晶硅太陽電池前道工序

目錄一、 晶硅太陽能電池工藝簡介二、 硅片來料檢測項目及標(biāo)準(zhǔn)三、 制絨四、 擴散一、 晶硅太陽能電池工藝簡介晶體硅電池工藝分為單晶硅電池工藝和多晶硅電池工藝，它們大體上相同，最大的不同在于第一步的清洗制絨，工藝步驟如下：/硅片清洗、制絨工藝（單晶硅用堿液制絨面，多晶硅用HF和HNO3混合酸制絨面）/擴散工藝（企業(yè)中采用的是POC13液態(tài)源擴散）/ 邊緣刻蝕工藝/ PECVD鍍膜工藝/ 絲網(wǎng)印刷工藝/ 燒結(jié)測試工藝1、硅片清洗制絨目的：清洗是為了除去沾污在硅片上的各種雜質(zhì)，包括油脂、金屬離子、塵埃等；制絨是為了除去硅片表面的切割損傷層，同時得到合理的粗糙表面，減小光在表面的反射，增加光尤其是長波長光在硅片內(nèi)傳輸路徑，獲得適合擴散制p-n結(jié)要求的硅表面。2擴散制p-n結(jié)PN結(jié)是太陽電池的核心部分，擴散的目的：在P型硅片的表面擴散進一薄層磷，以形成p-n結(jié)，p-n結(jié)形成后，能在硅片內(nèi)產(chǎn)生電場，當(dāng)光照射到硅片上被吸收產(chǎn)生電子-空穴對時，電場能將電子-空穴對分開，產(chǎn)生電流?？涛g刻蝕有兩個目的：一是去除硅片邊緣的PN結(jié)，擴散過程中，硅片的外圍表面導(dǎo)電類型都變成了n型。此工序就是刻蝕硅片邊緣，以使前表面與背表面的n型層隔斷，防止電池做出來以后正負極出現(xiàn)短路。二是去除擴散過程形成的磷硅玻璃。PECVD鍍膜PECVD鍍膜的目的：太陽光照射到硅片表面被硅片吸收透射的同時，也會有很大一部分光從該面反射掉，雖然絨面可以減少光的反射，但是仍是有一部分光被反射掉，這就大大減少了太陽能的利用率，所以要在硅片表面接觸陽光的一側(cè)鍍上一層減反射膜，這就大大減少了光的反射損失，增強了吸收光的強度，提高電池效率。薄膜的其他功能：這層薄膜主要由藍色的氮化硅組成，除了前面所說的減反射作用外，還能起到鈍化的效果。同時，致密的氮化硅不透潮氣，具有極低的氧化速率，還可防止劃傷。5絲網(wǎng)印刷目的：通過絲網(wǎng)印刷在太陽能電池的背面印刷背電場、背電極，正面印刷正電極，正面收集電子，背面電極利于焊接以及組件的制成，是硅片制成電池的重要環(huán)節(jié)。6燒結(jié)測試燒結(jié)目的：是為了將作為電極的粘稠漿料烘干，同時完成金屬與硅片的合金化，形成歐姆接觸，便于電極收集電子。測試目的：測試出電池的各項電性能參數(shù)（包括電池效率），把電參數(shù)相近的分為一類（通常為效率相近）。二、 硅片來料檢測項目及標(biāo)準(zhǔn)臺達全檢機為全自動硅片測試分選機，搭載多種類型的檢驗?zāi)＝M，檢測內(nèi)容包括外型、厚度、電阻率、少子壽命、線痕、微裂、微晶粒等等，也是我司用于硅片檢驗的專用設(shè)備。下面是一些術(shù)語的解釋，隱裂：是指延伸到硅片表面，能夠貫穿或不貫穿整個晶片厚度的裂痕，部分肉眼不易察覺。線痕：是指硅片表面出現(xiàn)的單一的一條陰刻線（凹槽），一條陽刻線（凸出），是在硅片拉制過程中出現(xiàn)的硬質(zhì)點而造成的跳線?？煞譃閱蚊婢€痕、雙面線痕、臺階片、密集線痕等。崩邊：硅片邊緣或表面未貫穿單晶硅片的局部缺損區(qū)域，缺角：貫穿單晶硅片邊緣的缺損臟污：是指硅片表面的污跡、黑斑。厚度：硅片厚度指硅片的平均厚薄程度。TTV：是指總厚度變化，即同一硅片的最厚與最薄的極差。尺寸：硅片尺寸主要包含硅片邊長、對角線長、垂直度等。電阻率：用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。硅片的電阻率是用來表示硅片中參雜濃度高低。少子壽命：是指少數(shù)載流子壽命（簡稱少子壽命），是半導(dǎo)體材料的重要參數(shù)，直接反映材料的質(zhì)量和器件的特性，對太陽能電池效率有著重要的影響。WT-1200少子壽命測量儀是使用微波光電導(dǎo)衰退法測試少子壽命，其主要包括激光注入產(chǎn)生電子-空穴對和微波探測信號這兩個過程。904nm的激光注入硅片產(chǎn)生電子-空穴對，導(dǎo)致樣品電導(dǎo)率的增加，當(dāng)撤去外界光注入時，電導(dǎo)率隨時間衰減，這一趨勢間接反映少數(shù)載流子的衰減趨勢，從而通過微波探測電導(dǎo)率隨時間變化的趨勢得到少數(shù)載流子的壽命。三、制絨制絨的目的1、 去除硅片表面的機械損傷層；2、 清除表面油污和金屬雜質(zhì)；3、 增加光的吸收，減少光損失如有圖所示，當(dāng)光入射到具有一定角度的斜面后，光會反射到另一斜面，形成二次或更多次吸收，這就是陷光原理。增加了光的吸收單晶制絨原理利用堿性溶液對單晶硅片具有各向異性腐蝕的特點來制備絨面。通過堿溶液對不同晶向的選擇性腐蝕，在（100）晶向的硅襯底上將（111）面顯露出來。而顯露出來的（111）面交接便在電池表面隨機形成不同尺寸的等邊類金字塔形。

化學(xué)反應(yīng)方程式：陽極處：Si+6OH-一SiO3-2+3H2O+4e陰極處：2H++2e—H2f總的反應(yīng)式：Si+2NaOH+H2O一Na2SiO3+2H2f單晶制絨工藝流程：超聲清洗一水洗一堿制絨一水洗一HCl—水洗一HF—水洗超聲清洗：NaOH溶液，去除表面油污，有機物，金屬絡(luò)合物堿制絨：NaOH溶液、異丙醇（IPA）、添加劑異丙醇（IPA）的作用：1、降低反應(yīng)液的表面張力，使生成的H2快速逸出。2、控制反應(yīng)速率，減弱氫氧化鈉對硅片的腐蝕速度。3、濕化硅表面，以獲得更均勻的腐蝕效果4、溶解硅片表面的有機物殘留HCl:去除硅片表面的金屬離子，Cl容易和金屬生成穩(wěn)定的絡(luò)合物

HF：HF：去除硅片表面的氧化層（SiO2）,多晶制絨的原理：F容易和非金屬生成穩(wěn)定的絡(luò)合物多晶硅表面由于存在多種晶向，從統(tǒng)計的角度看，各向同性，所以不能像單晶硅那樣能利用各向異性進行化學(xué)腐蝕得到理想的絨面結(jié)構(gòu)，所以采用各向同性的酸腐蝕方法來制備絨面。因為多晶硅片表面有很多缺陷點，這些缺陷點反應(yīng)能較高，較沒有缺陷點的表面容易發(fā)生反應(yīng)，這就是絨面形成的原因。多晶制絨工藝流程：酸制絨（HNO3、HF）—水洗一堿洗（KOH）—水洗一酸洗（HCl、HF）—烘干酸制絨酸制絨反應(yīng)機理：第一步、硅的氧化首先硝酸將硅氧化成二氧化硅，生成二氧化氮或一氧化氮Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O（慢反應(yīng)）Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O（慢反應(yīng)）二氧化氮、一氧化氮與水反應(yīng)，生成亞硝酸，亞硝酸很快地將硅氧化成二氧化硅2NO2+H2O=HNO2+HNO3（快反應(yīng)）Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O（快反應(yīng)）4HNO3+NO+H2O=6HNO2（快反應(yīng)）只要有少量的二氧化氮生成，就會和水反應(yīng)變成亞硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就會和硝酸、水反應(yīng)很快地生成亞硝酸，亞硝酸會很快的將硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又與硝酸、水反應(yīng)。。。造成硅的快速氧化，硝酸則最終被還原成氮氧化物。第二步：SiO2的溶解二氧化硅生成以后，很快與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+2H2O;（四氟化硅是氣體）SiF4+2HF=H2SiF6?？偡磻?yīng)SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O最終腐蝕掉的硅以氟硅酸的形式進入溶液。堿洗槽：KOH溶液，主要去除多孔硅和中和硅表面殘余的酸反應(yīng)如下：Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2酸洗槽（HF+HCl）-HF去除硅片在清洗過程中形成的很薄的SiO2層，反應(yīng)如下：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O-HCl去除硅表面金屬雜質(zhì)，鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物減薄量制絨后所要測試的是硅片的減薄量，減薄量=制絨前重量-制絨后重量，擴散深度根據(jù)質(zhì)量，密度計算公式可以求出。減薄量與溶液的濃度，反應(yīng)溫度，滾輪的速度有關(guān)，調(diào)節(jié)減薄量可以從這幾個方面進行調(diào)節(jié)。腐蝕深度=減薄量/密度*面積（m=pv=psh h=m/pv）一般絨面小而均勻比較好。四、擴散所謂擴散，就是物體存在濃度不均勻時，從高濃度流動到低濃度直至平衡的一種現(xiàn)象。當(dāng)磷沉積在硅片表面后，表面與內(nèi)部存在濃度梯度，磷原子在高溫驅(qū)動下穿過晶格到達其平衡位置，在硅片片面形成n型層。擴散的目的：形成PN結(jié)POC13性質(zhì)：POC13是目前磷擴散用得較多的一種雜質(zhì)源，它是無色透明液體，具有刺激性氣味。如果純度不高則呈紅黃色。其比重為1.67，熔點2°C，沸點107^，在潮濕空氣中發(fā)煙。POC13很容易發(fā)生水解，POC13極易揮發(fā)，高溫下蒸汽壓很高。為了保持蒸汽壓的穩(wěn)定，通常是把源瓶放在20C的恒溫箱中。POCL3有巨毒，換源時應(yīng)在抽風(fēng)廚內(nèi)進行，且不要在尚未倒掉舊源時就用水沖，這樣易引起源瓶炸裂。擴散的原理：POC13在高溫下（＞600C）分解生成五氯化磷（PC15）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下：5POC13=3PC15+P2O5生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4P但是，POC13熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，POC13熱分解生成的生成的PC15是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但如果有外來O2存在的情況下，PC15會進一步分解成P2O5并放出氯氣（C12）其反應(yīng)式如下：4PC15+5O2=2P2O5+10C12生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子。在有氧氣的存在時，POC13熱分解的反應(yīng)式為：4POC13+3O2=2P2O5+6C12POC13分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散，反應(yīng)式如前所示：2P2O5+5Si=5SiO2+4P擴散的工藝流程：預(yù)氧化一一預(yù)沉積一一再分布預(yù)氧化是在擴散面表面生成一層氧化層（SiO2），預(yù)沉積是將磷先沉積到氧化層，再分布是將氧化層中的磷擴散到下面的硅內(nèi)。預(yù)氧化的作用：降低表面濃度，減少“死層”“死層”：n/p硅太陽能電池的發(fā)射極n是由磷擴形成的高濃度淺結(jié)區(qū)域，在這種擴散區(qū)中，由于電不活潑磷原子處于晶格間隙位置，會引起晶格缺陷，且由于磷、硅原子半徑不匹配，高濃度的磷還會造成晶格失配。因此在硅電池表層中，少數(shù)載流子的壽命極低，表層吸收短波光子所產(chǎn)生的光生載流子對電池的光電流輸出貢獻甚微，此表層稱為“死層”。為了改善電池的短波光譜響應(yīng)，可以將發(fā)射結(jié)結(jié)深做得很淺，以減少“死層”的影響。預(yù)氧化減少死層的原因：利用雜質(zhì)在氧化層和硅中擴散系數(shù)的差別，透過氧化層進行擴散，可以減少高濃度淺結(jié)擴散中造成的晶格損傷（晶格缺陷和失配），從而減少'死層'的影響，增加短波響應(yīng)。擴散工藝過程中通入的氣體有N2、O2小N2：小流量的氮氣，攜帶磷源進入爐管大N2：大流量的氮氣，凈化爐管為擴散創(chuàng)造凈化環(huán)境O2：參與化學(xué)反應(yīng)Toexhaust氣體在石英管內(nèi)濃度梯度不同，濃度梯度從爐尾向爐口方向降低，工業(yè)生產(chǎn)中為補償工藝氣體濃度梯度帶來的差異，一般采取對溫區(qū)分段進行溫度差異控制。影響擴散的因素：-管內(nèi)氣體中源濃度的大小決定著硅片N型區(qū)域磷濃度的大小。但是沉積在硅片表面的雜質(zhì)源達到一定程度時，將對N型區(qū)域的磷濃度改變影響不大。-擴散溫度和擴散時間對擴散結(jié)深影響較大。-表面濃度和擴散結(jié)深共同決定著方塊電阻的大小。擴散后硅片測試：測試方塊電阻RO和少子壽命。-在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴散層質(zhì)量是否符合-設(shè)計要求的重要工藝指標(biāo)之一。?方塊電阻是標(biāo)志擴散到半導(dǎo)體中的雜質(zhì)總量的一個重要參數(shù)。R□可理解為在硅片上正方形薄膜兩端之間的電阻，他與薄膜的電阻率和厚度有關(guān)，與薄膜的尺寸無關(guān)。?考慮一塊長為1、寬為a、厚為t的薄層如右圖。如果該薄層材料的電阻率為p，則該整個薄層的電阻為R=P1=（「）（1）

t-a ta當(dāng)1=a（即為一個方塊）時，R=p/to可見，（p/t）代表一個方塊的電阻，故稱為方塊電阻，特記為R^=p/t（Q/□）現(xiàn)常用四探針測方阻，我們公司現(xiàn)采用的是直線型四探針，四根探針的針尖在同一直線上，