多晶硅太陽(yáng)電池的制絨工藝及安全生產(chǎn)

邱燕

摘 要：為了提高多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率，降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本，生產(chǎn)中進(jìn)行制絨工藝是一種很有效的辦法。本文介紹了相關(guān)的工藝流程和制絨原理，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，給定了相應(yīng)的制絨工序工藝要求和其流程的基本操作。

關(guān)鍵詞：多晶硅；制絨；陷光原理；減反射

世界能源形式緊迫，已經(jīng)成為世界十大焦點(diǎn)問題之首。預(yù)計(jì)到2050年，全世界人口總數(shù)預(yù)計(jì)將達(dá)到100億，按GDP增長(zhǎng)1.6%/人·年，GDP單位能耗按每年減少1%，則能源需求裝機(jī)大約達(dá)到30-60TW。世界上潛在的水能資源約4.6TW，而經(jīng)濟(jì)可開采的資源大約只有0.9TW，風(fēng)能實(shí)際可開發(fā)資源僅約2-4TW，生物能3TW（總計(jì)8TW）；太陽(yáng)能潛在資源120000TW，實(shí)際可開采資源達(dá)到600TW，所以，太陽(yáng)能是唯一能保證人類未來需求的能源來源。

哥哈本會(huì)議后，從美國(guó)到歐盟等各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把新能源和節(jié)能提高到社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，中國(guó)政府也在2009年的國(guó)務(wù)院文件中提出要加大對(duì)新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的金融支持，可以預(yù)見，未來光伏產(chǎn)業(yè)將受到更多政策傾斜。太陽(yáng)能電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷翘?yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。

1 多晶硅太陽(yáng)電池現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)鏈

目前，硅太陽(yáng)電池占太陽(yáng)點(diǎn)成本的絕大部分（94%）[1]，太陽(yáng)能電池分為單晶電池和多晶電池，但是它們的結(jié)構(gòu)基本一樣，都有以下部分組成。

多晶硅具有比單晶硅相對(duì)低的材料成本，同時(shí)多晶硅片具有跟單晶硅相似的光電轉(zhuǎn)換效率，多經(jīng)過電池將進(jìn)一步取代單晶硅電池市場(chǎng)。提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本是改進(jìn)硅光電池的兩個(gè)主要方面[2]。

2 太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)工藝流程

清洗與制絨目的是去除硅片表面的機(jī)械損傷層及表面油污，形成起伏不平的絨面，增加硅片對(duì)太陽(yáng)光的吸收。單晶硅電池的原理是利用堿溶液對(duì)單晶硅各個(gè)晶面腐蝕速率的不同，在硅片表面形成類似金字塔狀的絨面，其反應(yīng)式為：

Si+2NaOH=NaSiO3+2H2

多晶硅電池是利用硝酸的強(qiáng)氧化性和氫氟酸的絡(luò)合性，對(duì)硅片進(jìn)行氧化和絡(luò)合剝離，導(dǎo)致硅表面發(fā)生各向同性非均勻性腐蝕，從而形成類似凹陷坑狀的絨面，其反應(yīng)式為：

Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO3+4H2O

3 制絨工藝

3.1 制絨原理

制備絨面的目的是去除硅片表面的機(jī)械損傷層，清除表面油污和金屬雜質(zhì)，形成起伏不平的絨面，減少光的反射，增加硅片對(duì)太陽(yáng)光的吸收，提高短路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。其采用的陷光原理是當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)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。

3.2 制絨工序工藝要求

⑴片子表面5S控制。不容許用手摸片子的表片，要勤換手套，避免擴(kuò)散后出現(xiàn)臟片。

⑵稱重。每半小時(shí)都要做腐蝕深度檢測(cè)，不允許編造數(shù)據(jù)，搞混批次等。要求每次測(cè)量5片。放測(cè)量片時(shí)，把握均衡原則。每道放一片，便于檢測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性以及溶液的均勻性。

⑶刻蝕槽液面的注意事項(xiàng)。正常情況下液面均處于綠色，如果一旦在流片過程中顏色改變，立即通知工藝人員。

⑷產(chǎn)線上沒有充足的片源時(shí)，工藝要求。停機(jī)1小時(shí)以上，要將刻蝕槽的藥液排到tank，減少藥液的揮發(fā)。

停機(jī)15分鐘以上要用水槍沖洗堿槽噴淋及風(fēng)刀，以防酸堿形成的結(jié)晶鹽堵塞噴淋口及風(fēng)刀。

停機(jī)1h以上，如有假片，要跑假片；如果沒有假片，先每道放一片正常片以觀察腐蝕量，并做相應(yīng)調(diào)整；且要在生產(chǎn)前半小時(shí)用水槍沖洗風(fēng)刀處的滾輪，杜絕制絨后的片子有滾輪印。

⑸前清洗到擴(kuò)散的產(chǎn)品時(shí)間。最長(zhǎng)不能超過4小時(shí)，時(shí)間過長(zhǎng)硅片會(huì)污染氧化，到擴(kuò)散污染爐管，從 而影響后面的電性能及效率

3.3 制絨工藝流程的基本操作

工作時(shí)必須穿工作衣、鞋，戴工作帽和兩層手套：內(nèi)層為棉手套，外層為PVC手套，每班次更換4次，每3小時(shí)更換一次；

準(zhǔn)備好承載盒、海綿條、美工刀、裝片記錄以及工序流程卡。查看配料單，確認(rèn)原材料信息以及數(shù)量，并填寫裝片記錄和工序流程卡（一區(qū)）。

檢查硅片周轉(zhuǎn)箱確認(rèn)包裝無撞擊破損后打開，取出硅片包裝盒，在裝片記錄上記錄相關(guān)信息。將硅片的分批按順序整齊擺放在臺(tái)面上，并將工序流程卡記錄準(zhǔn)確。

從每半小時(shí)抽取五片作為測(cè)試片，每道抽取一片，用天平測(cè)量其重量，并記錄在腐蝕厚度表中。

按照工藝要求檢查溶液、溫度、帶速、流量的各項(xiàng)參數(shù)。

放片過程中需及時(shí)將碎片、裂紋片、缺角、隱裂、氣孔片、臟片、線痕片以及其它與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不相符合的硅片挑出，并做好記錄。手動(dòng)下料，將機(jī)臺(tái)上經(jīng)制絨后的硅片收入白色片盒中。

檢測(cè)制絨后減薄量的大小并記錄表單，填寫流程單：來料檢驗(yàn)、裝片及清洗制絨三個(gè)步驟的入料時(shí)間、入料數(shù)量、出料時(shí)間及出料數(shù)量、機(jī)器碎片、人為碎片、腐蝕厚度單面；最后傳給擴(kuò)散工序。

4 結(jié)語(yǔ)

本文為堿制絨工段的作業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)的操作指導(dǎo)，使堿制絨工段的生產(chǎn)操作管理規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，提高多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本。

[參考文獻(xiàn)]

[1]魏奎先，戴永年，馬文會(huì)，等.太陽(yáng)能電池硅轉(zhuǎn)換材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].輕金屬，2006（2）：52-56.

[2]陳永生，王海燕，楊仕娥.光陷阱在鬼精太陽(yáng)電池中的應(yīng)用[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2004，42（5）：56-57.