一次清洗簡介10113課件

1、一次清洗簡介101.13一次清洗簡介101.13一次清洗目錄1 引言2 原理概述2.1 清洗2.2 去機(jī)械損傷層2.3 制絨3 工藝相關(guān)3.1 單晶工藝3.2 多晶工藝4 注意事項及安全相關(guān)一次清洗目錄1 引言1 引言分選測試PECVD一次清洗二次清洗燒結(jié)印刷電極周邊刻蝕檢驗入庫擴(kuò)散1 引言分選測試PECVD一次清洗二次清洗燒結(jié)印刷電極周邊刻1 引言一次清洗工序包括了三個過程，分別是硅片的清洗、去除機(jī)械損傷層和制備絨面。清洗滲透在整個工序的多個環(huán)節(jié)，去除機(jī)械損傷、制絨的過程也是對硅片的清洗過程。一次清洗清洗去損傷制絨1 引言一次清洗工序包括了三個過程，分別是硅片的清洗、去除機(jī)2.1.1 硅片主

2、要污染源分類有機(jī)物污染油脂（食用油、人體分泌的油脂等）礦物油（潤滑油、泵油、凡士林、蠟等）無機(jī)物污染金屬及其氧化物灰塵、微小顆粒 2.1.1 硅片主要污染源分類有機(jī)物污染油脂（食用油、人體2.1.2 污染的危害有機(jī)物殘留在硅片表面，影響制絨的出絨率，容易產(chǎn)生白斑等，導(dǎo)致電池片外觀不良。硅片表面如果有金屬雜質(zhì)，擴(kuò)散時會進(jìn)入硅片內(nèi)部，使少子壽命下降，還會導(dǎo)致漏電流增加。去損傷層和制絨都使用氫氧化鈉溶液，引入了鈉離子。鈉離子如果殘留在硅片表面，可能會形成反型層，嚴(yán)重影響電池性能。2.1.2 污染的危害有機(jī)物殘留在硅片表面，影響制絨的出絨率2.1.3 污染物的處理方法對于較大的顆粒和可溶污染物，可以通

3、過沖洗將其去除。對于有機(jī)物，可以通過有機(jī)溶劑（如IPA）或者清洗劑將其洗去；或者利用堿洗將其減少。對于不溶于水的污染物，需要通過化學(xué)方法，將其轉(zhuǎn)變成溶于水的化合物或者絡(luò)合物，再用大量純水清洗將其去除。2.1.3 污染物的處理方法2.1.4 去除污染物的主要手段電池生產(chǎn)中去除污染物的主要手段超聲波清洗去除灰塵、有機(jī)物污染。氫氧化鈉、硅酸鈉可去有某些機(jī)物。油脂皂化；礦物油乳化。鹽酸減少Na+沾污去除金屬雜質(zhì)，如鎂、鋅、鋁、鐵等去除氧化物雜質(zhì)，如堿性氧化物、氫氧化物、兩性氧化物去除碳酸鹽雜質(zhì)絡(luò)合作用去除難溶的金屬離子，如Au3+、Pt2+、Ag+、Cu+2.1.4 去除污染物的主要手段電池生產(chǎn)中去除

4、污染物的主要手2.2.1 去機(jī)械損傷層的必要性普通的硅片經(jīng)過切割，表面形成機(jī)械損傷層。損傷層由多晶層、裂紋層、過渡層、彈性應(yīng)變層組成。制作電池之前，如果不將損傷層完全去除，在硅表面會留下大量的復(fù)合中心，降低電池的短路電流和開路電壓。損傷層的厚度取決于切割的設(shè)備和切割工藝，不同片源的損傷層厚度一般不同，不可一概而論 。 損傷層模型示意圖 有損傷層的硅片表面形貌圖 2.2.1 去機(jī)械損傷層的必要性普通的硅片經(jīng)過切割，表面2.2.2 硅及其氧化物的濕化學(xué)腐蝕 在一般的水溶液中，硅表面因生成了不溶性的氧化物而呈惰性；而只有在堿溶液和氫氟酸溶液中，硅的氧化物是可溶的。一般用氫氟酸腐蝕硅片，還需要加入氧化

5、劑，如硝酸、鉻酸。 SiO2+2OH- = 2SiO32- + H2O Si + 2OH- + H2O = SiO32- + 2H2 SiO2 + 6HF = H2SiF62 + 2H2O3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF2 + 8H2O + 4NO2.2.2 硅及其氧化物的濕化學(xué)腐蝕 在2.2.3 去損傷層的濕化學(xué)腐蝕方法 堿腐蝕：NaOH溶液，濃度10%20%，溫度60C 90C 酸腐蝕：HF-HNO3溶液，濃度范圍廣，室溫或者更低 單晶硅濃堿腐蝕SEM圖像 多晶硅濃堿腐蝕顯微鏡圖像 2.2.3 去損傷層的濕化學(xué)腐蝕方法 堿腐蝕：NaOH溶液，2.3.1 制絨的必要性

6、硅片的表面可以近似看作平面，光照到硅片表面，30%的能量由于反射損失掉。通過化學(xué)腐蝕等方法，可以在硅片表面形成一定形貌，即制作絨面，減少光線反射損失。以單晶為例：平坦的硅表面織構(gòu)化硅表面通常反射率為30%反射率可降至13%2.3.1 制絨的必要性 硅片的表面可以2.3.1 制絨的必要性未經(jīng)任何處理的硅片與單晶絨面硅片反射率比較曲線制絨前制絨后2.3.1 制絨的必要性未經(jīng)任何處理的硅片與單晶絨面硅片反射2.3.2 制絨的化學(xué)腐蝕方法 化學(xué)腐蝕方法制作絨面，參與反應(yīng)的化學(xué)試劑與去損傷層相同，只是在濃度、溫度和添加劑上有所改變。單晶硅片低濃度堿腐蝕僅適用于（100）面單晶硅片酸腐蝕任意面的單晶硅片多

7、晶硅片酸腐蝕2.3.2 制絨的化學(xué)腐蝕方法 化學(xué)腐蝕3.1.1 單晶堿制絨機(jī)理 根據(jù)反應(yīng)的動力學(xué)模型，反應(yīng)速率由表面晶格結(jié)構(gòu)決定。不同晶面的晶格結(jié)構(gòu)的差異產(chǎn)生了不同的表面鍵密度、電子密度和表面自由能等差異，這些參數(shù)又決定著硅原子的溶解速率。所有的腐蝕機(jī)理都涉及到了對次表面Si-Si鍵的侵蝕，這一反應(yīng)的速率是由表面硅原子的鍵合條件決定的。111面只有一個Si-OH鍵而100面有兩個。（111）和（100）面的表面晶格結(jié)構(gòu)可以簡單地用下圖表示。由于OH-具有較大的電負(fù)性，（100）面的原子與底下硅原子的背鍵比（111）面的弱。因此，（100）面上的硅原子比（111）面的硅原子有著更快的腐蝕速率。3

8、.1.1 單晶堿制絨機(jī)理 根據(jù)反應(yīng)3.1.1 單晶堿制絨機(jī)理 堿對硅片表面的腐蝕，由于（111）面的腐蝕速率最慢，最終的腐蝕面都將趨于（111）面。3.1.1 單晶堿制絨機(jī)理 3.1.1 單晶堿制絨機(jī)理 對（100）面的硅片腐蝕，由于對稱性腐蝕得到的所有（111）面都與底面（即（100）面）呈54.7的角，腐蝕形貌為正四棱錐型。3.1.1 單晶堿制絨機(jī)理 3.1.2 絨面形成過程金字塔的形成首先從某些點(diǎn)開始，逐漸長大，布滿整個硅片表面。如果腐蝕時間過長，金字塔頂開始崩塌，絨面質(zhì)量下降。3.1.2 絨面形成過程金字塔的形成首先從某些點(diǎn)開始，逐漸長3.1.3 單晶絨面顯微鏡暗場照片3.1.3 單晶

9、絨面顯微鏡暗場照片3.1.4 單晶制絨化學(xué)試劑氫氧化鈉、異丙醇、硅酸鈉氫氧化鈉主要反應(yīng)物。異丙醇降低溶液的表面張力，有助于減少氫氣泡在硅片表面的附著。硅酸鈉對OH-腐蝕硅片有阻礙作用，從而增加金字塔結(jié)構(gòu)成核的起始點(diǎn)，使得絨面覆蓋率更高、更均勻。硅酸鈉是反應(yīng)的主要產(chǎn)物，也會水解產(chǎn)生氫氧化鈉，在初配溶液加入硅酸鈉可提高溶液的穩(wěn)定性。3.1.4 單晶制絨化學(xué)試劑氫氧化鈉、異丙醇、硅酸鈉3.1.5 單晶一次清洗工藝流程 去損傷層制絨鹽酸處理氫氟酸處理甩干清洗機(jī)甩干機(jī) 預(yù)清洗超聲波清洗機(jī)3.1.5 單晶一次清洗工藝流程 去損傷層制絨鹽酸處理氫氟酸3.1.6 單晶一次清洗設(shè)備工位介紹槽位工序名稱功能處理液

10、時間（sec）溫度（ C）1去損傷層去除機(jī)械損傷氫氧化鈉60802熱水漂洗去離子水30603制絨制作絨面氫氧化鈉硅酸鈉異丙醇12002000824制絨5制絨6制絨7熱水漂洗去離子水360室溫89漂洗去離子水360室溫10鹽酸清洗去金屬離子鹽酸360室溫11漂洗去離子水360室溫12氫氟酸清洗去氧化層，硅酸鈉氫氟酸360室溫13純水稀釋去離子水120室溫14純水稀釋去離子水120室溫15噴淋去離子水180室溫16漂洗去離子水360室溫17預(yù)脫水去離子水60603.1.6 單晶一次清洗設(shè)備工位介紹槽位工序名稱功能處理液時 3.1.7 單晶一次清洗流程示意圖去損傷熱水漂洗制絨熱水漂洗漂洗鹽酸清洗漂洗

11、氫氟酸清洗稀釋噴淋預(yù)脫水稀釋漂洗下料上料花籃 3.1.7 單晶一次清洗流程示意圖去損傷熱水漂洗制絨熱水漂3.1.8 單晶一次清洗操作流程上料控制、補(bǔ)液檢片，插片下料甩干傳遞3.1.8 單晶一次清洗操作流程上料控制、補(bǔ)液檢片，插片下料3.1.8 單晶一次清洗檢測與不合格處理腐蝕深度檢測腐蝕深度是判斷機(jī)械損傷層是否被去除的標(biāo)準(zhǔn)。我們認(rèn)為平均腐蝕深度應(yīng)該超過5微米（單面）才能將損傷層去除。測量腐蝕深度采取稱重的方法，即稱量腐蝕前后的重量變化，再根據(jù)硅片面積與密度計算平均腐蝕深度。對于腐蝕不足的硅片，需要重新制絨，確保機(jī)械損傷層被去除。3.1.8 單晶一次清洗檢測與不合格處理腐蝕深度檢測腐蝕3.1.8

12、 單晶一次清洗檢測與不合格處理清洗效果檢測測量最后一槽漂洗廢水電阻率。漂洗廢水電阻率可以反映漂洗廢水中導(dǎo)電離子數(shù)量，電阻率越高，說明導(dǎo)電離子數(shù)量越少，硅片越干凈。當(dāng)然，并不是所有導(dǎo)電離子都對電池性能有負(fù)面影響，如氯離子、氫離子。測量清洗后硅片少子壽命。如果少子壽命偏低，說明硅片表面復(fù)合大，硅片表面不夠干凈。少子壽命高，未必說明硅片表面一定干凈，也可能是由于短暫的鈍化效應(yīng)造成的。對于一次清洗后少子壽命不合格的硅片，應(yīng)該重新酸洗，去除金屬離子，不需要重新制絨。3.1.8 單晶一次清洗檢測與不合格處理清洗效果檢測測量3.1.8 單晶一次清洗檢測與不合格處理外觀檢測經(jīng)過制絨后的硅片，我們希望它的顏色盡

13、可能深且均勻；在顯微鏡下觀察，金字塔密集、細(xì)小、均勻。如果硅片發(fā)白、發(fā)亮，視為不合格片，根據(jù)硅片剩余厚度判斷是否能夠返工。對于厚度仍在165微米以上的硅片，可以重新制絨；厚度不到165微米的片子，不建議返工，以免影響后續(xù)工序。3.1.8 單晶一次清洗檢測與不合格處理外觀檢測經(jīng)過制絨3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法理想絨面應(yīng)該是金字塔覆蓋率達(dá)到100，并且小而均勻。金字塔覆蓋率低導(dǎo)致片子發(fā)白，電池片反射率高，電流偏?。唤鹱炙?、大小不均勻，導(dǎo)致背電場印刷漿料中有機(jī)物難以排出，容易產(chǎn)生鋁包。影響單晶堿制絨效果的因素很多，其中最具決定性的是硅片本身的表面狀況。對于表面污染嚴(yán)重的硅片，需要進(jìn)

14、行預(yù)處理。另外，設(shè)備材質(zhì)等也對制絨有很大影響，如pp槽容易吸附有機(jī)污染物，導(dǎo)致出絨率低及溶液壽命縮短。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法理想絨面應(yīng)該是3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法指紋印及手套印通過預(yù)清洗可以在一定程度上減輕這些印記，但很難徹底解決。在硅片制絨前應(yīng)該盡量減少與硅片的接觸，取片時盡量只接觸硅片側(cè)面，不接觸硅片表面；同時，也要減少硅片與泡沫、衣物等物體的接觸。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法指紋印及手套印3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法花籃印新花籃印子比較明顯，經(jīng)過一段時間使用后有所好轉(zhuǎn)；制絨槽中反應(yīng)產(chǎn)物積累過多也會使花籃印更明顯。新花籃用堿

15、浸泡一段時間可以減少花籃??；及時換液，控制制絨槽中硅酸鈉含量也可減少花籃印。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法花籃印新花籃印3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法水痕大面積的水痕狀印記一般由于硅片從制絨槽出來，表面過快干燥而殘留在表面的堿及硅酸鈉等造成，酸洗以后也無法完全除去。消除的方法是，硅片經(jīng)制絨槽出來后，迅速放入漂洗槽中，或中途灑水保持硅片濕潤。及時換液，控制制絨槽中硅酸鈉含量也能減少水痕。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法水痕大面積的水3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法片子出現(xiàn)雨點(diǎn)狀痕跡硅片制絨后豎直方向上雨點(diǎn)狀的痕跡是由于異丙醇不足引起的。當(dāng)異丙醇不足時，

16、硅片上的氫氣泡無法及時溢出，附著在硅片上阻擋反應(yīng)，產(chǎn)生規(guī)則的雨點(diǎn)狀痕跡。增加異丙醇濃度可以解決。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法片子出現(xiàn)雨點(diǎn)狀痕跡3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法制絨后硅片發(fā)白硅片發(fā)白微觀上表現(xiàn)為金字塔覆蓋率不高，一般由于硅片表面不干凈引起。通過延長制絨時間或者適量減少異丙醇濃度可以改善或者解決。但是硅片表面金字塔大小均勻性差無法避免。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法制絨后硅片發(fā)白3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法制絨后片子發(fā)亮發(fā)亮的片子微觀上表現(xiàn)為出絨率低，即使延長制絨時間甚至返工也沒有太大改善。這種片子主要由于來料硅片表面污染嚴(yán)重所致，

17、暫時沒有太多的手段處理，增加初配溶液中的硅酸鈉含量有輕微改善。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法制絨后片子發(fā)亮3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法絨面情況逐漸惡化在工藝和片源沒有更改的情況下，絨面情況隨制絨次數(shù)增加而逐漸惡化，一般由槽中污染物積累引起。由于槽壁、加熱管等會吸附污染物，如果長時間不清理，槽液中污染物的含量勢必會逐漸升高，影響制絨。每次換液后充分清洗槽體，定期對槽做徹體清洗都有助于防止絨面情況惡化。3.1.9 單晶一次清洗常見問題及解決方法絨面情況逐漸惡化3.1.10 單晶一次清洗工藝特點(diǎn)小結(jié)制絨和去損傷都需要在高溫下進(jìn)行絨面為突起的金字塔形貌，表面反射率較低，表面高

18、低起伏較大只能用于（100）面的單晶硅片生產(chǎn)過程中引入鈉離子沾污，需要特別注意對鈉離子的處理，對電池性能有一點(diǎn)負(fù)面影響3.1.10 單晶一次清洗工藝特點(diǎn)小結(jié)制絨和去損傷都需要在高3.2.1 多晶制絨機(jī)理 用堿對多晶硅腐蝕，只能在（100）面的晶粒上形成正金字塔形貌，在接近（100）面的晶粒上可以形成傾斜的金字塔，而在其余面的晶粒上則可能形成三角形、三棱柱形等形貌。不同晶面的晶粒，腐蝕速率也不一樣，在晶界兩側(cè)可以觀察到明顯的臺階現(xiàn)象。 經(jīng)過堿腐蝕的多晶硅片反射率比拋光片略有下降，但仍然較高。在不同位置測量，測得的反射率差異可達(dá)7。經(jīng)過這種表面處理的硅片，制成的電池表面顏色不均勻，影響外觀。 3.

19、2.1 多晶制絨機(jī)理 用堿對多晶硅腐3.2.1 多晶制絨機(jī)理 利用HF-HNO3體系對硅片的各向同性腐蝕的特點(diǎn)，在硅片表面制作出橢球冠形凹坑，當(dāng)光線射到凹坑上時，可能形成多次反射，從而達(dá)到減反射效果。 3.2.1 多晶制絨機(jī)理 利用HF-H3.2.2 多晶絨面形成過程 腐蝕最先從損傷層的晶格缺陷處開始，慢慢布滿整個硅片，最終形成橢球冠狀的絨面結(jié)構(gòu)。3.2.2 多晶絨面形成過程 腐蝕最先從損傷層的3.2.3 多晶絨面顯微鏡明場照片3.2.3 多晶絨面顯微鏡明場照片3.2.4 多晶絨面3D形貌圖3.2.4 多晶絨面3D形貌圖3.2.5 多晶制絨化學(xué)試劑氫氟酸、硝酸 、氫氧化鈉氫氟酸、硝酸腐蝕制絨的

20、化學(xué)試劑氫氧化鈉制絨后去除表面形成的多孔硅和表面殘留的酸性氧化物3.2.5 多晶制絨化學(xué)試劑氫氟酸、硝酸 、氫氧化鈉3.2.6 多晶一次清洗工藝流程 去損傷層、制絨氫氧化鈉處理鹽酸/氫氟酸處理甩干清洗機(jī)甩干機(jī)3.2.6 多晶一次清洗工藝流程 去損傷層、制絨氫氧化鈉處理3.2.7 多晶一次清洗設(shè)備工位介紹槽位工序名稱功能處理液時間（sec）溫度（ C）12345678制絨去損傷層制作絨面氫氟酸、硝酸100600109制絨10制絨11純水清洗去離子水360室溫12氫氧化鈉清洗去多孔硅、酸性氧化物氫氧化鈉30室溫13純水清洗去離子水360室溫14鹽酸/氫氟酸清洗去金屬離子、氧化層鹽酸、氫氟酸360室

21、溫15純水噴淋去離子水180室溫16純水清洗去離子水360室溫17預(yù)脫水去離子水60603.2.7 多晶一次清洗設(shè)備工位介紹槽位工序名稱功能處理液時3.2.8 多晶一次清洗流程示意圖制絨漂洗氫氧化鈉清洗漂洗鹽酸/氫氟酸清洗噴淋漂洗預(yù)脫水下料上料花籃3.2.8 多晶一次清洗流程示意圖制絨漂洗氫氧化鈉清洗漂洗鹽4.3.2 多晶絨面外觀及檢測制絨后的硅片表面比制絨前略暗，晶粒之間的差別不太明顯。晶格缺陷處不能腐蝕過深。 腐蝕深度合適 腐蝕過深4.3.2 多晶絨面外觀及檢測制絨后的硅片表面比制絨前略暗，3.2.9 多晶一次清洗工藝特點(diǎn)小結(jié)制絨在較低溫度溫下進(jìn)行絨面為橢球冠形凹坑，表面反射率比單晶金字塔結(jié)構(gòu)高，表面高低起伏較小也可用于任何面的單晶硅片生產(chǎn)過程中引入雜質(zhì)污染較少，較容易處理3.2.9 多晶一次清洗工藝特點(diǎn)小結(jié)制絨在較低溫度溫下進(jìn)行4.1 一次清洗注意事項廠房為10萬級潔凈室，進(jìn)入廠房必須穿工作服，戴手套、帽子和口罩。作業(yè)時必須按照作業(yè)指導(dǎo)書要求穿戴防護(hù)用具。手套破損或污染后及時更換。盡量減少與硅片接觸，取片時盡量只接觸硅片側(cè)面，不接觸硅片表面。拿硅片避免拿在角上。