光伏资料_单晶制绒工艺培训.ppt

主要内容主要内容制绒目的制绒原理工艺常见问题以及解决方法制绒工序岗位职责注意事项1制绒目的制绒目的消除表面硅片表面有机沾污（HF）和金属杂质（HCL）去除硅片表面的机械损伤层，减少表面复合中心在硅片表面形成绒面，增加太阳光的吸收减少反射，增加PN结面积，提高短路电流（Isc），最终提高电池光电转换效率绒面不仅仅是腐蚀坑洞，也是改善表面态的有效手段，绒面制作不好表面态难以补偿，悬挂键大幅度增加，少子寿命复合严重，Isc的提高几乎不可能。2多晶硅切割过程多晶硅切割过程切割过程中会形成机械损伤层，约10微米3陷光原理陷光原理 光在光滑半导体薄片表面 陷光原理图 上的反射、折射和透射 当入射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吸收或者多次吸收，从而增加吸收率。4在绒面硅片上制成在绒面硅片上制成PN结太阳电池，它有以下特点结太阳电池，它有以下特点:绒面电池比光面电池的反射损失小，如果再加减反射膜，其反射率可进一步降低。入射光在光锥表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向，不仅延长了光程，增加了对红外光子的吸收，而且有较多的光子在靠近PN结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率。在同样尺寸的基片上，绒面电池的PN结面积比光面大得多，因而可以提高短路电流，转换效率也有相应提高。绒面也带来了一些缺点:一是工艺要求提高了；二是由于它减反射的无选择性，不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入电池，使电池发热；三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触，使接触电阻损耗增加。5好的织构化效果好的织构化效果6很好的织构化可以加强减反射膜的效果 左图中蓝色线为抛光后的Si的反射图，经过不同织构化处理之后的反射图。右图为在织构后再沉积SiNx:H薄膜的反射光谱图。67二、制绒原理二、制绒原理单晶制绒利用低浓度碱溶液对硅片的不同晶面各项异性腐蚀形成金字塔结构。化学反应如下：78腐蚀速率快慢由下列三个反应速度来决定。1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率；2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率；3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。89腐蚀的反应物和生成物是利用腐蚀液之浓度梯度然产生的扩散现象来达到传质的目的。所以，1、3又可称为扩散限制溶解过程（diffusionlimited dissolution），通过搅拌可以提高。2的速率取决于腐蚀温度、材料、腐蚀液种类及浓度，和搅拌方式无关，被成为反应限制溶解过程（reactionrate limited dissolution）。各向异性就是由化学反应的各向速率不同造成的。9原理原理各项异性原因各项异性原因10Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H21、水分子的屏蔽效应（screeningeffect）阻挡了硅原子与OH根离子的作用，而水分子的屏蔽效应又以原子排列密度越高越明显。2、在111晶面族上，每个硅原子具有三个共价健与晶面内部的原子健结及一个裸露于晶格外面的悬挂健，100晶面族每一个硅原子具有两个共111100价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行时，刻蚀液中的OH会跟悬挂健健结而形成刻蚀，所以晶格上的单位面积悬挂健越多，会造成表面的化学反应自然增快。10原理原理-腐蚀速度差别形成金字塔腐蚀速度差别形成金字塔11较快的腐蚀速度较慢的腐蚀速度11原理原理-各因素分析各因素分析硅的刻蚀速率与表面原子密度、晶格方向、掺杂浓度、腐蚀液成分、浓度、温度、搅拌等参数有关1.NaOH浓度2.无水乙醇或异丙醇浓度3.制绒槽内硅酸钠的累计量4.制绒腐蚀的温度5.制绒腐蚀时间的长短6.槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度1212原理原理-各因素分析各因素分析13NaOH溶液浓度反应温度制绒的根本IPA浓度NaSiO3浓度提高溶液浓稠度，控制反应速度硅片表面原始状态硅片表面原始状态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 搅拌搅拌提高反应物疏运速度，提高氢气泡脱附作用图4氢气泡作用反应控制过程扩散控制过程13原理原理-各因素影响各因素影响温度越高腐蚀速度越快腐蚀液浓度越高腐蚀速度越快IPA浓度越高腐蚀速率越慢Na2SiO3浓度越高腐蚀速率越慢1414原理原理-氢氧化钠影响氢氧化钠影响150.5%1.5%5.5%15原理原理-温度影响温度影响1680859016原理原理IPA影响影响17051017什么样的是什么样的是“好的好的”金字塔金字塔18小而均匀布满整个硅片表面1819LowdensitytextureHighdensitytexture1920怎样得到怎样得到“好好”的金字塔的金字塔关键：降低硅片表面/溶液的界面能两个方面实现：1、提高硅片表面的浸润能力，如添加IPA或者把硅片进行酸或碱的腐蚀。2、减少溶液的张力，如添加添加剂。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。20添加剂的作用添加剂的作用21增加反应速度减缓反应速度不影响反应速度21单晶和多晶绒面单晶和多晶绒面 单晶绒面单晶绒面 多晶绒面多晶绒面 显微镜下观察绒面显微镜下观察绒面22单晶制绒设备单晶制绒设备232424工艺监控指标工艺监控指标金字塔大小：控制在3-5微米通过计算可以将制绒前后减薄量转换为金字塔大小25工艺监控指标工艺监控指标反射率:单晶制绒后反射率控制在11%-13%反射率测试：反射率测试仪在工艺使用时用反射率测试仪测试确定工艺方案，在生产中要观察制绒后硅片的亮度，进行适当的调整。2626工艺配比工艺配比预清洗：氢氧化钠/氢氧化钠+双氧水制绒槽：氧化钠：1%2%IPA：3%7%(目前我公司使用无醇添加剂替代)温度：78-85酸洗:盐酸+氢氟酸2727中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液，HF可去除硅片表面氧化层（SiO2），形成疏水表面，便于吹干，HCl中的Cl-有携带金属离子的能力，可以用于去除硅片表面金属离子，反应如下：SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O酸洗槽作用酸洗槽作用28单晶制绒不良单晶制绒不良29雨点水印花篮印白斑IPA浓度不够增加IPA浓度1.硅酸钠含量太高2.漂洗效果不理想补纯水换液1.新花篮2.花篮与硅片接触过于紧密高浓度碱液浸润绒面未完全覆盖硅片1.提高碱浓度2.延长时间29单晶不良单晶不良30金字塔覆盖不完全硅片表面微小两亮坑30单晶制绒不良单晶制绒不良31预清洗后硅片硅片来料不良31单晶制绒不良单晶制绒不良-手指印手指印硅片有手指印，在清洗前看不见，但是清洗后却清晰可见；硅片切割后清洗工艺中的有机物沾污；硅片表面的碳沾污；硅片切割时润滑剂的粘污。如果润滑剂过粘，会出现无法有效进入刀口的现象，如润滑剂过稀则冷却效果不好。这些润滑剂在高温下有可能碳化粘附在硅片表面。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。3232油脂影响油脂影响减缓去损伤层的量无法形成织构化的成核表面织构化无法形成3333油脂去除油脂去除有机溶剂+超声有机溶剂溶解有机物质酸性液体去除法如RCA工艺：热硫酸煮硅片表面活性剂NaOCl热处理利用O自由基的强腐蚀性3434五、制绒工序岗位职责五、制绒工序岗位职责工艺员：工艺员：完成工艺负责的点检项目的点检工作（工艺参数、溶液的使用寿命）。仔细查看前几个班的交接班记录，了解前几个班出现的工艺问题及处理方法，再次出现时可减少处理时间。负责制绒现场的问题处理（发白、雨点、水痕印、白斑），及时与扩散和PECVD技术员交流，监督生产员工的SPC测试工作。对于出现的不良品，制定处理方案。当班过程中，检查生产人员的无尘服穿戴、上下片操作手法以及工艺卫生状况是否符合要求，对于不符合要求的情况及时提出，并督促其整改，定期对员工进行集中培训。协助助理工程师、工程师跟踪相关实验，统计数据，下班时，按时准确填写交接班记录。完成安排的其他工作。35助理工程师：助理工程师：关注当天的效率、碎片率、良品率等参数，对于出现的外观不良或是效率低下等异常，及时联系并协助其余工序的工程师进行排查。检查每天的制绒腐蚀量数据，对于异常点，要寻找到相应的设备、时间段等信息，积极排查异常。巡检制绒间的运行状态（制绒间的温度、湿度补液、工艺卫生）以及设备情况，以达到制绒间正常运行的目的。对于技术员汇报的异常情况，视情况到场解决或是电话给出解决措施，若不能解决的，及时通知工程师。负责制绒工序点检表格（各台设备的运行情况与关键参数点检表）的编写。协助工程师，安排制绒段的排查或改进实验，如有需要，与其他工序或是其他职能部门进行沟通，实验结束后，及时给出实验报告。完成安排的其他工作。36工程师：工程师：关注当天的效率、碎片率、良品率等参数，对于出现的外观不良或是效率低下等异常，及时联系其余工序的工程师进行排查。对于日常工作中，根据需要，与其他职能部门（如设备、生产等部门）进行沟通，共同寻找解决问题的方案。对于助理工程师汇报的异常情况，视情况到场解决或是电话给出解决方案，若不能解决的，及时通知工艺主管。负责制绒化学品选用以及使用情况（控制合理的单耗），选择工艺方案（最低的反射率，换液周期）及工艺控制参数（减薄量、腐蚀深度），设备的维护周期，上报工程师。定期进行优化实验或是腐蚀量异常时安排排查实验，根据实验结果提出改进措施。负责编写制绒工段的工艺文件、作业指导书，并组织相关人员进行学习。完成安排的其他工作。37主管工程师：主管工程师：关注当天的效率、碎片率、良品率等参数，对于出现的外观不良或是效率低下等异常，及时安排排查。根据工作需要，负责与其他职能部门进行沟通，共同解决问题。对于汇报的异常，视情况到场解决或是电话给出解决方案。根据实验结果，安排实施新的工艺方案，若新方案中涉及到更改化学品厂家、型号或是改变工艺流程的，需向上级请示后决定是否实施。定期总结制绒工序的工作情况，并向工艺部长汇报。负责制绒工序人员的管理，分配领导安排的任务，定期组织会议，对本工段工作进行总结。对工艺文件、作业指导书等进行审核。完成领导安排的其他任务38六、注意事项六、注意事项注意化学品防护，进设备内操作，一定要穿防护服。调整参数前多加思考，在不确定的情况下务必找相关人员确认后方可调整，调整后要密切关注生产情况，直到正常为止。多观察、多总结，提高技术水平。附：化学品安全技术说明39HF健康危害：对皮肤有强烈的腐蚀作用。灼伤初期皮肤潮红、干燥。创面苍白，坏死，继而呈紫黑色或灰黑色。深部灼伤或处理不当时，可形成难以愈合的深溃疡，损及骨膜和骨质。本品灼伤疼痛剧烈。眼接触高浓度本品可引起角膜穿孔。接触其蒸气，可发生支气管炎、肺炎等。慢性影响：眼和上呼吸道刺激症状，或有鼻衄，嗅觉减退。可有牙齿酸蚀症。骨骼线异常与工业性氟病少见。急救措施：皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。40NaOH健康危害：本品有强烈刺激和腐蚀性。粉尘刺激眼和呼吸道，腐蚀鼻中隔；皮肤和眼直接接触可引起灼伤；误服可造成消化道灼伤，粘膜糜烂、出血和休克。急救措施：皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。41HCl健康危害:本品对眼和呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。急性中毒：出现头痛、头昏、恶心、眼痛、咳嗽、痰中带血、声音嘶哑、呼吸困难、胸闷、胸痛等。重者发生肺炎、肺水肿、肺不张。眼角膜可见溃疡或混浊。皮肤直接接触可出现大量粟粒样红色小丘疹而呈潮红痛热。慢性影响：长期较高浓度接触，可引起慢性支气管炎、胃肠功能障碍及牙齿酸蚀症。急救措施：皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。42双氧水健康危害：吸入：蒸气会造成眼睛、鼻子及喉咙之刺激感。皮肤接触：会造成刺痛及暂时性变白，冲洗干净2-3小时会恢复,残留会造成红肿及起泡。眼睛接触：会造成严重之伤害及有目盲之可能性，此症状可能历时一周或更久才出现危险特性：过氧化氢本身不燃，但能与可燃物反应放出大量热量和氧气而引起着火爆炸。皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。4343Thankyouforyourattention44