多晶金剛線切割硅片制絨絨面的分析與應用

王森棟， 白 翔

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

引 言

對于金剛線切片在多晶上的應用而言，由于金剛線切割硅片表面的損傷層較薄，大約5 μm～10 μm，反應活性不足，制絨后，用金剛線切割的硅片的反射率會比用砂漿切割硅片的反射率高出4%～6%[1]，反射率的升高會導致電池短路電流的下降，故轉換效率比砂漿線低。目前，針對金剛線多晶硅片制絨的難題，主要解決辦法有金剛線直接添加劑法、干法黑硅(RIE)及濕法黑硅(MCCE)等，由于RIE和MCCE成本及工藝等原因，目前大多數企業利用金剛線直接添加劑法制備金剛線切割多晶硅片的減反射絨面。

一般來說，在常規生產線，按照HF/HNO3/DI初配，沒有加入添加劑時減重較高，反應較劇烈，氣泡較大、較少，反射率高，絨面會較大、較淺；加入添加劑后減重會明顯降低，反應變慢，但氣泡較小、較多，反射率變低，表面整體變暗，絨面普遍較小、較深。這是因為，金剛線添加劑會降低制絨藥液的表面張力，有利于氣泡、反應的含硅絡合物等形成的“掩膜”脫離硅片表面，尤其是對硅片底部的作用效果較為顯著，因此，在金剛線添加劑作用下促進絨面縱向發展，這樣制絨時縱向反應速度與橫向反應速度差異比無金剛線添加劑時小很多，從而有利于硅片的絨面變小、變深，達到降低反射率的目的。因此，金剛線添加劑首先是抑制制絨反應的進行，使得整體反應速度變慢，同時，通過控制絨面寬度和深度降低反射率，達到陷光效果。本文主要從制絨工藝方面出發，通過對制絨工藝進行優化，更改制絨添加劑的使用量和制絨配槽的初始配比及制絨氫氟酸、硝酸的自動補液量，在多晶金剛線硅片制出優秀的絨面。

1 實驗方案

實驗所用硅片為市售多晶P型A級硅片，面積為156.75 mm×156.75 mm，電阻率為1 Ω·cm～3 Ω·cm，厚度為200 μm，使用Centrotherm制絨設備。

本文首先分析了制絨絨面效果差對后續工藝的影響；其次，對制絨工藝進行優化，調整出合適的金剛線硅片絨面；最后，對多晶金剛線制絨絨面進行整體優化，提高生產線的印刷性能。

表征手段有：舜宇恒平電子天平、ZEISS電子顯微鏡、 BERGER電學性能測試及哲為AS-150 EL測試機。

2 結果及討論

2.1 制絨絨面效果差對后續工藝的影響

在以直接添加劑法制備金剛線切割多晶硅片制絨絨面的生產線上，主要解決兩大問題：

1) 制絨反射率波動大，經常在生產過程中發生絨面效果差、陷阱坑較少及表面線痕明顯現象，如第94頁圖1，反射率高達25%以上，第94頁圖2為后期改進的絨面，反射率在22%左右。

2) 絲網印刷難度大，虛印、斷柵等EL不良問題嚴重。本文分2組實驗，每組500片，對比絲網采用線痕方向垂直于細柵線印刷和線痕方向平行于細柵線印刷的電池片電學性能參數(如表1所示)，垂直方向印刷，EL不良達到3%左右，平行方向印刷，EL不良明顯減少，但平行印刷效率偏低至少0.05%。

圖1 改善前反射率 圖2 改善后反射率

表1 不同印刷方向的印刷性能對比

垂直印刷EL虛印斷柵，不良較多的原因如圖3所示，上部分黑色區域為漿料，下部分白色區域為硅片，中間凸起部分為線痕凸起，如果絨面效果差，腐蝕坑不明顯，會導致表面平整度過差，垂直于線痕的細柵線很容易出現虛印斷柵。

圖3 垂直印刷示意圖

線痕方向垂直/平行于細柵線印刷效率對比差別較大的原因，如圖4所示。圖4a)柵線為線痕垂直于細柵印刷，線寬38.6 μm，圖4b)為線痕平行于細柵印刷，線寬42.25 μm，相同濕重，線寬越寬，印刷越塌陷。電性能參數表現為效率偏低，RS偏高，電流偏低。

圖4 線痕方向垂直/平行于細柵線印刷的電鏡圖

2.2 對制絨工藝進行優化

2.2.1 制絨刻蝕槽液體的初配

由于金剛線切割的硅片刻蝕難度大，制絨刻蝕槽需要更多的HNO3和HF進行刻蝕，砂漿多晶片和金剛線多晶片刻蝕槽初配對比和添加劑補液量實驗數據如表2所示。

表2 砂漿多晶片和金剛線多晶片刻蝕槽液體對比

在液體初配中，砂漿多晶硅片需要的HNO3和HF總量比例在65%，金剛線多晶硅片需要的HNO3和HF總量比例在72%。在金剛線切割多晶硅片制絨工藝中，添加劑的使用量非常關鍵，添加劑會抑制硅片表面的刻蝕，降低反應速率。B組到C組添加劑的補液量逐漸增大，B組絨面由于添加劑過少，達不到很好的抑制效果，導致硅片表面缺陷過量刻蝕出現大量黑絲，反射率在20.38%,D組(見圖5)的絨面由于添加劑過量，雖然反射率低但是絨面效果很差，而C組(見圖5)是在絨面效果好的前提下，降低反射率,C組制絨后的硅片反射率在22.43%，絨面陷阱坑橫向半徑在1.5 μm～2.0 μm，絨面陷阱坑半徑于砂漿片基本一致。正常砂漿片絨面外觀如圖6，絨面陷阱坑橫向半徑也在1.5 μm～2.0 μm。

圖5 不同添加劑補液量絨面電鏡圖

圖6 砂漿片絨面外觀

2.2.2 調節刻蝕深度

針對不同的刻蝕深度分片做對比試驗，結果如第95頁表3，WHQ前選取1 500片分為A、B、C 3組各500片，A組制絨刻蝕深度為1.9 μm～2.0 μm，B組刻蝕控制在2.1 μm～2.3 μm，C組刻蝕控制在2.5 μm～2.6 μm；由實驗數據可得,刻蝕量控制在2.1 μm～2.3 μm最為合適，得到的電池片轉化效率最高。

表3 不同刻蝕量金剛線電池片的電學性能對比

2.2.3 制絨絨面整體優化后產線印刷性能

絨面外觀達到理想效果后，如圖5的C組，反射率控制在22.43% ，刻蝕量控制在2.23 μm ，線痕垂直于細柵線印刷，使用碩禾正銀漿料批量測試90 000片，數據如表4， EL不良比例基本控制在0.2%左右，轉化效率達到18.64%。

表4 不同刻蝕量金剛線電池片的電學性能對比

3 結論

本文首先分析直接添加劑法制備金剛線切割多晶硅片在產線上存在的兩大主要問題，1) 制絨反射率波動大；2) 絲網印刷難度大。針對這兩個問題，對制絨工藝進行優化，更改制絨添加劑的使用量，制絨配槽的初始配比，保證制絨后的硅片反射率在22.43%，絨面陷阱坑橫向半徑在1.5 μm～2.0 μm，同時，絲網印刷采用線痕垂直于細柵線的方式，最終實現金剛線多晶電池片轉化效率提升0.05%，不良率降低2.5%。