽陽光光或或模模擬擬太太陽陽光光

5、等等，光光子子的的能能量量一一定定要要大大于于等等于于禁禁帶帶寬寬度度。 其其次，次，光光子子注注入入到到半半導(dǎo)導(dǎo)體體內(nèi)內(nèi)后，后，激激發(fā)發(fā)出出電電子子- -空空穴穴對，對，這這些些電電子子和和空空穴穴應(yīng)應(yīng)該該有有足足夠夠長長的的壽壽命，命，在在分分離離之之前前不不會(huì)會(huì)完完全全復(fù)復(fù)合合消消失失。 第第三，三，必必須須有有一一個(gè)個(gè)靜靜電電場，場，電電子子- -空空穴穴在在靜靜電電場場的的作作用用下下分分離，離，電電子子集集中中在在一一邊，邊，空空穴穴集集中中在在另另一一邊。邊。 第第四，四，被被分分離離的的電電子子和和空空穴穴由由電電極極收收集，集，輸輸出出到到太太陽陽電電池池外，外，形形成成電電

6、流流太陽電池的結(jié)構(gòu)太陽電池的結(jié)構(gòu)N+P減反層減反層 正面電極正面電極正電極正電極鋁背場鋁背場負(fù)電極主柵線負(fù)電極主柵線負(fù)電極子?xùn)啪€負(fù)電極子?xùn)啪€PN結(jié)結(jié)背面電極背面電極晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈流程晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈流程高純硅料高純硅料pure silicon raw material硅錠硅錠Ingot硅塊硅塊Bricks硅片硅片Wafers電池片電池片solar cell電池組件電池組件module硅礦石硅礦石Silicon ore電池發(fā)電系統(tǒng)電池發(fā)電系統(tǒng)solar system冶金硅料冶金硅料Metallurgical silicon10分選測試分選測試一次清洗、制絨一次清洗、制絨二次清洗二次清洗燒結(jié)燒結(jié)印刷

7、電極印刷電極PECVD等離子刻蝕等離子刻蝕檢驗(yàn)入庫檢驗(yàn)入庫擴(kuò)散擴(kuò)散 任務(wù)三：硅片分檢標(biāo)準(zhǔn) 硅硅片片分分檢檢主主要要從從以以下下3 3個(gè)個(gè)方方面面進(jìn)進(jìn)行：行：尺尺寸、寸、外外觀、觀、性性能；能；在在本本課課中中以以1 15 56 6m mm m1 15 56 6m mm m為為例。例。 尺尺寸寸主主要要從從邊邊長、長、倒倒角、角、對對角角線、線、厚厚度度等等幾幾個(gè)個(gè)方方面面進(jìn)進(jìn)行行衡衡量。量。 邊長 常見常見156mm156mm156mm156mm的單晶硅片、多晶硅片的單晶硅片、多晶硅片的邊寬要求為：的邊寬要求為：1561560.5mm0.5mm倒角 倒角主要是指晶片邊倒角主要是指晶片邊緣通過研

8、磨或腐蝕整形加緣通過研磨或腐蝕整形加工成一定角度，以消除晶工成一定角度，以消除晶片邊緣尖銳狀態(tài)，避免在片邊緣尖銳狀態(tài)，避免在后序加工中造成邊緣損失，后序加工中造成邊緣損失，可防止晶片邊緣破裂、防可防止晶片邊緣破裂、防止熱應(yīng)力集中，并增加薄止熱應(yīng)力集中，并增加薄膜層在晶片邊緣的平坦度。膜層在晶片邊緣的平坦度。 常見常見156mm156mm156mm156mm多多晶硅片倒角的要求為晶硅片倒角的要求為0.52mm 0.52mm 、45450 010100 0（如圖；（如圖；單晶硅片的要求為單晶硅片的要求為90900 03 30 0。對角線 常常見見1 15 56 6m mm m1 15 56 6m

9、mm m的的單單晶晶硅硅片片與與多多晶晶硅硅片片的的對對角角線線要要求求為為2 20 00 00.0.3 3m mm m厚度 常見常見156mm156mm156mm156mm的單晶硅片、多晶硅片的單晶硅片、多晶硅片的厚度為的厚度為200m200m，厚度，厚度范圍為范圍為20020020m20m（如（如圖所示）圖所示）注意： 尺尺寸寸分分選選的的目目的的在在于于檢檢測測硅硅塊塊開開方、方、倒倒角角和和切切片片中中出出現(xiàn)現(xiàn)的的缺缺陷，陷，以以避避免免出出現(xiàn)現(xiàn)尺尺寸寸偏偏大大或或偏偏??；?。?采采用用抽抽檢檢的的方方式式或或進(jìn)進(jìn)行行檢檢測，測，每每一一支支晶晶棒、棒、硅硅塊塊抽抽5 51 10 0片

10、片進(jìn)進(jìn)行行檢檢測；測； 測測量量工工具：具：游游標(biāo)標(biāo)卡卡尺、尺、同同心心刻刻度度模模板、板、非非接接觸觸厚厚度度測測試試儀。儀。外觀分檢 1 1）破破片片 2 2）線線痕痕 3 3）裂裂紋紋 4 4）缺缺角角 5 5）翹翹曲曲度度 6 6）彎彎曲曲度度 7 7）針針孔孔8 8）微微晶晶9 9）缺缺口口 1 10 0）崩崩邊邊 1 11 1）污污物物破片 主要是觀察硅片是否有主要是觀察硅片是否有破損情況，如有破損則破損情況，如有破損則不能使用，破損的硅片不能使用，破損的硅片如圖如圖線痕 硅塊在多線切割時(shí)，在硅硅塊在多線切割時(shí)，在硅片表面留下的一系列條狀片表面留下的一系列條狀凸紋和凹紋交替形狀的不

11、凸紋和凹紋交替形狀的不規(guī)則線痕。常見的線痕主規(guī)則線痕。常見的線痕主要有短線焊線后線痕、密要有短線焊線后線痕、密集線痕、普通線痕、凹痕、集線痕、普通線痕、凹痕、凸痕、凹凸很、亮線、臺(tái)凸痕、凹凸很、亮線、臺(tái)階等。在階等。在156156156mm156mm的硅的硅片中，線痕的要求是片中，線痕的要求是10m10m。常見的線痕問題。常見的線痕問題及晶片線痕要求如圖及晶片線痕要求如圖線痕說明 硅片上有明顯的發(fā)亮的線痕，將該類線痕稱之硅片上有明顯的發(fā)亮的線痕，將該類線痕稱之為亮線。對于亮線的規(guī)格要求，只考亮線的粗糙度，為亮線。對于亮線的規(guī)格要求，只考亮線的粗糙度，不考慮亮線的條數(shù)。規(guī)格不考慮亮線的條數(shù)。規(guī)格

12、10m10m。裂紋 有裂紋的硅片，主要是有裂紋的硅片，主要是裂紋易延伸到晶片表面、裂紋易延伸到晶片表面、造成晶片的解理或斷裂，造成晶片的解理或斷裂，也可能沒有穿過晶片的也可能沒有穿過晶片的整個(gè)厚度，但造成晶片整個(gè)厚度，但造成晶片的破片。常見有裂紋的的破片。常見有裂紋的晶片如圖晶片如圖缺角缺角 缺角主要是由于倒角、缺角主要是由于倒角、切片、清洗等工藝過程切片、清洗等工藝過程中所造成。常見的缺角中所造成。常見的缺角不良品如圖不良品如圖翹曲度翹曲度 翹曲度指的是硅片中位面與翹曲度指的是硅片中位面與基準(zhǔn)面最大最小距離的差距的基準(zhǔn)面最大最小距離的差距的差值。翹曲度過大的硅片在組差值。翹曲度過大的硅片在組

13、件層壓工藝中易碎片，硅片翹件層壓工藝中易碎片，硅片翹曲度的要求一般為曲度的要求一般為50m50m。有翹曲度的硅片及翹曲度的測有翹曲度的硅片及翹曲度的測量工具如圖量工具如圖中位面中位面與硅片上表面和下表面等距與硅片上表面和下表面等距離的面離的面彎曲度 彎曲度是硅片中心面明顯彎曲度是硅片中心面明顯凹凸形變的一種變量，彎凹凸形變的一種變量，彎曲度過大的硅片在組件層曲度過大的硅片在組件層壓工藝中易碎片，對于壓工藝中易碎片，對于156156156mm156mm硅片的要求一硅片的要求一般為般為75m75m。彎曲的硅片。彎曲的硅片與檢測工具如圖與檢測工具如圖： 彎曲度彎曲度硅片中心偏硅片中心偏離基準(zhǔn)平面的距

14、離。離基準(zhǔn)平面的距離。針孔針孔 材料在長晶時(shí)，材料在長晶時(shí)，混有微小的金屬雜質(zhì)，這混有微小的金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在長晶過程中進(jìn)入些雜質(zhì)在長晶過程中進(jìn)入晶體，切片后在制絨階段晶體，切片后在制絨階段雜質(zhì)被腐蝕掉，出現(xiàn)針孔。雜質(zhì)被腐蝕掉，出現(xiàn)針孔。對于硅片的要求應(yīng)該無針對于硅片的要求應(yīng)該無針孔。不良品如圖孔。不良品如圖微晶微晶 微晶是指每顆晶粒只由幾千個(gè)或幾萬個(gè)晶胞并置微晶是指每顆晶粒只由幾千個(gè)或幾萬個(gè)晶胞并置而成的晶體，從一個(gè)晶軸的方向來說這種晶體只重復(fù)了而成的晶體，從一個(gè)晶軸的方向來說這種晶體只重復(fù)了約幾十個(gè)周期。對于多晶硅片、單晶硅片微晶常常表現(xiàn)約幾十個(gè)周期。對于多晶硅片、單晶硅片微晶常常表現(xiàn)為

15、微晶脫落，對于硅片的要求為微晶脫落不能超過兩處。為微晶脫落，對于硅片的要求為微晶脫落不能超過兩處。如圖如圖1-151-15所示的具有微晶現(xiàn)象的多晶硅片，此圖中的微所示的具有微晶現(xiàn)象的多晶硅片，此圖中的微晶面積晶面積2cm2cm2 2、晶粒數(shù)超過了、晶粒數(shù)超過了1010個(gè)，個(gè)，1cm1cm長度上的晶粒數(shù)長度上的晶粒數(shù)超過了超過了1010個(gè)。個(gè)。缺口缺口 缺口一般在硅片的邊緣缺口一般在硅片的邊緣與倒角處，常見的為上與倒角處，常見的為上下貫穿邊緣的缺損。常下貫穿邊緣的缺損。常見如圖見如圖崩邊崩邊 崩邊一般為晶片表面或邊崩邊一般為晶片表面或邊緣非有意地造成脫落材料緣非有意地造成脫落材料的區(qū)域，由傳送或

16、放置樣的區(qū)域，由傳送或放置樣品等操作所引起的，崩邊品等操作所引起的，崩邊的尺寸由樣品外形的正投的尺寸由樣品外形的正投影上所測量的最大徑向深影上所測量的最大徑向深度和圓周弦長確定。對于度和圓周弦長確定。對于常見常見156156156mm156mm的硅片，的硅片，崩邊的要求為：崩邊個(gè)數(shù)崩邊的要求為：崩邊個(gè)數(shù)2 2個(gè)、深度個(gè)、深度0.3mm0.3mm、長、長度度0.5mm0.5mm。常見有崩邊的。常見有崩邊的硅片如圖硅片如圖連續(xù)性崩邊的片子污物污物 污污物物一一般般為為半半導(dǎo)導(dǎo)體體晶晶片片上上的的塵塵埃、埃、晶晶片片表表面面的的污污染染物，物，且且不不能能用用預(yù)預(yù)檢檢查查溶溶劑劑清清洗洗去去除。除。

17、對對于于晶晶片片的的要要求求為為無無污污物。物。常常見見有有污污物物的的晶晶片片如如圖圖所所示，示，圖圖a a臟臟污污片片雜雜質(zhì)質(zhì)的的主主要要是是氮氮化化硅硅和和碳碳化化硅、硅、圖圖b b臟臟污污片片雜雜質(zhì)質(zhì)主主要要是是水水痕痕等，等，對對于于圖圖a a、b b中中的的臟臟污污片片均均是是不不合合格格的的晶晶片。片。（a a）含有氮化硅、碳化硅的臟污片）含有氮化硅、碳化硅的臟污片（b b）水痕雜質(zhì)臟污片）水痕雜質(zhì)臟污片注意：注意： 外外觀觀缺缺陷陷檢檢查查目目的的在在于于檢檢查查硅硅片片在在切切片片和和清清洗洗過過程程中中是是否否造造成成外外觀觀缺缺陷。陷。 硅硅片片采采用用全全部部檢檢測測的

18、的方方式式進(jìn)進(jìn)行行檢檢驗(yàn)。驗(yàn)。 常常用用測測量量工工具具事事十十倍倍放放大大鏡、鏡、塞塞尺、尺、線線痕痕表表面面深深度度測測試試儀。儀。硅片性能測試 1 1）電電阻阻率率測測試試 2 2）導(dǎo)導(dǎo)電電類類型型 3 3）T TT TV V 4 4）少少子子壽壽命命電阻率測試電阻率測試 電阻率為荷電載體通過電阻率為荷電載體通過材料受阻程度的一種量材料受阻程度的一種量度，用來表示各種物質(zhì)度，用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量，符電阻特性的物理量，符號(hào)為號(hào)為，單位為，單位為cmcm。156156156cm156cm硅片的電阻硅片的電阻率規(guī)格為率規(guī)格為0.50.53.cm3.cm。檢測如圖檢測如圖導(dǎo)電類型導(dǎo)電

19、類型 半導(dǎo)體導(dǎo)電類型根據(jù)摻半導(dǎo)體導(dǎo)電類型根據(jù)摻雜劑的選擇與摻雜劑的雜劑的選擇與摻雜劑的量不同，導(dǎo)致半導(dǎo)體材量不同，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料中的多數(shù)載流子可能料中的多數(shù)載流子可能是空穴或者電子，空穴是空穴或者電子，空穴為多子的是為多子的是P P型、電子型、電子為主的是為主的是N N型。目前太型。目前太陽電池應(yīng)用的的硅片為陽電池應(yīng)用的的硅片為P P型，測試工具為電阻型，測試工具為電阻率測試儀，如圖率測試儀，如圖TTVTTV TTVTTV為總厚度偏差，即為總厚度偏差，即晶片厚度的最大值和最晶片厚度的最大值和最小值的差，晶片總厚度小值的差，晶片總厚度偏差的要求為偏差的要求為30m30m。常用測量工具為測厚儀，常

20、用測量工具為測厚儀，如圖如圖少子壽命 少子壽命指的是晶體中少子壽命指的是晶體中非平衡載流子由產(chǎn)生到非平衡載流子由產(chǎn)生到復(fù)合存在的平均時(shí)間間復(fù)合存在的平均時(shí)間間隔，它等于非平衡少數(shù)隔，它等于非平衡少數(shù)載流子濃度衰減到起始載流子濃度衰減到起始值的值的1/e1/e（e=2.718e=2.718）所）所需的時(shí)間。對于單晶硅需的時(shí)間。對于單晶硅片、多晶硅片少子壽命片、多晶硅片少子壽命的要求不同，多晶的要求不同，多晶2s2s、單晶、單晶10s10s。常用檢測工具為少子壽常用檢測工具為少子壽命測試儀，如圖命測試儀，如圖注意： 硅硅片片性性能能檢檢測測的的目目的的在在于于檢檢測測硅硅片片的的內(nèi)內(nèi)在在性性能能指

21、指標(biāo)，標(biāo)，以以滿滿足足電電池池片片的的需需求。求。 采采用用全全部部檢檢測測的的方方式式進(jìn)進(jìn)行行檢檢驗(yàn)。驗(yàn)。fortixfortix分選機(jī)分選機(jī) fortixfortix分選機(jī)主要用來對來料硅片的尺寸、分選機(jī)主要用來對來料硅片的尺寸、厚度、表面粘污、厚度、表面粘污、TTVTTV、電阻率電阻率、少子壽命等參數(shù)少子壽命等參數(shù)進(jìn)行檢測進(jìn)行檢測。任務(wù)五 制定分檢作業(yè)指導(dǎo)書 根根據(jù)據(jù)太太陽陽電電池池制制備備準(zhǔn)準(zhǔn)備備工工作，作，由由學(xué)學(xué)生生負(fù)負(fù)責(zé)責(zé)制制定定分分檢檢作作業(yè)業(yè)指指導(dǎo)導(dǎo)書，書，作作業(yè)業(yè)指指導(dǎo)導(dǎo)書書如如表表1 1- -1 1所所示。示。分檢作業(yè)指導(dǎo)書作業(yè)作業(yè) 1 1、敘敘述述晶晶體體硅硅太太陽陽電

22、電池池的的基基本本工工藝藝？以以及及每每一一步步工工藝藝的的目目的。的。 2 2、硅硅片片的的來來料料中中有有哪哪些些不不良良現(xiàn)現(xiàn)象？象？出出現(xiàn)現(xiàn)這這些些不不良良后后是是否否都都要要退退回？回？第二章第二章 一次清洗、制絨工藝一次清洗、制絨工藝項(xiàng)目要求項(xiàng)目要求: : 1 1掌握制絨工藝的目的掌握制絨工藝的目的 2 2掌握制絨工藝的原理掌握制絨工藝的原理 3 3掌握制絨工藝操作流程掌握制絨工藝操作流程 4 4掌握常見制絨不良片的解決方法掌握常見制絨不良片的解決方法 5 5能夠制定單晶硅片、多晶硅片作業(yè)指導(dǎo)書能夠制定單晶硅片、多晶硅片作業(yè)指導(dǎo)書任務(wù)一任務(wù)一 ：制絨工藝的目的與原理：制絨工藝的目的與

23、原理制絨目的制絨目的： 去除硅片表面的機(jī)械損傷層；去除硅片表面的機(jī)械損傷層； 并清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì)并清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì) 減少光的反射率，提高短路電流，最終提高電池的光電減少光的反射率，提高短路電流，最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。轉(zhuǎn)換效率。制絨的原理 晶硅電池分為單晶硅電池、多晶硅電池，在電池片的晶硅電池分為單晶硅電池、多晶硅電池，在電池片的制備工藝中，由于單晶、多晶的晶顆排列不同，制絨工藝制備工藝中，由于單晶、多晶的晶顆排列不同，制絨工藝的原理也不同，單晶主要采用各向異性堿腐蝕、多晶主要的原理也不同，單晶主要采用各向異性堿腐蝕、多晶主要采用各向

24、同性酸腐蝕。采用各向同性酸腐蝕。各向異性堿腐蝕各向異性堿腐蝕 對于單晶硅而言，選擇擇優(yōu)化學(xué)腐蝕劑，就可以在對于單晶硅而言，選擇擇優(yōu)化學(xué)腐蝕劑，就可以在硅片表面形成金字塔結(jié)構(gòu)，稱為絨面結(jié)構(gòu)，又稱表面織構(gòu)化。硅片表面形成金字塔結(jié)構(gòu)，稱為絨面結(jié)構(gòu)，又稱表面織構(gòu)化。對于（對于（100100）的）的p p型直拉硅片，最常用的是各向異性堿腐蝕，型直拉硅片，最常用的是各向異性堿腐蝕，因?yàn)樵诠杈w中，（因?yàn)樵诠杈w中，（111111）面是原子最密排面，腐蝕速率最）面是原子最密排面，腐蝕速率最慢，所以腐蝕后慢，所以腐蝕后4 4個(gè)與晶體硅（個(gè)與晶體硅（100100）面相交的（）面相交的（111111）面構(gòu)）面構(gòu)成

25、了金字塔結(jié)構(gòu)。如下圖所示，為單晶硅制絨后的成了金字塔結(jié)構(gòu)。如下圖所示，為單晶硅制絨后的SEMSEM圖，圖，高高10m10m的峰時(shí)方形底面金字塔的頂。的峰時(shí)方形底面金字塔的頂。制絨工藝的化學(xué)反應(yīng)式與堿制絨硅片表面外制絨工藝的化學(xué)反應(yīng)式與堿制絨硅片表面外貌貌 堿腐蝕過程中，常用的原材料堿腐蝕過程中，常用的原材料 堿腐蝕過程中，主要儀器設(shè)備 堿制絨設(shè)備堿制絨設(shè)備 花籃承載框花籃承載框 清洗小花籃清洗小花籃 推車推車 電子秤電子秤 顯微鏡顯微鏡 橡膠手套橡膠手套堿制絨的工藝要求堿制絨的工藝要求 硅片減薄重量為硅片減薄重量為0.25g0.25g0.45g0.45g。 制絨后硅片目視當(dāng)為黑色，不同角度觀察

26、呈均制絨后硅片目視當(dāng)為黑色，不同角度觀察呈均勻絨面，無絨面不良現(xiàn)象。勻絨面，無絨面不良現(xiàn)象。 制絨后硅片在顯微鏡下觀察，金字塔分布呈均制絨后硅片在顯微鏡下觀察，金字塔分布呈均勻致密，相鄰金字塔之間沒有間隙。勻致密，相鄰金字塔之間沒有間隙。任務(wù)二任務(wù)二 單晶制絨操作工藝單晶制絨操作工藝1. 1. 裝片裝片 ： 1 1）戴好防護(hù)口罩和干凈的橡膠手套，以）戴好防護(hù)口罩和干凈的橡膠手套，以200200片為一個(gè)片為一個(gè)生產(chǎn)批次生產(chǎn)批次, ,把硅片插入清洗小花籃把硅片插入清洗小花籃， 對來料中如有缺角、崩對來料中如有缺角、崩邊、隱裂等缺陷的硅片不能流入生產(chǎn)線，及時(shí)報(bào)告品管員，邊、隱裂等缺陷的硅片不能流入生

27、產(chǎn)線，及時(shí)報(bào)告品管員，將這些硅片分類放置、集中處理；有缺片現(xiàn)象時(shí)，要在缺片將這些硅片分類放置、集中處理；有缺片現(xiàn)象時(shí)，要在缺片記錄上記錄缺片的批號(hào)、廠商、箱號(hào)和缺片數(shù)。記錄上記錄缺片的批號(hào)、廠商、箱號(hào)和缺片數(shù)。 3 3）在）在“工藝流程卡工藝流程卡”上準(zhǔn)確記錄硅片批號(hào)、生產(chǎn)廠家、上準(zhǔn)確記錄硅片批號(hào)、生產(chǎn)廠家、電阻率、投入數(shù)和投入時(shí)間和主要操作員。電阻率、投入數(shù)和投入時(shí)間和主要操作員。 4 4）裝完一個(gè)生產(chǎn)批次后把）裝完一個(gè)生產(chǎn)批次后把“工藝流程卡工藝流程卡”隨同硅片一起放隨同硅片一起放在盒架上，等待制絨。在盒架上，等待制絨。 2. 2. 開機(jī)開機(jī) 3. 3. 生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程1）將裝好硅片的小

28、花籃放在花籃承載）將裝好硅片的小花籃放在花籃承載框中，然后將承載框搬到上料臺(tái)上?？蛑?，然后將承載框搬到上料臺(tái)上。2）工藝槽溫度設(shè)定和啟動(dòng)加熱）工藝槽溫度設(shè)定和啟動(dòng)加熱3）加熱制絨液體到設(shè)定溫度以后，）加熱制絨液體到設(shè)定溫度以后，根據(jù)本班目標(biāo)生產(chǎn)量在控制菜單上進(jìn)行根據(jù)本班目標(biāo)生產(chǎn)量在控制菜單上進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（包括粗拋、堿蝕、噴淋、鼓參數(shù)設(shè)置（包括粗拋、堿蝕、噴淋、鼓泡漂洗時(shí)間和產(chǎn)量的設(shè)置）。泡漂洗時(shí)間和產(chǎn)量的設(shè)置）。4）參數(shù)設(shè)置完畢，在手動(dòng)狀態(tài)下按）參數(shù)設(shè)置完畢，在手動(dòng)狀態(tài)下按“復(fù)位復(fù)位”鍵，運(yùn)行模式撥到鍵，運(yùn)行模式撥到“自動(dòng)自動(dòng)”狀狀態(tài)，按態(tài)，按“啟動(dòng)啟動(dòng)”鍵，機(jī)器進(jìn)行復(fù)位，待鍵，機(jī)器進(jìn)行復(fù)位，

29、待機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)后即可上料生產(chǎn)。若不機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)后即可上料生產(chǎn)。若不立即生產(chǎn)，則暫時(shí)撥回立即生產(chǎn)，則暫時(shí)撥回“手動(dòng)手動(dòng)”狀態(tài)。狀態(tài)。 5 5）配制溶液）配制溶液 6 6）生產(chǎn)過程控制）生產(chǎn)過程控制 a. a. 機(jī)械手將承載框平移依次送到各處理工位，對硅機(jī)械手將承載框平移依次送到各處理工位，對硅片進(jìn)行超聲預(yù)清洗、制絨、鹽酸中和、氫氟酸去氧化層，經(jīng)片進(jìn)行超聲預(yù)清洗、制絨、鹽酸中和、氫氟酸去氧化層，經(jīng)過過1111(10)(10)個(gè)處理工位全過程處理后，承載框由自動(dòng)機(jī)械手移個(gè)處理工位全過程處理后，承載框由自動(dòng)機(jī)械手移到出料工位，再由操作員將小花籃取出。到出料工位，再由操作員將小花籃取出。 1111(

30、10)(10)個(gè)處理工位具體為：超聲預(yù)清洗個(gè)處理工位具體為：超聲預(yù)清洗溫水漂洗溫水漂洗腐腐蝕制絨（蝕制絨（噴淋）噴淋）漂洗漂洗HClHCl處理處理漂洗漂洗HFHF處理處理漂洗漂洗噴淋噴淋漂洗。漂洗。 b. b. 每制絨一籃，粗拋液、制絨液內(nèi)都要補(bǔ)充每制絨一籃，粗拋液、制絨液內(nèi)都要補(bǔ)充NaOHNaOH，補(bǔ)，補(bǔ)充量根據(jù)消耗量確定，并適當(dāng)補(bǔ)充去離子水。充量根據(jù)消耗量確定，并適當(dāng)補(bǔ)充去離子水。7）甩干）甩干 甩干員將甩干后的硅片取出，甩干員將甩干后的硅片取出，并填寫好并填寫好工藝流程卡工藝流程卡，通，通過傳遞窗流向下一道過傳遞窗流向下一道PECVD工工序序 8）自檢）自檢 自檢時(shí)，主要觀察是否有自檢時(shí)

31、，主要觀察是否有裂痕、缺角、崩邊、指紋印、裂痕、缺角、崩邊、指紋印、污漬、藥液水珠、明顯發(fā)白及污漬、藥液水珠、明顯發(fā)白及發(fā)亮，均無的為制絨合格，正發(fā)亮，均無的為制絨合格，正常往下流。工序長每隔常往下流。工序長每隔1000片片抽測抽測5片減重情況片減重情況9）關(guān)機(jī)）關(guān)機(jī)工藝衛(wèi)生要求工藝衛(wèi)生要求 1 1）不允許用手直接接觸硅片）不允許用手直接接觸硅片，插片時(shí)配戴一次性插片時(shí)配戴一次性手手套套，插完硅片后，應(yīng)立即更換，不得重復(fù)使用。，插完硅片后，應(yīng)立即更換，不得重復(fù)使用。 2 2）制絨車間要保持清潔，地面常有堿液或干堿，）制絨車間要保持清潔，地面常有堿液或干堿，要要經(jīng)常打掃經(jīng)常打掃。 3 3）盛過堿

32、液或乙醇的塑料桶要及時(shí)刷洗，不可無標(biāo)）盛過堿液或乙醇的塑料桶要及時(shí)刷洗，不可無標(biāo)識(shí)長時(shí)間用桶盛堿液或乙醇。識(shí)長時(shí)間用桶盛堿液或乙醇。 4 4）物品和工具定點(diǎn)放置）物品和工具定點(diǎn)放置，用過的工具要放回原位用過的工具要放回原位，嚴(yán)禁亂放，保持硅片盒和小花籃清潔。嚴(yán)禁亂放，保持硅片盒和小花籃清潔。 5 5）每班下班前要對制絨設(shè)備進(jìn)行）每班下班前要對制絨設(shè)備進(jìn)行衛(wèi)生清理衛(wèi)生清理。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 1 1）停做滯留的硅片要用膠帶封好箱，標(biāo)簽注明材料批）停做滯留的硅片要用膠帶封好箱，標(biāo)簽注明材料批號(hào)、供應(yīng)商和實(shí)際數(shù)目。號(hào)、供應(yīng)商和實(shí)際數(shù)目。 2 2）每批投片前要檢查化學(xué)腐蝕槽中的液位，不合適的）每批投片前

33、要檢查化學(xué)腐蝕槽中的液位，不合適的要及時(shí)調(diào)整。要及時(shí)調(diào)整。 3 3）小花籃和承載框任何時(shí)候不能放在地上小花籃和承載框任何時(shí)候不能放在地上。 4 4）嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)檢查絨面質(zhì)量，絨面不合格的硅片要）嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)檢查絨面質(zhì)量，絨面不合格的硅片要按照檢驗(yàn)卡片和工序控制點(diǎn)操作，按照規(guī)定的程序進(jìn)行處置。按照檢驗(yàn)卡片和工序控制點(diǎn)操作，按照規(guī)定的程序進(jìn)行處置。 5 5）硅片在制絨槽時(shí)，絕不能拿出硅片檢查絨面情況）硅片在制絨槽時(shí)，絕不能拿出硅片檢查絨面情況，要進(jìn)入漂洗槽后再查看絨面要進(jìn)入漂洗槽后再查看絨面情況。情況。 6 6）操作化學(xué)藥品時(shí)，）操作化學(xué)藥品時(shí)，一定要一定要帶好防護(hù)手套帶好防護(hù)手套。 7 7）制絨

34、設(shè)備的窗戶在不必要時(shí)不要打開）制絨設(shè)備的窗戶在不必要時(shí)不要打開，機(jī)器設(shè)備在機(jī)器設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，不得把頭、手伸進(jìn)機(jī)器內(nèi)運(yùn)行時(shí)，不得把頭、手伸進(jìn)機(jī)器內(nèi)，以防造成傷害事故。，以防造成傷害事故。 8 8）制絨機(jī)衛(wèi)生保養(yǎng)時(shí)，要防止電線浸水短路，擦洗槽）制絨機(jī)衛(wèi)生保養(yǎng)時(shí)，要防止電線浸水短路，擦洗槽蓋時(shí)要防止制溶液的污染蓋時(shí)要防止制溶液的污染 各原料在制絨中的規(guī)律各原料在制絨中的規(guī)律55g/l15g/l5g/l硅酸鈉含量影響：硅酸鈉含量影響： 增加溶液的粘稠度，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度；只要判定它的含量增加溶液的粘稠度，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度；只要判定它的含量是否過量即可。實(shí)驗(yàn)用濃鹽酸滴定，若滴定一段時(shí)間后出現(xiàn)是否過量即可。實(shí)驗(yàn)用

35、濃鹽酸滴定，若滴定一段時(shí)間后出現(xiàn)少量絮狀物，說明硅酸鈉含量適中；若滴定開始就出現(xiàn)一團(tuán)少量絮狀物，說明硅酸鈉含量適中；若滴定開始就出現(xiàn)一團(tuán)膠狀固體且隨滴定的進(jìn)行變多，說明硅酸鈉過量。膠狀固體且隨滴定的進(jìn)行變多，說明硅酸鈉過量。30vol%無無IPA3vol%時(shí)間影響：時(shí)間影響： 制絨包括金字塔的行核及長大過程，因此制絨時(shí)間制絨包括金字塔的行核及長大過程，因此制絨時(shí)間對絨面的形貌及硅片腐蝕量均有重要影響。對絨面的形貌及硅片腐蝕量均有重要影響。30min10min1min5min攪拌及鼓泡：攪拌及鼓泡： 攪拌及鼓泡有利于提高溶液均勻度，制絨過程中附加攪攪拌及鼓泡有利于提高溶液均勻度，制絨過程中附加攪

36、拌及鼓泡，硅片表面的氣泡能得到很好的脫附，制絨后的拌及鼓泡，硅片表面的氣泡能得到很好的脫附，制絨后的硅片表面顯微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為絨面連續(xù)，金字塔大小均勻。硅片表面顯微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為絨面連續(xù)，金字塔大小均勻。 但攪拌及鼓泡會(huì)略加劇溶液的揮發(fā)，制絨過程硅片的腐但攪拌及鼓泡會(huì)略加劇溶液的揮發(fā)，制絨過程硅片的腐蝕速率也略為加快。蝕速率也略為加快。 正確的設(shè)定：無籃循環(huán)，有籃鼓泡正確的設(shè)定：無籃循環(huán)，有籃鼓泡HCl的作用：的作用： 中和殘留在硅片表面殘余堿液；去除在硅片切割時(shí)表面中和殘留在硅片表面殘余堿液；去除在硅片切割時(shí)表面引入的金屬雜質(zhì)。引入的金屬雜質(zhì)。HF的作用：的作用： 去硅片表面二氧化硅層；與硅片表面硅

37、懸掛鍵形成去硅片表面二氧化硅層；與硅片表面硅懸掛鍵形成Si-H鈍化鍵。鈍化鍵。各向同性酸腐蝕各向同性酸腐蝕 對于由不同晶粒構(gòu)成的鑄造多晶硅片，由于硅片表對于由不同晶粒構(gòu)成的鑄造多晶硅片，由于硅片表面具有不同的晶向，擇優(yōu)腐蝕的堿性溶液顯然不再適用。研面具有不同的晶向，擇優(yōu)腐蝕的堿性溶液顯然不再適用。研究人員提出利用非擇優(yōu)腐蝕的酸性腐蝕劑，在鑄造多晶硅表究人員提出利用非擇優(yōu)腐蝕的酸性腐蝕劑，在鑄造多晶硅表面制造類似的絨面結(jié)構(gòu)，增加對光的吸收。到目前為止，人面制造類似的絨面結(jié)構(gòu)，增加對光的吸收。到目前為止，人們研究最多的是們研究最多的是HFHF和和HNOHNO3 3的混合液。的混合液。分析分析 經(jīng)過

38、腐蝕，在多晶硅片的表面形成大小不等的經(jīng)過腐蝕，在多晶硅片的表面形成大小不等的腐蝕坑腐蝕坑，從而使太陽光的光程增加，降低表面反射率，增加對光的吸從而使太陽光的光程增加，降低表面反射率，增加對光的吸收。收。 酸腐蝕的化學(xué)式很簡單，但是球面絨面形成的機(jī)理酸腐蝕的化學(xué)式很簡單，但是球面絨面形成的機(jī)理仍然沒有解決。部分研究者認(rèn)為，在硅與硝酸的反應(yīng)中，除仍然沒有解決。部分研究者認(rèn)為，在硅與硝酸的反應(yīng)中，除生成生成SiOSiO2 2外，還生成外，還生成NONO氣體，在硅片表面形成氣泡，這是導(dǎo)氣體，在硅片表面形成氣泡，這是導(dǎo)致硅片表面產(chǎn)生球形腐蝕坑的主要原因。致硅片表面產(chǎn)生球形腐蝕坑的主要原因。 在實(shí)際工藝中

39、，在實(shí)際工藝中，HFHF和和HNOHNO的的3 3比例、添加劑、溫度和時(shí)比例、添加劑、溫度和時(shí)間等因素，都對絨面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。間等因素，都對絨面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。 1 1準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作 1 1）穿戴好工作衣帽、防護(hù)口罩和干凈的橡膠手套；）穿戴好工作衣帽、防護(hù)口罩和干凈的橡膠手套； 2 2）操作員打開包裝，查看規(guī)格、電阻率、厚度、）操作員打開包裝，查看規(guī)格、電阻率、厚度、單多晶、廠家、編號(hào)是否符合要求；單多晶、廠家、編號(hào)是否符合要求； 3 3）操作員檢查硅片是否有崩邊、裂紋、針孔、缺）操作員檢查硅片是否有崩邊、裂紋、針孔、缺角、油污、劃痕、凹痕；如來料有問題，需及時(shí)報(bào)角、油污、劃痕、凹痕；如來料有

40、問題，需及時(shí)報(bào)告品管員；對原硅裂片，放片員需用膠帶粘好，統(tǒng)告品管員；對原硅裂片，放片員需用膠帶粘好，統(tǒng)一交還給車間小倉庫管理員。一交還給車間小倉庫管理員。多晶硅生產(chǎn)多晶硅生產(chǎn) 2 2開機(jī)開機(jī) 1 1）操作員打開工藝排風(fēng)，打開壓縮空氣閥門，打開設(shè)）操作員打開工藝排風(fēng)，打開壓縮空氣閥門，打開設(shè)備進(jìn)水總閥；備進(jìn)水總閥； 2 2）操作員啟動(dòng)設(shè)備，打開電源開關(guān)按鈕，檢查設(shè)備是）操作員啟動(dòng)設(shè)備，打開電源開關(guān)按鈕，檢查設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查導(dǎo)輪上是否有碎片。否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查導(dǎo)輪上是否有碎片。清洗制絨設(shè)備清洗制絨設(shè)備清洗制絨槽清洗制絨槽3供液供液供液間供液間 4 4換液換液 1 1）工序長將設(shè)備）工序長將設(shè)備

41、“自動(dòng)自動(dòng)”轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為“手動(dòng)手動(dòng)”，點(diǎn)擊點(diǎn)擊“廢液排放廢液排放”； 2 2）觀察）觀察PCPC柜電腦畫面，工作槽內(nèi)液體排完后柜電腦畫面，工作槽內(nèi)液體排完后會(huì)自動(dòng)停止；會(huì)自動(dòng)停止； 3 3）工序長再點(diǎn)擊）工序長再點(diǎn)擊“槽體清洗槽體清洗”，清洗結(jié)束后，清洗結(jié)束后會(huì)自動(dòng)停止；會(huì)自動(dòng)停止； 4 4）再點(diǎn)擊）再點(diǎn)擊“廢液排放廢液排放”，排放槽內(nèi)液體；，排放槽內(nèi)液體； 5 5）最后將槽體內(nèi)碎片和殘留化學(xué)品清理干凈。）最后將槽體內(nèi)碎片和殘留化學(xué)品清理干凈。 5 5、生產(chǎn)、生產(chǎn) 1 1）放片）放片 放片放片員從硅片盒中一次性拿起一疊硅片（最多不能員從硅片盒中一次性拿起一疊硅片（最多不能超過超過100100片

42、），用右手將硅片旋開；片），用右手將硅片旋開； 捏住硅片的捏住硅片的中間中間（不能拿硅片的角，容易產(chǎn)生碎片）（不能拿硅片的角，容易產(chǎn)生碎片）一片一片放到軌道上面一片一片放到軌道上面 軌道共軌道共5 5道，每一道前后道，每一道前后2 2片硅片的距離應(yīng)大于片硅片的距離應(yīng)大于5cm5cm 2 2）工序長每隔）工序長每隔10001000片抽測片抽測5 5片減重情況，并將相關(guān)片減重情況，并將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)記錄在“一次清洗減薄量記錄表一次清洗減薄量記錄表”中，控制在中，控制在0.40.40.5g0.5g之間，確定絨面質(zhì)量合格后，硅片方可之間，確定絨面質(zhì)量合格后，硅片方可流入下道工序；流入下道工序； 3

43、 3）對絨面質(zhì)量合格的硅片，收片員詳細(xì)填寫）對絨面質(zhì)量合格的硅片，收片員詳細(xì)填寫“工工藝流程卡藝流程卡”，并裝在小花籃內(nèi)（每，并裝在小花籃內(nèi)（每200200片為一批，片為一批，每個(gè)小花籃裝每個(gè)小花籃裝2525片硅片），每一批硅片有一張流程片硅片），每一批硅片有一張流程卡，流入到擴(kuò)散工序；卡，流入到擴(kuò)散工序； 4 4）操作員在設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行過程中，不能離開，需）操作員在設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行過程中，不能離開，需時(shí)刻監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況；時(shí)刻監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況；生產(chǎn)生產(chǎn) 5 5）收片收片 收片員在小花籃收片員在小花籃下墊海綿墊片，雙手輕輕下墊海綿墊片，雙手輕輕拿硅片兩端，將硅片輕輕拿硅片兩端，將硅片輕輕插入小花籃，

44、如圖所示。插入小花籃，如圖所示。發(fā)現(xiàn)有硅片發(fā)亮、未吹干、發(fā)現(xiàn)有硅片發(fā)亮、未吹干、藥液殘留等異?，F(xiàn)象，及藥液殘留等異?，F(xiàn)象，及時(shí)報(bào)告工序長、品管員、時(shí)報(bào)告工序長、品管員、工藝員，共同解決。工藝員，共同解決。v6）對制絨不良的硅片需進(jìn)行隔離，并報(bào)告給工）對制絨不良的硅片需進(jìn)行隔離，并報(bào)告給工序長和品管員，集中在統(tǒng)一的時(shí)間返工；序長和品管員，集中在統(tǒng)一的時(shí)間返工；v7）工序長在每個(gè)班在交班前，及時(shí)更換槽的純）工序長在每個(gè)班在交班前，及時(shí)更換槽的純水、堿液、酸液，并對此次換液進(jìn)行相應(yīng)的記水、堿液、酸液，并對此次換液進(jìn)行相應(yīng)的記錄；錄；v 8）自檢）自檢v 在制絨完成后，工序長和收片員需進(jìn)行自檢，在制絨

45、完成后，工序長和收片員需進(jìn)行自檢，符合工藝、質(zhì)量要求才能流入下道工序；符合工藝、質(zhì)量要求才能流入下道工序；v 自檢標(biāo)準(zhǔn)：外觀均勻、無明顯滾輪印、指紋印、自檢標(biāo)準(zhǔn)：外觀均勻、無明顯滾輪印、指紋印、污漬、無藥液水珠殘留、無明顯發(fā)白、發(fā)亮的為制污漬、無藥液水珠殘留、無明顯發(fā)白、發(fā)亮的為制絨合格硅片，可以正常往下流；絨合格硅片，可以正常往下流；v 不合格制絨硅片需進(jìn)行隔離，達(dá)到工藝質(zhì)量要不合格制絨硅片需進(jìn)行隔離，達(dá)到工藝質(zhì)量要求方能流入下道工序。求方能流入下道工序。任務(wù)四任務(wù)四 制絨不良片案例分析制絨不良片案例分析 制絨過程中出現(xiàn)的不良情況，主要有制絨過程中出現(xiàn)的不良情況，主要有表面污染、表表面污染、表面發(fā)白、表面發(fā)亮、腐蝕不均、無絨面面發(fā)白、表面發(fā)亮、腐蝕不均、無絨面等情況。等情況。表面污染表面污染 a a圖中出現(xiàn)的是硅片表圖中出現(xiàn)的是硅片表面有指紋殘留；出現(xiàn)的原面有指紋殘留；出現(xiàn)的原因是，在包裝時(shí)人為的接因是，在包裝時(shí)人為的接觸硅片；觸硅片； 解決的措施：添加解決的措施：添加IPAIPA，NaNa2 2SiOSiO3 3, , 可以起到一定效可以起到一定效果，但是不能杜絕，需要