金剛線切割多晶硅片制絨工藝研究

錢義龍

【摘 要】本文通過分析金剛線切割多晶硅片在常規鏈式多晶制絨工藝中存在的絨面缺陷及改善，在原有常規制絨工藝下引入金剛線切割匹配的制絨添加劑改善絨面織構提高絨面均勻度，降低反射率，有利于改善PN結平整性，改善電池片短路電流及提升轉換效率。太陽能電池絨面反射率降低3%～5%，短路電流提高30mA-800mA，從而使電池效率提高0.1%以上，且產品反射率低，絨面出絨率高，絨面均勻性優，產品穩定性高。

【關鍵詞】多晶硅；金剛線切割；反射率

引言

金剛線切割多晶硅片因具有經濟環保、切割效率高、所切割的硅片在后續電池工藝制作中碎片率低，硅片成本低等優點，目前逐步替代傳統砂漿多線切割技術，并成為硅片切割的主流技術。但是，金剛線切割技術作為一種新型的晶體硅片切割技術，同樣也存在一定的技術難題有待于進一步研究解決。由于硅片切割技術的不同，金剛線切割多晶硅片表面損傷少，并且多晶硅片表面產生線痕嚴重，導致在多晶電池制絨工藝過程中，目前現有硅片表面酸制絨技術難以獲得理想的絨面，進而嚴重影響多晶硅金鋼線切割硅片的批量使用，主要問題在于制絨后的硅片表面反射率高，制成電池片后的光電轉換效率低。

基于此，針對金剛線切割多晶硅片制絨，本文對比研究引入金剛線切割匹配的制絨添加劑改善絨面織構，提高絨面均勻度，和絨面形貌，降低成絨后的絨面反射率，提高制成電池片的短路電流、及光電轉換效率。

一、試驗原理

多晶硅采用酸制絨的方法，利用（HF+HNO3）為基礎的水溶液體系對多晶硅表面進行腐蝕，為了促使在有效時間內使金剛線切割多晶硅片表面成長出均勻性良好，反射率低的織構狀絨面，我們引入一種有利于金剛線切割多晶硅片成絨的化學品，簡稱制絨添加劑。但是，多晶酸制絨的基本反應是不變的，酸腐蝕的反應機制分為兩個步驟。首先，是利用硝酸的強氧化作用氧化硅片表面，使硅表面生成一層SiO2，然后，多晶硅表面形成的SiO2被氫氟酸絡合形成可溶性絡合物。

其反應方程式為：

步驟I： Si+2HNO3 → SiO2+2HNO2

2HNO2 → NO+NO2+H2O

步驟II：SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O

總反應方程式：

Si+2HNO3+6HF→H2SiF6+NO+NO2+

3H2O

當硅片浸入腐蝕液中時，腐蝕反應最先發生在表面活性能最高的位置，腐蝕液沿著硅片的微裂紋快速擴散并高速腐蝕，進而沿著各個方向擴張。隨著時間的延長，線狀腐蝕坑開始出現明顯大小差異。

制絨添加劑在硅片反應過程中提高硅片腐蝕速率，促使硅片表面成絨，增加金鋼線切割硅片表面反應程度。首先，引入金鋼線切割添加劑后，在硅片腐蝕時增加硅片表面的活化能使化學反應更加平穩，并能夠在密集線痕處成功長出絨面；其次，硅片腐蝕中會產生少量HNO2，金鋼線切割添加劑可減緩它的產生速度，降低催化速率；再者，金鋼線切割添加劑可有效加快氣泡在硅片表面的脫離速度，減少反應不均勻的現象。

二、試驗方案與數據分析

本文針對多晶硅金剛線切割硅片絨面織構的改善，添加一種輔助成分的添加劑，主要試驗包括以下步驟：

（一）試驗具體方案

1.試驗采用導電類型為P型156.75*156.75的金鋼線切割多晶硅片，所有硅片都未去除損傷層。

2.配方：制絨工藝配方和補加藥液配方不作任何變動。工藝配方按HNO3：HF：H2O 5：1：2.7 。控制傳動速度和腐蝕液溫度，得到減薄量為0.30g～0.35g制絨后的硅片。

3.分組試驗：分別選取A和B各一組為試驗對象，組名分別為A：未添加金鋼線制絨添加劑和B：添加金鋼線制絨添加劑。在試驗過程中，分別加入金鋼線制絨添加劑標準用量的0份（即不加入添加劑，為對照試驗）、1L、2L、3L、4L。即首先按廠家分成兩大組試驗，每一大組再次分為五個小組進行。試驗加入量與分組情況見表1。

4.通過實驗分組對比，A：未添加金鋼線制絨添加劑，制絨后絨面沒有完全張開，光電轉換效率低。B：添加金鋼線制絨添加劑，轉換效率及短路電流均有明顯變化，但因添加量的不用，未對其制絨成絨體系造成明顯干擾。其中添加3L金鋼線制絨添加劑的絨面表現均勻，光電轉換效率有明顯增益。

B組添加制絨添加劑的對照組，在硅片反應過程中提高硅片腐蝕速率，促使硅片表面成絨，增加金鋼線切割硅片表面反應程度，進而降低絨面反射率，使絨面更加均勻；制絨后形成的腐蝕坑絨面的大小分布由于和400nm-1000 nm光子波長匹配而共振，使得絨面更有利于對光子的捕獲而造成陷光效果，增加折射，降低反射率；對表層硅晶格缺陷，即對懸鍵進行配位和鈍化的穩定劑成分，有效降低表面缺陷造成的復合；高效表面清洗劑，能在強酸性環境中快速去除表面的納米級顆粒以及過渡金屬離子，這樣作用可以壓制表面復合和減少死結的產生。

B組添加制絨添加劑的金鋼線切割硅片所制的絨面在放大500倍放大下，使用添加劑的絨面腐蝕坑窄而深，且線痕密集處有明顯的成絨的織構化絨面，且單位面積的腐蝕坑數量多，反射率低，具有較好的陷光性。

ISC對比：

EFF對比：

三、總結

在金鋼線切割多晶硅片常規制絨藥液中引入金鋼線添加劑，能促使金鋼線切割多晶硅片表面成絨，在切割線痕處成長處微觀密集的腐蝕坑，使絨面絨面更加均勻，均勻分布的制絨腐蝕坑有利于對光子的捕獲而造成陷光效果，增加折射，降低反射率，減少表面復合和死結的產生，進而大大提高金鋼線切割硅片短路電流及光電轉換效率。

參考文獻：

[1] 季靜佳，絨面技術在太陽能電池領域中的應用，太陽能研究與利用，文章編號：1001-5523，2004，增刊-0048-03。

[2] Martin A.Green，硅太陽能電池高級原理與實踐，上海交通大學出版社。endprint