太阳能电池制绒培训.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,讲解：林禹,晶体,硅太阳电池,制绒,工艺,南安市三晶阳光电力有限公司,南安市三晶阳光电力有限公司,目 录,1.,基础知识,2.,工艺分类,3.,工艺流程,4.,化学原理,5.,影响因素,6.,工艺,控制,7.,酸清洗的作用,8.,开关机注意事项,9.,单晶绒面不良的分析及措施,南安市三晶阳光电力有限公司,1.,制绒基础,知识,1.1,什么是制绒,制绒,是将,硅,表面进行预清洗并用强碱或强酸腐蚀,成类似金字塔状或蜂窝,状结构的过程,南安市三晶阳光电力有限公司,1.2,制绒的,作用,1.2.1,去除损伤层,1.2.2,形成减反射绒面（陷光结构）,1.3,制绒的目的,1.2.1,利用陷光原理，增加光的吸收，提高短路电流,Isc,1.2.2,增加,PN,结的面积,南安市三晶阳光电力有限公司,2.,制绒工艺分类,2.1,单晶,碱制绒，利用单晶片各向异性的腐蚀特性由强碱对硅片表面进行一系列的腐蚀。我司现在也在使用碱制绒，当然也有某些公司用酸制绒做单晶。,主要化学药品为：氢氧化钠或氢氧化钾、异丙醇或乙醇、硅酸钠或绒面添加剂,2.2,多晶,酸制绒,，利用强腐蚀性酸混合液的各向同性的腐蚀特性对硅片表面进行腐蚀。,主要化学药品为：硝酸、氢氟酸,南安市三晶阳光电力有限公司,3.,制绒工艺流程,3.1,单晶,装片,去损伤,制绒,漂洗,溢流漂洗,HCl,清洗,溢流漂洗,HF,清洗,两次溢流漂洗,烘干,出片,预脱水,温水漂洗,南安市三晶阳光电力有限公司,3.1,多晶,上片,纯水清洗,制绒,纯水清洗,HF+HCl,清洗,吹干,下片,NaOH,清洗,纯水清洗,南安市三晶阳光电力有限公司,4,.,制绒的化学原理,4.1,单晶,4.1.1,化学原理,利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成金字塔结构密布的表面形貌，就称为表面织构化。金字塔的四面全是由,111,面包围形成。,4.1.2,陷光原理,当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收从而增加吸收率。,南安市三晶阳光电力有限公司,总反应化学方程式：,Si+2NaOH+H,2,O Na,2,SiO,3,+2H,2,副反应化学方程式：,Na,2,SiO,3,+H,2,O H,2,SiO,3,+OH,-,Na,2,SiO,3,(Na,2,O),x,(SiO,2,),y,南安市三晶阳光电力有限公司,4.2,多晶,硅被,HNO,3,氧化，反应为：,用,HF,去除,SiO,2,层，反应为：,总化学反应方程式为：,南安市三晶阳光电力有限公司,5.,影响制绒的因素,5.1,单晶制绒影响因素分析,硅的腐蚀速率,与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度,、溶液成分,、浓度、温度、搅拌等参数,有关,5.1.1,影响因素,N,aOH,及异丙醇,浓度,制,绒槽内硅酸钠的累计量,制绒反应的,温度,制绒反应时间,的长短,槽,体密封程度,、异丙醇,的挥发,程度,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.2,各个因素作用,反应温度,NaOH,浓度,制绒的根本,反应控制过程,IPA,浓度,NaSiO,3,浓度,提高溶液浓稠度，控制反应速度,搅拌或鼓泡,提高反应物疏运速度，提高氢气 泡脱附作用,硅片表面原始状态，如：表面平整度、有无油污、划伤及硅片厚度等,氢气泡密度及大小以及在硅片表面停留的时间,决定金字塔形貌,过程控制,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.3,各个因素影响单晶制绒的规律,温度越高腐蚀速度越快溶液浓度越高腐蚀速度越快,IPA,浓度越高腐蚀速率越慢,Na,2,SiO,3,浓度越高腐蚀速率越慢,工业中的腐蚀应使参数处于比较平缓的变化区域。以使反应速度不致因为参数的微小变化造成较大的变化。,IPA,浓度应使用较低的水平，使反应速度控制在较理想的区域（,0.50.6m/min,），这样可以在金字塔的质量和生产率之间找到一个平衡。,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.4,制绒腐蚀速率、腐蚀量同时间的关系,腐蚀量同时间的关系,腐蚀速率同时间的关系,以上各种颜色曲线是多次试验的不同浓度的统计,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.5 NaOH,浓度对金字塔的影响,当,NaOH,的浓度小于,1.5和大于,4%,时都会破坏金字塔结构。,在此范围间，增加,NaOH,浓度会稍微增加反应速度。,0.5%1.5%5.5%,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.6 IPA,浓度对金字塔的影响,当,IPA,的浓度从,3%,增加到,10%,时，反应速度会明显下降。,0%5%10%,南安市三晶阳光电力有限公司,5.1.7,温度对金字塔的影响,在同样的,NaOH,浓度下，当温度升高时，反应速度明显加快。,78,83,88,南安市三晶阳光电力有限公司,5.2,多晶制绒影响因素分析,多晶制绒反应的发生点为表面的缺陷点，如果过分完整的表面反而无法制绒,水至清则无鱼。但是反过来，制绒的情况也受表面状态影响很大，不容易控制。,酸性溶剂有除油效果，因此多晶硅表面的制绒对于前期硅片表面沾污不是很敏感。,酸性溶剂在表面如遇空气，很容易干躁形成氧化层的着色现象，一旦着色很难再行清除。多晶硅在酸洗之后还未经清水漂洗之前出水不应长于,12,秒。因此，最好使用在线式连续清洗。,酸性溶剂的浓度和温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。,使用,HF,、,HNO,3,、,H,2,O,混合液,HNO,3,在硅表面形成,SiO,2,层,HF,将氧化层除去,从而,HF,、,HNO,3,两者形成竞争,5.2.1,湿法各相同性腐蚀,南安市三晶阳光电力有限公司,腐蚀速率,外观,HNO,3,HF,发亮,暗纹,温度对于腐蚀速度的控制具有决定意义，应严格控制。,南安市三晶阳光电力有限公司,5.2.2,温度对腐蚀速度和反射率的影响,南安市三晶阳光电力有限公司,5.2.3,时间对表面形貌的影响,120,秒,240,秒,在同样浓度下不同时间的对绒面的影响,南安市三晶阳光电力有限公司,6.,制绒工艺控制,6.1,硅片表面沾污的来源,硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可见,硅棒切片后清洗工艺中的有机物沾污,硅片表面的碳沾污,硅棒切片时润滑剂的粘污,硅片经过热碱处理后提出在空气中，时间过长会与空气中的氧反应形成一层氧化层，这层氧化层一旦形成就很难再清洗下去了。因此，在碱清洗后不能在空气中暴露,12,秒以上。,南安市三晶阳光电力有限公司,6.2,单晶工艺控制参数,硅片单面腐蚀厚度（腐蚀量）,反射率,金字塔大小,白斑、雨点,划伤、划痕,花篮印,外观均匀性,南安市三晶阳光电力有限公司,6.1.1,单晶工艺控制方法,斑点,雨点状斑点,表面发白,增加,IPA,浓度,减少,NaSiO,3,浓度，或增加,NaOH,浓度,水痕印,NaSiO,3,沉积量过多,喷淋效果不理想,黑斑点,NaSiO,3,附着表面,碱腐蚀后暴露空气时间过长没有及时清洗,云雾状白斑,手指印,硅片沾污、切片清洗液残留,油性、脂肪酸沾污,预清洗或去损伤处理,IPA,浓度太低,雨点、发花腐蚀速率慢、发白,IPA,浓度太高,白斑、腐蚀速率快、发亮,南安市三晶阳光电力有限公司,在制绒过程中有三个变量需要控制：,IPA,浓度,KOH or NaOH,浓度,硅酸盐浓度,其他需要控制的因素：,温度（高低和均匀性）,时间,水流（搅动或鼓泡）,要控制的结果：,金字塔的大小,金字塔的铺满程度,表面的花片,理想金字塔：,小,1,3,m,匀,铺满整个表面,净,没有任何花斑,6.1.2,怎样才是“好”的金字塔,南安市三晶阳光电力有限公司,6.1.3,怎样才能做到“好”的金字塔,关键：降低硅片表面及溶液的界面能,三个方面实现：,对来料检验较差的硅片表面进行预处理，如粗抛液、清洗剂或强氧化剂。,提高硅片表面的浸润能力，如增加,IPA,浓度或把硅片进行酸或碱的腐蚀。,减少溶液的张力，如绒面添加剂。添加剂有很多极性或非极性的功能团来降低腐蚀液表面的张力。,硅片厚度（,腐蚀量、,腐蚀速率）,虫孔长宽比,亮,斑,暗,纹,表面平整度,表面洁净度（棕黄色斑迹）,南安市三晶阳光电力有限公司,6.2,多晶工艺控制参数,南安市三晶阳光电力有限公司,6.2.1,多晶工艺控制方法,HNO,3,浓度太低,硅片表面有暗纹,硅片表面发亮,HF,浓度太高,硅片腐蚀速度过快,酸浓度太低,硅片腐蚀速度过慢,水纹印,干燥效果不理想,酸制绒出来后暴露在空气中的时间过长，有络合物残留,硅片表面有黄斑,HNO,3,浓度太高,南安市三晶阳光电力有限公司,7.,酸清洗的作用,7.1,盐酸清洗的作用,7.1.1,中和残留在硅片表面的碱液,7.1.2,去除在硅片切割时表面引入的金属杂质,注：,盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与,Fe,3+,、,Pt,2+,、,Au,3+,、,Ag,+,、,Cu,+,、,Cd,2+,、,Hg,2+,等金属离子形成可溶于水的络合物,南安市三晶阳光电力有限公司,7.2,氢氟酸清洗的作用,7.2.1,去除在清洗过程中表面形成,SiO,2,层,7.2.2,氢氟酸是良好的脱水剂，起到预脱水的作用,南安市三晶阳光电力有限公司,8.,现有单晶制,绒,设备开关机注意事项,8.1,开机流程,先在制绒设备电柜中打开,24V,转换电源开关和控制电源，然后打开各需要打开的加热器及,6,个机械臂驱动电源，最后打开,PLC,控制开关。,8.2,开机注意事项,8.2.1,检查制绒设备的所有急停按钮是否都在断开状态；,8.2.2,开机后观察,PLC,面板上是否有报警信息；,8.2.3,检查纯水的电阻率，大于,17.5Mohm-cm,。,南安市三晶阳光电力有限公司,8.3,关机流程,先将自动开关变为手动状态，然后在制绒设备电柜中关闭,PLC,控制开关，再关闭,24V,转换电源开关和控制电源，然后关闭各个加热器和机械臂驱动电源。,8.4,关机注意事项,8.4.1,由自动变为手动的时候，一定要注意机械臂运行情况，是否在操作，必须要自动运行,状态,改为待机后再由待机改为手动,状态,，并且机械臂上没有花篮才可以关机；,8.4.2,关机前要求所有的槽体都用水枪清洗一遍；,8.4.3,关机后也要注意将加药的天平、称片天平和显微镜的电源关闭。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.,单晶绒面不良的分析及措施,9.1,绒面不良分析,1,、表面污点（包括手指印、残留物,-IPA/NaOH/NaSiO,3,、外来杂质、花篮印、水纹）,；,2,、表面发白,；,3,、表面发亮；,4,、表面有规则的闪光；,5,、表面有彗星现象；,6,、表面无绒面；,7,、表面绒面不均匀。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.1,表面手印,现象：表面有指纹残留,原因：在切片清洗过程中或包装时人为的接触硅片,解决方法：1,、,IPA,可以起到一定效果，但是不能杜绝；,2,、预清洗也能有一定的效果，但也不能百分百处理干净。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.2,表面药液残留,现象：表面有大量的药液残留,原因：,IPA,加入过多,解决方法：,重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.3,表面污染,现象：同一批片子相同位置有一些类似于油污一样的污渍,原因：来料问题，可能于切片后干燥处理有关系或者是包装时引入,解决方法：,1,、与硅片厂家协商；,2,、加大预清洗浓度；,3,、重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.4,表面污渍,现象：制绒后表面有污渍,原因：制绒后反应物残留,解决方法：,1,、加大预清洗浓度；,2,、重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.5,表面发白,现象：表面发白,原因：制绒时间或浓度不够,解决方法：,1,、加大制绒液浓度；,2,、重新制绒。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.6,表面发亮,现象：表面发亮、发沙,原因：制绒时间过长或制绒液浓度过高,解决方法：,1,、适当降低制绒液浓度；,2,、适当减少制绒时间。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.7,制绒,不良,现象：表面出现规则的制绒不良、同一整批都有,原因：可能是来料原因,解决方法：,1,、适当增加制绒液浓度；,2,、适当增加制绒时间；,3,、相应加大预清洗浓度。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.8,表面发亮且有雨点,现象：部分局域绒面较好，部分区域较难腐蚀,原因：可能是来料原因,解决方法：,通常适当增加碱和,IPA,的浓度可以解决，但是具体量视实际情况而定。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.9,表面腐蚀不均匀,现象：部分局域表面发白，有彗星现象发生,原因：,IPA,偏少,解决方法：,通常适当,IPA,的浓度可以解决，具体量视实际情况而定。,南安市三晶阳光电力有限公司,9.1.10,表面无绒面,现象：表面基本无绒面，有流星雨现象发生,原因：来料、表面有杂质阻止制绒腐蚀,解决方法：,1,、通常适当增加碱液浓度可以解决，具体量视实际情况而定；,2,、增加预清洗浓度。,谢 谢！,