單晶硅清洗工藝課件

1、單晶硅清洗工藝第1頁，共26頁。1 概述2 一次清洗（擴散前清洗）3 二次清洗（去磷硅玻璃清洗）4 腐蝕液濃度的檢測和調(diào)整5 安全注意事項 目錄第2頁，共26頁。1.1太陽能電池片生產(chǎn)工藝流程：分選測試PECVD一次清洗二次清洗燒結(jié)印刷電極等離子刻蝕檢驗入庫擴散概述第3頁，共26頁。一次清洗2.1一次清洗的目的：a.清除硅片表面的油類分子及金屬雜質(zhì)。b.去除切片時在硅片表面產(chǎn)生的損傷層。硅片機械損傷層（10微米）圖2 單晶硅表面損傷層去除第4頁，共26頁。 c.形成金字塔型的絨面。 一次清洗圖3 單晶硅片表面的金字塔狀絨面圖4 單晶硅片表面反射率第5頁，共26頁。制備絨面的目的及機理： 減少光

2、的反射率，提高短路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 解釋機理： 當光入射到一定角度的斜面，光會反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。一次清洗圖5 絨面減少反射的機理第6頁，共26頁。2.2一次清洗的設(shè)備：圖6 CS-6060型連續(xù)式清洗設(shè)備圖7 CS-6060型清洗設(shè)備部分管路一次清洗第7頁，共26頁。一次清洗設(shè)備的主要組成： 清洗主體、移載機械手、抽風(fēng)系統(tǒng)和PLC電控及操作系統(tǒng)。 設(shè)備所需動力及其他： 電源：三相38010%，50Hz(5線制） 最大功率：110kw。 DI水：壓力2-3kg/cm2，流量3m3/hr(max) 。 工水：壓力2-3kg/cm

3、2，流量2m3/hr。 壓縮空氣：壓力4-6kg/cm2，流量20m3/hr。 氮氣：壓力2-3kg/cm2，流量100m3/hr。 環(huán)境要求：空氣溫度5-40，相對濕度：80%。滿足的工藝節(jié)拍要求： 最大：1800片/小時。 一次清洗第8頁，共26頁。硅片檢驗硅片插合制絨面HF酸慢拉噴淋漂洗去損傷層HCl酸干燥檢測漂洗漂洗噴淋上料一次清洗2.3一次清洗工藝流程：圖8 一次清洗工藝流程第9頁，共26頁。槽位1#2#，3#，4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#，14#時間5-6.5分鐘25-30分鐘2分鐘3-4分鐘20秒種4分鐘5-6.5分鐘4分鐘4分鐘4.5分鐘15分鐘溶液組成20

4、%的NaOH溶液(85) 2%的NaOH、異丙醇溶液(85) 純水（漂洗）純水（噴洗）HF溶液純水（漂洗）HCl溶液純水（漂洗）純水（噴淋）純水（慢拉）(60-70)清潔空氣（100-110）作用去除硅片切割過程中的晶格損傷層制備金字塔型結(jié)構(gòu)的絨面，以減少反射率。清洗硅片表面殘留制絨液清洗硅片表面殘留制絨液清除硅片表面殘留Na2SiO3和SiO2層清洗硅片表面殘留HF去除硅表面金屬雜質(zhì)和硅酸鹽類雜質(zhì)清洗硅片表面殘留HCl清洗硅片表面殘留HCl充分潔凈硅片表面充分干燥硅片表面一次清洗2.4一次清洗工藝條件第10頁，共26頁。一次清洗2.5一次清洗各槽位腐蝕原理1#槽位：熱的NaOH溶液去除表面切

5、割損傷層，反應(yīng)如下： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H22、3、4#槽位：制備絨面，硅片在熱堿和IPA以及添加劑混合 溶液中發(fā)生如下主要反應(yīng)： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2 在此反應(yīng)溶液中，IPA起著消除H2氣泡和調(diào)節(jié)各向異性 刻蝕因子的作用，添加劑作用是緩沖腐蝕劑，減小腐蝕 速率。第11頁，共26頁。一次清洗7#槽位：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 = H2SiF6+2H2O9#槽位：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 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu+、 Cd 2

6、+、Hg 2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物。第12頁，共26頁。二次清洗3.1 二次清洗的目的： 在形成PN結(jié)的擴散過程中，在硅片表面生長了一層一定厚度的磷硅玻璃，為了形成良好的歐姆接觸，減少光的反射，在沉積減反射膜后續(xù)工藝之前，必須把磷硅玻璃腐蝕掉。第13頁，共26頁。3.2二次清洗的設(shè)備：二次清洗圖9 CS-3060型連續(xù)式清洗設(shè)備第14頁，共26頁。二次清洗設(shè)備的主要組成：清洗主體、移載機械手、抽風(fēng)系統(tǒng)和PLC電控及操作系統(tǒng)。 設(shè)備所需動力及其他： 電源：三相38010%，50Hz(5線制）。 最大功率：38kw。 DI水：壓力2-3kg/cm2，流量0.5m3/hr(max) 。 工

7、水：壓力2-3kg/cm2，流量1.5m3/hr。 壓縮空氣：壓力4-6kg/cm2，流量10m3/hr。 氮氣：壓力2-3kg/cm2,流量40m3/hr。 環(huán)境要求：空氣溫度5-40，相對濕度：80%。滿足工藝節(jié)拍要求： 最大：1800片/小時。二次清洗第15頁，共26頁。二次清洗檢測硅片插合去磷硅玻璃慢拉噴淋干燥漂洗上料下料3.3二次清洗的工藝流程：第16頁，共26頁。3.4二次清洗工藝條件：槽位1#2#3#4#5#，6#時間2分鐘2.5分鐘2.5分鐘2分鐘15分鐘溶液組成HF和NH4F的混合溶液純水（漂洗）純水（噴淋）純水（慢拉）清潔空氣（100-110）作用去除硅片表面磷硅玻璃清洗硅

8、片表面殘留溶液進一步清洗硅片表面殘留液充分潔凈硅片表面充分干燥硅片表面二次清洗第17頁，共26頁。二次清洗3.5二次清洗腐蝕原理： 因為在擴散中磷硅玻璃在較低的溫度就形成了： 4 POCl3 + 3 O2 = 2 P2O5 + 6 Cl2因此磷硅玻璃中磷可以認為部分是P2O5 ，其他是2SiO2 P2O5 或SiO2 P2O5 ，此三種成分分散在二氧化硅中。在較高的溫度的時候， P2O5作為磷源與Si發(fā)生了如下反應(yīng)： 2 P2O5 +5 Si = 5 SiO2 + 4 P所以去磷硅玻璃清洗實質(zhì)上就是去除硅片表面的SiO2 。第18頁，共26頁。 在二次清洗過程中，對二氧化硅的腐蝕發(fā)生如下反應(yīng)：

9、 SiO2+6HF = H2SiF6+2H2O 由于這個反應(yīng)太快，不便于控制，因此不能單獨用氫氟作為腐蝕劑。根據(jù)化學(xué)平衡原理，減小氫氟酸的濃度和氫離子濃度，可以降低腐蝕速度。所以要在氫氟酸的溶液中加入氟化銨溶液，以減少氫氟酸的濃度和氫離子的濃度，從而減緩氫氟酸對SiO2的腐蝕速度。其原因： 1. 氟化銨是一種弱酸和弱堿組成的鹽，由于它在水中可 以電離為銨離子和氟離子，溶液中大量的氟離子的存 在使氫氟酸在溶液中的電離平衡HF = H+ + F 向左移 動。 2.氟化銨能與氫氟酸結(jié)合生成絡(luò)合物氟氫化銨NH4HF2， HF + NH4F = NH4HF2 從而減低了氫氟酸的濃度。當氫氟酸和二氧化硅作

10、用二次清洗第19頁，共26頁。 時，氫氟酸濃度因消耗而減少，這時氟氫化銨NH4HF2就電離生成氫氟酸，繼續(xù)補充氫氟酸，使氫氟酸的濃度基本上保持不變，同時氫離子濃度變化不大，從而使腐蝕過程保持一定的較低速度。3.由于反應(yīng)生成的六氟硅酸H2SiF6是一種強酸，在溶液中全部電離。隨著反應(yīng)地進行，氫離子的濃度不斷增加，就不斷增加反應(yīng)速度。加入氟化銨以后，在反應(yīng)中就不能生成六氟硅酸，而是生成六氟硅酸銨，使氫離子濃度不會隨反應(yīng)而增加。二次清洗第20頁，共26頁。4.1 滴定管使用以及滴定技術(shù)：腐蝕液的檢測和調(diào)整 滴定管是滴定時準確測量溶液體積的容器，分酸式和堿式兩種。酸式滴定管的下部帶有磨口玻璃活塞，用于

11、裝酸性、氧化性、稀鹽類溶液；堿式滴定管的下端用橡皮管連接一個帶尖嘴的小玻璃管，橡皮管內(nèi)有一玻璃球，以控制溶液的流出速度。第21頁，共26頁。4.2 NaOH濃度的檢測：腐蝕液的檢測和調(diào)整NaOH + HCl = NaCl + H2O 40 ： 36.5 M NaOHV NaOH ： M HClV HCl其中M HCl已知，V NaOH=10毫升，V HCl通過測量可知，則未知的氫氧化鈉溶液濃度M NaOH可以由計算得到。 M NaOH=0.011M HClV HCl（克/升）第22頁，共26頁。4.3 HCl濃度的檢測：腐蝕液的檢測和調(diào)整 NaOH + HCl = NaCl + H2O 40

12、： 36.5 M NaOH V NaOH ： M HClV HCl其中M NaOH已知為80克/升，V HCl=10毫升， V NaOH通過測量可知，則未知的鹽酸溶液濃度M HCl可以由計算得到。 M HCl = 91.25M NaOH V NaOH第23頁，共26頁。4.4 HF濃度的檢測：腐蝕液的檢測和調(diào)整NaOH + HF = NaF + H2O 40 ： 20 M NaOHV NaOH ： M HFV HF其中M NaOH = 80克/升，V HF = 10 毫升，V NaOH通過測量可知，則未知的氫氟酸溶液濃度M HF可以由計算得到。 M HF = 50 M NaOH VNaOH第24頁，共26頁。安全注意事項 NaOH、HCl、HF都是強腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道