清洗工藝在太陽能電池工業化生產中的應用

邱燕

摘要：太陽能電池工業化生產中采用前清洗工藝，可以有效地去除硅片表面的機械損傷層，清除表面油污和金屬雜質，形成起伏不平的絨面進而增加對太陽光的吸收，增加PN結面積，最終提高硅晶體太陽電池的光電轉換效率。后清洗工藝可以有效地進行濕法刻蝕和去除在擴散過程中形成的PSG。

關鍵詞：前清洗；后清洗；制絨；刻蝕太陽能電池是一種利用光生伏特效應把光能轉變為電能的器件，是太陽能光伏發電的基礎和核心。自哥哈本會議后，從美國到歐盟等各個發達國家已經把新能源和節能提高到社會和經濟發展的戰略高度，中國政府也在2009年的國務院文件中提出要加大對新能源等戰略性新興產業的金融支持，太陽能光伏發電成為了電力學科的一大研究熱點。然而，我國太陽能發電卻一直處于“花香卻難滿園”的尷尬處境，其主要原因在于居高不下的制造成本導致電價水平不能與其他發電方式形成競爭，目前太陽能電池大規模生產中大多采用的在硅襯底片表面制備高質量的減反絨面（制絨）來提高太陽能電池光電轉換效率是解決這一問題的關鍵手段[1]。

1清洗工藝在硅晶體電池生產中的應用

前清洗（制絨）主要是去除硅片表面的機械損傷、硅片表面的油污和金屬雜質和形成起伏不平的絨面，增加硅片對太陽光的吸收。后清洗（刻蝕）主要是.去除背結和使邊緣絕緣。

1.1 前清洗工藝

前清洗工藝中以HF-HNO3為基礎的酸腐蝕技術制備出的mc-Si片的絨面是由很多半球形狀的“凹陷”組成，這些凹陷具有很好的陷光作用，因此極大地提高了mc-Si太陽電池的性能。

多晶前清洗工藝以酸腐蝕液為HF、HNO3和去離子水按一定比例混合而成,其中HNO3為強氧化劑,在硅片表面形成SiO2；HF 的作用是與反應的中間產物SiO2反應生成絡合物H2 SiF6以促進反應進行;水對反應起緩沖作用;反應中還會生成少量的HNO2,它能促進反應的發生,因此這是一種自催化反應。

單晶前清洗工藝利用低濃度堿溶液對晶體硅在不同晶向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌，以減少硅片表面的反射率。

反應式為：Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3+2H2 ↑

單晶前清洗常出現的異常現象及處理方式：1）出現雨點狀的斑點，只要加入少量乙醇或異丙醇即可消除。2）硅片上端部分光亮，表明液位不夠或溶液粘稠度過大，使籃框漂浮起來。3）硅片表面有流水印，說明溶液內硅酸鈉過量，適當加大NaOH的用量；還有可能噴淋效果不理想。4）硅片局部或全部發白，說明硅片局部反應不均勻或表面反應受到抑制，可通過延長反應時間、提高溶液濃度等方法緩解。5）硅片表面殘留硅酸鈉，觀察清洗效果，提高水洗溫度或提高水洗流量。6）花籃印：一般為硅片與花籃接觸阻礙硅片反應的速率，可以通過提過藥液濃度、延長反應時間或清洗花籃等措施進行緩解。

前清洗設備的主體分為以下八個槽，此外還有滾輪、排風系統、自動及手動補液系統、循環和溫控系統等，其中各槽體作用主要有：

Etch bath制絨槽，是整個設備的核心部分，作用是去除損傷層、形成絨面；主要含有DI水、HF、HNO3按一定比例混合均勻后配成。反應溫度通常在7-9度。

Dry1 1號干燥槽，通過風刀將硅片上下表面溶液吹回制絨槽，這樣做的目的是干燥表面的同時也降低了化學品的用量。

Rinse1 1號水洗槽，稀釋硅片表面殘留酸的濃度。

Alkaline rinse堿洗槽，主要作用是吃去由制絨時產生的多孔硅，以及中和剩余殘留的酸。溶液為KOH與DI水的混合液，反應溫度通常在22度左右。通常制絨后硅片表面發黃和堿槽都有關系。

Rinse2 2號水洗槽，沖洗硅片表面殘留的堿。

Rinse3 3號水洗槽，去除硅片表面的酸。

Dry2 2號干燥槽，我們現在的新機臺是采用熱風吹干的，溫度大概在35度左右。完成這道后制絨才算結束。

1.2 后清洗工藝

后清洗工藝利用HNO3和HF的混合液體對硅片表面進行腐蝕,去除邊緣的N型硅,使得硅片的上下表面相互絕緣。

后清洗設備各槽體的作用主要在于以下幾個方面：

Etch bath刻蝕槽，是整個設備的核心部分，作用是去除背結、邊緣絕緣；主要含有DI水、H2SO4、HF、HNO3按一定比例混合均勻后配成。反應溫度通常在7-9℃。與前清洗相比，后清洗硝酸與HF的比例要大的多，主要是目的不一樣，后清洗要求背面做的越光越好，這樣可以增加開壓。

Dry1 1號干燥槽，通過風刀將硅片上下表面溶液吹回制絨槽，這樣做的目的是干燥表面的同時也降低了化學品的用量。

Rinse1 1號水洗槽，稀釋硅片表面殘留酸的濃度。

Alkaline rinse堿洗槽，主要作用是中和剩余殘留的酸。溶液為KOH與DI水的混合液，反應溫度通常在22度左右。

Rinse2 2號水洗槽，沖洗硅片表面殘留的堿。

Acid rinse酸洗槽；主要由HF、DI水按一定比例的混合液。HF的作用是去除表面的SiO2，同時硅片形成斥水效應，在后道中容易被吹干。

Rinse3 3號水洗槽，去除硅片表面的酸。

Dry2 2號干燥槽，我們現在的新機臺是采用熱風吹干的，溫度大概在35度左右。完成這道后刻蝕才算結束。

[參考文獻]

[1]謝健,馬勇剛,廖華.太陽電池及其技術講座（三）各種太陽能電池[J].可再生能源，2007，25（3）：108-112.