1、前清洗培训,Side-2,太阳能电池工艺流程,Side-3,制绒和清洗的意义,硅片表面处理的目的：,Side-4,机械损伤层,去除硅片表面的机械损伤层,损伤层去除不足在电性能表现为电流电压较正常片低很多最新的金刚石镀层线切割工艺损伤层平均为1-2um，最大4um,Side-5,反应式为：Si+2NaOH+H2O Na2SiO3 +2H2 ,陷光原理图示,单晶制绒原理,单晶硅片表面的 金字塔状绒面,利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌 ，就称为表面织构化。角锥体四面全是由111面包围形成。,Side-6,1、水分子的屏蔽
2、效应（screening effect）阻挡了硅原子与OH根离子的作用，而水分子的屏蔽效应又以原子排列密度越高越明显。 2、在111晶面族上，每个硅原子具有三个共价健与晶面内部的原子健结及一个裸露于晶格外面的悬挂健，100晶面族每一个硅原子具有两个共价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行时，刻蚀液中的OH会跟悬挂健健结而形成刻蚀，所以晶格上的单位面积悬挂健越多，会造成表面的化学反应自然增快。,111,100,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,图3 悬挂健对反应的影响,各向异性的原因,单晶制绒方法的归纳,Side-8,腐蚀速率快慢由下列三个反应速度来决定。 1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的
3、移动速率； 2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率； 3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。,腐蚀的反应物和生成物是利用腐蚀液之浓度梯度然产生的扩散现象来达到传质的目的。所以，1、3又可称为扩散限制溶解过程（diffusionlimited dissolution），通过搅拌可以提高。2的速率取决于腐蚀温度、材料、腐蚀液种类及浓度，和搅拌方式无关，被成为反应限制溶解过程（reactionrate limited dissolution）。各向异性就是由化学反应的各向速率不同造成的。,单晶制绒影响要素,影响因素分析,NaOH浓度 无水乙醇或异丙醇浓度 制绒槽内硅酸钠的累计量 制绒腐蚀的温度
4、 制绒腐蚀时间的长短 槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度,硅的刻蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、腐蚀液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关,腐蚀速率的影响要素,腐蚀速度的差别造成金字塔的形状,较快的腐蚀速度,较慢的腐蚀速度,怎么样得到好的金字塔,关键因素的分析 NaOH的影响,0.5%,1.5%,5.5%,关键因素的分析 温度的影响,80,85,90,关键因素的分析 IPA浓度的影响,0,5,10,怎样得到好的反射率,反射率和金字塔尺寸和均匀性没有密切关系，取决于金字塔有没有布满,这就要求我们在保证腐蚀量的前提下，做出小而均匀的金字塔并且布满整个硅片。由此延伸出细抛处理技术和制绒添加剂
5、的研究,NaOH only,NaOH IPA,NaOH Si solved,NaOH IPASi solved,表面处理对绒面的影响,反应15分钟时反射率,反应45分钟时,表面处理对反射率的影响,添加剂的作用,1、提高硅片表面的浸润能力， 2、减少溶液的张力。添加剂有很多极性或非极性的功能团来降低腐蚀液表面的张力。 3、制绒添加剂对OH-从腐蚀液到硅片表面有一定的缓冲作用，使NAOH有较宽的工艺范围。 4、节省IPA的使用量以及延长药液的使用寿命（最新添加剂才有）,工艺控制方法,增加IPA,雨点状斑点,斑点,白 斑,绒面没有制满,减少NaSiO3 或加大NaOH,水印,硅酸钠过量,喷林效果不理
6、想,黑斑,硅酸钠附着,没有及时清洗(碱腐蚀后暴露空气时间过长),云雾状白斑,硅片沾污,手指印,脂肪酸沾污,预清洗,制绒常见问题及对策,Side-20,常见问题,Side-21,常见问题,Side-22,常见问题,当前生产中常见问题,绒面均匀性不好：,表面油污以及部分地方发白：,硅片表面沾污的来源,硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可见； 硅片切割后清洗工艺中的有机物沾污；硅片表面的碳沾污； 硅片切割时润滑剂的粘污。如果润滑剂过粘，会出现无法有效进入刀口的现象，如润滑剂过稀则冷却效果不好。这些润滑剂在高温下有可能碳化粘附在硅片表面。 硅片经过热碱处理后提出在空气中，时间过长会与空气中
7、的氧反应形成一层氧化层，这层氧化层一旦形成就很难再清洗下去了。因此，在碱清洗后不能在空气中暴露12秒以上。,表面油脂货摊沾污的结果,减缓去损伤层的量无法形成织构化的成核表面织构化无法形成,存在的沾污,制绒注意事项,有机溶剂+超声有机溶剂溶解有机物质 酸性液体去除法如RCA工艺：热硫酸煮硅片 表面活性剂（部分添加剂已有这功能） NaOCl热处理利用O自由基的强腐蚀性,表面油脂去除方案,单晶碱制绒设备介绍,Side-27,单晶制绒设备（碱制绒125单晶 ）,捷佳创制绒清洗机,制绒清洗机结构,Side-28,结构：制绒清洗机是由电控、机械、液位槽体、气体系统等组成由PLC进行中控。,电控系统,Sid
8、e-29,交流电源（左图）：捷佳创设备所需供电电源为220V,三相五线，其最大功率为5kw,直流电源（右图）：捷佳创设备的直流电源为24V，主要给各直流用电器提供电源,机械系统,Side-30,机械手臂：此机械手臂有两种控制模式，分别是点动模式和步进模式两种。机械手臂的横移和升降系统是马达驱动，其速度由伺服器进行控制，我们现在设置的横移和升降速度分别是300mm/s、500mm/s。机械手臂的退勾和进勾是由气缸驱动。机械手臂有备用手柄在手动状态下点动模式也可进行机械手臂的上下料、横移、升降控制。机械手臂有自己的安全互锁，当打开机械手臂门箱时，机械手臂不会有任何动作，以此来确保安全。,气体系统,
9、Side-31,CDA：其主要作用是驱动各气动阀的开、关。N2：其主要作用为槽体在工艺制程时鼓泡，另外提供N2给N2枪。,PLC系统,Side-32,定义：可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）工作原理：与其它计算机系统一样，PLC的CPU以分时操作方式处理各项任务，程序要按指令逐条执行，PLC的输入、输出就有时差， PLC是采用循环扫描方式工作的（图2-6）。 组成：PLC由输入部分、逻辑处理部分、输出部分三个基本部分组成（图2-1）。,Side-33,各个槽体的作用,设备保养维护安全事项,Side-34,机械部分：拆装气缸拆装机械臂 电气部分：主
10、电源柜 测量各电器元件 液体部分： 无尘室内遇到不明液体一定不要触碰！ .先用PH试纸确认其PH值，如果显示中性，可用抹布进行擦拭处理 .如果PH试纸显示其为酸性或碱性，需佩戴防酸碱手套和防护服进行处理。 安全连锁： 不要Bypass安全互锁,设备维护和检修时必须戴防护用具！,甩干机原理,Side-35,原理:是物理学的离心原理,当离心力大于水在硅片上的附着力力时,就可以甩干 。 技术特点： 高性能可编程控制器控制界面采用彩色汉显监控与管理 可存储多种用户工艺菜单 结构采用洁净化处理技术 可对去离子水电阻率监控 氮气温度控制 故障显示报警采用无刷伺服电机驱动 工作腔密封隔离 锁盖防护,甩干机转
11、子图,甩干机结构,Side-36,结构：甩干机是由电控、机械、气体、纯水、加热系统等组成由PLC进行中控。,电控系统,甩干机硬件主要结构,机械系统,气体系统,纯水系统,加热系统,交直流电,伺服器,转子,气缸,氮气腔,地毯式,甩干机电控系统,Side-37,电机驱动及控制,主控制单元,电阻率监测单元,液晶显示器,腔体加热膜,氮气加热管,电磁阀,报警器,状态传感器,电控系统原理框图,Side-37,甩干机工艺流程,工艺制程程式表,甩干机工艺流程图,装载,甩干,烘干,冲洗,卸载,Side-38,甩干机故障举例,Side-39,甩干机常见故障： .异常现象：在工艺制程时机体特别晃动。分析原因：可能是由
12、于小花篮未对称放到片框中或者机台水平因素。解决办法：及时停止后查看是否对称放，并检查机台水平。.异常现象：工艺制程后发现部分硅片有水珠并未烘干。 分析原因：可能是加热系统没有完全加热或者喷嘴堵塞。解决办法：检查喷嘴，若有堵塞及时清理；查看加热系统是否完全加热。.异常现象：转速丢转或转速不可控或不转分析原因：可能伺服器有问题，可能马达有问题。 解决办法：对应现象检查原因，若部件坏掉及时更换,Side-40,甩干机安全事项,机械部分：拆装气缸开、关门 电气部分：主电源柜测量各电器元件 加热部分：氮气管路氮气加热腔 连接头部分水路连接气路连接 安全连锁： 不要Bypass安全互锁,多晶酸制绒介绍,S
13、ide-41,RENA制绒设备（酸制绒156多晶）,多晶硅腐蚀技术,机械刻槽技术 机械刻槽技术虽然具有刻槽速度快、工艺简单和图形均匀等优点，其生产量也能满足工业生产需要，但是槽的深度一般为50mm，所以要求硅片的厚度至少超过200mm，不适合薄衬底，并且表面较深的沟槽影响太阳电池电极的制作。 反应离子腐蚀技术 此技术的优点是条件容易控制，腐蚀出的多晶硅绒面比较均匀，缺点是降低表面反射的同时也增加表面载流子的复合，工序时间较长，需要相对复杂和昂贵的设备，生产成本较高，不太适合工业化生产。 湿法腐蚀 此方法的优点是工艺简单，成本低，适于工业生产，缺点是这种腐蚀方法是纯化学反应，反应的稳定性不易控制
14、。,Side-42,酸腐蚀原理,Side-43,湿法腐蚀中的酸腐蚀技术是用酸腐蚀液对多晶硅片进行各向同性腐蚀。酸腐蚀液主要由HN03和HF组成，其中HN03是强氧化剂，在酸性腐蚀液中容易得到电子而被还原为NO气体，而硅作为还原剂参加反应，被氧化为致密的不溶于硝酸的Si02，使得HN03和硅隔离，反应停止；但是Si02可以与溶液中的HF发生发应，生成可溶解于水的络合物H2(SiF6)，导致Si02层的破坏，从而硝酸对硅的腐蚀再次进行，最终使得硅表面不断被腐蚀，其具体的反应式如下。 3Si+4HN033S102+2H20+4NO Si02+6HFH2(SiF6)d-2H20 总的反应式为： Si+
15、6HF+HN03H2SiF6+HN02+H20+H2,酸腐蚀过程探讨,Side-44,经过线切割的多晶硅片表面的微裂纹有高的深宽比，但是因为微裂纹的所占的面积相对于整片硅片来说太小，所以反射率很高。 a-反应首先在硅片表面的缺陷处以及其他一些发生反应所需激活能少的地方发生，生成微裂纹，这些微裂纹宽约1 u m ，长可达8 u m b-随着反应进行，反应产生的HN02向周围扩散，当裂纹附近硅表面的HN02达到一定浓度后，自催化过程促使反应开始，微裂纹宽度慢慢增大而腐蚀深度增大较快，此时有较高的深宽比。 c-由于表面损伤程度在酸腐蚀中不断减少，裂纹横向扩展比纵向扩展容易，于是微裂纹越来越宽，腐蚀坑
16、的深宽比不断上升，反射率呈上升趋势。 d-由于受空间的限制，微裂纹相互并吞，形成内球冠凹坑形状，表面形貌变得平坦，失去陷光效果。,配比对表面形貌的影响,Side-45,在高HF区，粗糙的腐蚀表面与自催化机制有关，HN03是限制腐蚀速率的因素。 当HN03浓度较低时，开始时，化学反应仅能在较低激活的位置(如晶体缺陷处)进行，随着催化剂的扩散，化学反应从这些位置向近邻的区域扩散，如果HN03浓度很低，表面就会呈现分离的凹坑或者弧坑，因此这范围配比的溶液可以用于显示材料的缺陷。随着HN03的增加，凹坑和弧坑的密度增加，直到这些坑互相连接形成粗糙的“桔皮”形貌。当HN03浓度增到足够大时整个表面变得难
17、以侵蚀，因为这时HF是限制腐蚀速率的因素，此时表面则呈光滑抛光形状。,结果分析,Side-46,实验中发现，在HN03较HF多的一端，硅片经腐蚀后，硅片表面平整光滑，腐蚀起到了化学抛光的效果； 在HF较HN03多的一端，硅片经腐蚀后，硅片颜色变暗变深，在SEM下观察，表面变得粗糙，腐蚀深度在45um时绒面具有最低的反射率，但此时硅片的损伤层没有完全除去，而且硅片腐蚀质量的可重复性难以控制，这无疑会影响电池效率并给大规模生产带来困难。由上述分析可知，如果只考虑降低硅片的反射率，微裂纹布满硅片表面是最好的选择，这种表面织构可能可以应用在有良好表面钝化的背电极太阳电池。 但考虑目前后续的常规太阳电池
18、工艺，介于微裂纹与气泡状的表面形貌更可取。,多晶硅酸腐蚀工艺设计方法,Side-47,多晶硅表面织构是多晶硅太阳电池生产的第一步，绒面的好坏对后续工艺有很大的影响，多晶硅腐蚀的化学反应十分复杂，而且难以控制。如何在兼顾光学和电学性能，如何在工业化生产中控制绒面的稳定性，是我们工艺设计需要面临的重要问题。 原则一：设计工艺应在充分去除损伤层的前提下获得较平整的表面形貌。 原则二：为了控制反应的稳定性，反应温度一般要在10左右，酸的浓度不宜 过高。 原则三：浓度不要太高，过高的浓度会导致腐蚀坑纵向深度太大，在镀减反膜 时会出现花片。过高的浓度会导致反应剧烈到不可控。,RENA设备：各槽作用,48,
19、Acidic saw damageetching and texturing,Drying,Acidic cleaning,Rinsing,Rinsing,KOH cleaning,Rinsing,Remove saw damage and create rough wafer surface,remove residual acid and assist to create rough wafer surface,1:remove residual alkaline2:remove metal ion 3:make wafer hydrophobic,Remove residual chem
20、ical and clean wafer,Make wafer dry,Chemistry HF/HNO3 Di-H2O KOH Di-H2O HCl, HF Di-H2O Air Channel Dryer Temperature 6-9 C 20 C 20C 20C 20C 20C ambient Process time 2 min 0.5 min. 0.5 min. 0.5 min. 1 min. 0.5 min. 0.5 min.,RENA设备：常见问题,49,RENA工艺：报警分析及解决,50,RENA：工艺过程参数控制,51,日常生产过程中要严格监控腐蚀量与反射率，若修改参数或者
21、手动补液需在相应表格内认真填写,常见异常处理黑丝严重,52,常见异常处理蓝黑片,53,产生原因：下料台操作人员手套脏污，污染硅片表面。 预防措施：下料台操作人员每生产2批次后必须及时更换外层pvc手套，在生产过程中严禁手套接触皮肤，头发和带有油脂的物品。手套沾水后必须更换，严禁用湿手套接触硅片。收片过程禁止手套接触硅片扩散面。 应急处理：发现手套脏污后立刻更换。,产生原因：下料台滚轴受到 污染或带有液体。 预防措施：每班生产前必须用无水乙醇仔细擦拭下料台滚轴后方可投产。 应急处理：当机台出现带水硅片时，操作人员必须确认滚轴是否沾染液体，如有沾染需及时处理，防止后续硅片沾有水迹造成不良。,产生原因：硅片表面有颗粒或水珠。 预防措施：1.请生产做好前清洗和扩散工段6s工作，避免颗粒污染硅片表面。 2.请前清洗下料台操作人员和扩散插片人员正确佩带好口罩，杜绝由口水飞溅至硅片表面导致黑点。 应急处理：无。,产生原因：脏污花篮或者石英舟污染硅片 预防措施：生产前检查花篮洁净情况发现脏污的花篮及时隔离，严禁生产时使用脏花篮，脏花篮需清理后方可重新使用。若发现是扩散舟迹通知扩散隔离问题石英舟 应急处理：生产时发现花篮脏污及时隔离。,
