單晶制絨工藝酸堿清洗液配比及濃度對清洗效果的影響

李雪方 武佳娜 郭麗 梁芳楠

【摘 要】 本文從單晶制絨酸堿清洗出發，結合擴散制結工藝，分析闡述制絨清洗效果對電池片性能與外觀質量的影響。結果表明：堿清洗中KOH與H2O2在合適的配比下，絨面潔凈度更高，絨面均勻性良好，電性能更優; 酸清洗液濃度應盡可能大，以保證硅片表面的二氧化硅層去除，同時保證HCL對金屬離子的清洗效果;制絨清洗效果不良情況下，經過擴散制結后，PN結被破壞，外觀呈現燒焦色斑不良，EL下呈現黑斑、黑點不良，導致電性能下降。

【關鍵詞】 單晶PERC;酸堿清洗;PN結;電性能

【中圖分類號】 TM914.4 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）04-0097-02

高效、低成本一直是光伏制造商追求的主要目標，單晶PERC已成為光伏行業的主流技術。清洗制絨是電池片制作的第一道工序。原料硅片經過多種加工工序后，表面殘留有機械損傷層和各種有機化合物。如果原料硅片的表面質量達不到要求，那么剩余的工藝再精湛，也將無法獲得高質量的成品電池片，硅片清洗的重要性即凸顯出來。硅片的清洗方法有RCA清洗法、超聲清洗法、機械刷片法等。隨著光伏行業的發展，以RCA清洗理論為基礎的各種化學清洗被開發并應用于規模化生產中。在單晶硅片制絨工藝中，常用H2O2為強氧化劑，選用OH-共同對硅片表面的有機污染物進行氧化—溶解—再氧化—再溶解的循環過程，最終達到污染物去除的目的，同時利用OH-對損傷層進行去除。制絨后的酸清洗一般選用HF與HCl的混合液，中和硅片上殘留的堿液并去除金屬離子。硅片清洗旨在制作精良的絨面結構，獲得優質的電性能。

本文從制絨清洗液的配比濃度出發，再結合擴散工藝，闡述清洗對電池片電性能的影響。

1實驗方法與方案

實驗在PERC電池生產線上進行，使用槽式制絨設備做金字塔絨面的制備，并在管式擴散爐中做P摻雜沉積制備PN結。其他工藝均采用線上控制參數。

堿清洗實驗方案：雙氧水作為強氧化劑，對硅片表面的有機物清洗起著主要作用，所以本實驗僅調整H2O2在混合液中的濃度，并通過添加H2O2的體積量來達到此目的。實驗制得不同配比下的電池片進行電性能分析對比。實驗僅調整堿洗槽，其他槽體保持不變。

酸清洗實驗方案：通過調整HF與HCl在混合液中的比例，制得分組電池片，分析酸清洗對電池片電性能的影響。實驗在同一制絨機臺進行，其他槽體不做更改，僅手動更改酸洗槽的配方，每次換液正常后取用1000片的生產數據作對比。

2結果分析

2.1堿清洗的影響

堿洗實驗所得電性能參數如表1。

堿性腐蝕液中的H2O2配液量翻倍、增加10L后，電池片轉換效率分別下降約0.13%、0.08%，主要體現在開壓與填充的下降。經測試，實驗與生產片制絨后的反射率相差不大，可見雙氧水主要貢獻于硅片表面的清潔程度。合適配比下，H2O2在腐蝕液中可增加Si-O-Si鍵，使制絨微粗糙度降低。而H2O2過量時，可能造成堿液對硅片的腐蝕作用，金字塔成型不佳，表面微粗糙度高，少子壽命下降，開壓降低;較高的微粗糙度在絲網印刷時形成的串聯電阻較大，導致FF下降。

2.2酸清洗的影響

酸清洗實驗所得電學性能參數如表2。

從電性能統計表中可以看出，在HF∶HCl配比為36L∶46L時，其電性能參數最優，而配比為18L∶25L時，電性能比較差。在電性能方面，主要體現在FF、Rsh、Isc、Voc的差別。制絨酸洗槽中HF的主要作用是去除硅片表面形成的氧化層，使硅片更易脫水，HCl去除硅片表面的金屬雜質離子。而在B組中，酸濃度偏低，HF在混合液中主要是和SiO2反應，而該組HF含量占比較其他兩組更低，硅片制絨后疏水性差，可能導致表面有酸漬殘留，酸漬中含有金屬雜質，可在晶硅中產生復合作用，導致少數載流子的擴散長度減小，降低電池轉換效率。在擴散工藝中，酸漬殘留區域經高溫反應，表面的PN結被破壞，EL呈現即為黑斑黑點。

對比三組實驗的轉換效率散點圖（見圖1），制絨酸洗槽采用HF∶HCl=36L∶46L的配方下的電池片的轉換效率更集中，低效片相對較少，電池片電性能更穩定。

2.3 擴散工藝影響

硅片制絨清洗效果不佳，即存在酸堿殘留時，制絨后肉眼看不見，但經過后續擴散工藝后，外觀即出現燒焦斑點，EL上為黑斑黑點。如圖2所示。

擴散反應爐一般溫度在600℃以上。若硅片在進入反應爐中，表面殘留有化學品，而化學品的主要成分為水，水與三氯氧磷在氧氣的氛圍中會形成HPO3，其有腐蝕作用，在高溫的作用下被燒焦，并附著于硅片表面，即呈現擴散后的燒焦狀態。

擴散工藝是利用三氯氧磷作為磷源，改變硅片表面的P濃度，進而使P型硅片靠近表面的薄層變為N型，并高溫推進，獲得所需PN結。在本文中，因制絨清洗效果的影響，硅片表面殘留物位置處在擴散爐中呈燒焦狀態，且主要為偏磷酸，該處磷無法推進或者推進困難，方阻高，Rsh小，而Rsh是PN結形成的不完全部分所導致的漏電流，其越小漏電流越大，電池轉換效率越低。

3結論

堿清洗步驟中應合理調配KOH與H2O2的比例，KOH∶H2O2=4.34L∶17L時，制得的絨面潔凈度高，金字塔均勻，電性能更優。

酸液濃度在優選范圍內應盡可能大，HF∶HCl=36L∶46L配比下，保證了足夠的HF能將硅片表面的二氧化硅膜層去掉，使硅片的疏水性更佳，同時保證HCl對金屬雜質離子的清洗效果。

制絨清洗效果不佳時，在擴散后硅片表面會出現燒焦外觀不良，EL呈現黑斑黑點，電性能主要體現在漏電流大。

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