太阳能电池片生产工艺简介

培训资料前道一制绒工艺制绒目的1.消除表面硅片有机物和金属杂质。2.去处硅片表面机械损伤层。3.在硅片表面形成表面组织，增加太阳光的吸收减少反射。工艺流程来料，开盒，检查，装片，称重，配液加液，制绒，甩干，制绒后称重，绒面检查，流出。单晶制绒1号机槽号123456789作用超声溢流制绒槽超声喷淋溢流成份柠檬酸/双氧水+氨水纯水NaOH+IPA+Na2SiO3纯水配液6瓶/25L+25L5瓶+3瓶+3瓶补加液100-150g+1L无温度90/606080常温时间300/600200/5001200s3003004002号机槽号123456789作用酸腐制绒槽酸洗溢流酸洗溢流溢流喷淋成份纯水HCL纯水HF纯水配液16L12L补加液时间440420400400200400200200300甩干喷水（S）喷氮（S）延时（S）压力MPa低速/高速（r/m）温度30320100.4～0.7200/300128基本原理1#超声去除有机物和表面机械损伤层。目前采用柠檬酸超声，和双氧水与氨水混合超声。3#4#5#6#制绒利用NaOH溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子（（100）面与（111）面单晶硅腐蚀速率之比）=10时，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可以提高单晶硅太阳能电池的短路电流，从而提高太阳能电池的光转换效率。化学反应方程式：Si+2NaOH+H2O=Nasio3+2H2↑影响因素1.温度温度过高，首先就是IPA不好控制，温度一高，IPA的挥发很快，气泡印就会随之出现，这样就大大减少了PN结的有效面积，反应加剧,还会出现片子的漂浮，造成碎片率的增加。可控程度：调节机器的设置，可以很好的调节温度。2.时间金字塔随时间的变化：金字塔逐渐冒出来；表面上基本被小金字塔覆盖，少数开始成长；金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到比较低的情况；金字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等，反射率略有下降。可控程度：调节设备参数，可以精确的调节时间。3.IPA1.协助氢气的释放。2.减弱NaOH溶液对硅片的腐蚀力度，调节各向因子。纯NaOH溶液在高温下对原子排列比较稀疏的100晶面和比较致密的111晶面破坏比较大，各个晶面被腐蚀而消融，IPA明显减弱NaOH的腐蚀强度，增加了腐蚀的各向异性，有利于金字塔的成形。乙醇含量过高，碱溶液对硅溶液腐蚀能力变得很弱，各向异性因子又趋于1。可控程度：根据首次配液的含量，及每次大约消耗的量，来补充一定量的液体，控制精度不高。4.NaOH形成金字塔绒面。NaOH浓度越高，金字塔体积越小，反应初期，金字塔成核密度近似不受NaOH浓度影响，碱溶液的腐蚀性随NaOH浓度变化比较显著，浓度高的NaOH溶液与硅反映的速度加快，再反应一段时间后，金字塔体积更大。NaOH浓度超过一定界限时，各向异性因子变小，绒面会越来越差，类似于抛光。可控程度：与IPA类似，控制精度不高。5.Na2SiO3SI和NaOH反应生产的Na2SiO3和加入的Na2SiO3能起到缓冲剂的作用，使反应不至于很剧烈,变的平缓。Na2SiO3使反应有了更多的起点，生长出的金字塔更均匀，更小一点Na2SiO3多的时候要及时的排掉，Na2SiO3导热性差，会影响反应,溶液的粘稠度也增加，容易形成水纹、花蓝印和表面斑点。可控程度：很难控制。4#酸洗HCL去除硅片表面的金属杂质盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与多种金属离子形成可溶与水的络合物。6#酸洗HF去除硅片表面氧化层，SiO2+6HF=H2[siF6]+2H2O。控制点1．减薄量定义：硅片制绒前后的前后重量差。控制范围单晶125，硅片厚度在200±25微米以上，减薄量在0.5±0.2g；硅片厚度在200±25微米以上，减薄量在0.4±0.2g。单晶156，首篮减薄量在0.7±0.2g；以后减薄量在0.6±0.2g。2．绒面判断标准：成核密度高，大小适当，均匀。控制范围：单晶：金字塔尺寸3~10um。3．外观无缺口，斑点，裂纹，切割线，划痕，凹坑，有无白斑，赃污。异常处理问题原因解决方法硅片表面大部分发白，发白区域未出绒面1.NaOH含量偏低，不能充分进行反应，或者IPA含量过高，抑止反应进行。1.首先判断原因。2.增加NaOH的浓度，减少IPA的用量。3.如果不能调节，重新配制溶液。2.如果表现后续返工可以处理发白区域，则可以断定NaOH浓度不够。采用稀碱超声。3.表面清洁度不好。延长超声时间。4.溶液状态不够均匀。1.对溶液进行充分搅拌，补加溶液必须先溶解，加入之后必须进行溶液充分搅拌，使用烧杯或竿进行“8”字形状搅拌溶液。2.查看电源控制柜相应的加热开关是否都在正常工作。硅片表面有白斑，部分白斑区域出现在不同硅片同一位置，白斑区域明显表现为被覆盖没有出绒现象硅片表面的有机物等污染物粘附于硅片表面，阻止硅片制绒。只使用柠檬酸进行超声，中间对超声槽溶液进行更换。硅片过腐，表现为绒面角锥体过大，减薄量过大碱浓度过大或反应温度过大，导致在100面上反应速率远大于111面上反应速率。测试温度，确定是否为80度；稀释溶液浓度，同时保证溶液的均匀性；降低下次碱配制的浓度。单晶硅片四边都有白边仍有白边部份硅片反应不够充分，这部份对中间无白边部份偏厚。换言之，整个硅片化学反应不够均匀，中间部份反应放热不易，导致反应激烈。保证溶液均匀，控制硅片中心速度，增加缓冲剂。硅酸钠溶液可视为缓冲剂。硅片两侧出现“花蓝印”的白边由于溶液中硅酸钠的浓度过大，粘稠度增加，使得承片盒与硅片接触的地方得不到充分反应。视花蓝印的严重程度和数量。通常需要对溶液进行部分排放，并进行补对。鼓泡此时一定要开启。雨点氢气泡粘附或氢气泡移动缓慢形成。雨点处的绒面相对正常区域主要表现为制绒不够。1、及早发现，并进行IPA补加，通常会去掉或消弱痕迹。2、即使形成雨点状不必继续返工，镀完减反射膜，可以盖住。但这并不是成为做出雨点而不加以改善的理由。制绒时槽内硅片区域性发白溶液不均匀或硅片本身原因导致。长时间制绒未见效果，对相应区域进行少许NaOH补充，撒在相应槽区域即可；下次制绒之前需要对溶液搅拌均匀。制绒时硅片漂浮制绒IPA量不足，导致氢气粘附于硅片表面，没有及时被带走。补加相应IPA量即可。返工处理返工类型返工方法减薄量实测值小于控制计划规定下限重新制绒，制绒时间可视实际情况调整各种硅片表面异常根据减薄量的大小确定返工二扩散工艺扩散目的在来料硅片P型硅片的基础上扩散一层N型磷源，形成PN结。扩散原理POCl3在高温下（600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：5POCl3=3PCl5+P2O5生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4PPOCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。就这样POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。扩散类型1.恒定源扩散：在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散质量与该截面处的浓度梯度成正比。2.限定源扩散：在再分布过程中，扩散是在限定源的条件下进有的，整个扩散过程的杂质源，限定于扩散前积累在硅片表面的无限薄层内的杂质总量，没有外来杂质补充即在硅片表面处的杂质流密度。车间使用的是两步扩散：预淀积+扩散。预扩散是恒定源扩散，主要是使得硅片表面气体浓度一致，保持整批方块电阻是均匀性。主扩散是限定源扩散，并且在主扩散后通入大氮气体，作为推进气体，加大PN结深度。工艺流程TempressStepNo.StepNameMessage说明0Load/UnloadStandBy等待并准备开始，温度为Temp.NormalRecipe:0，舟的位置在起点，只通大N21LoadInBoatIn进舟2PaddleOutBoatOut出浆3RecoveryStabilize升高温度，等待温度达到扩散温度4StabilizeStabilize稳定温度5PrepurgePrepurge预扩散，大N2流量增加，通小N2和O26POCL3DepDeposition扩散7PostpurgePostpurge再分布8CooldownCooldown冷却，温度为Temp.NormalRecipe:0，只通大N29PaddleInBoatIn进浆10LoadBoatBoatOut出舟11ReturnLoad/Unload返回Step0，等待开始12CriticalStopStandBy紧急停止跳步程序48所步号时间Zone1Zone2Zone3小N2大N2干O2说明15408508408400250000进舟，准备并升温，此时只通大N226008908808800250000将温度升到扩散的要求，只通大N236008908808801200320002200预扩散，小量小N2和干O2，大N2流量增加47008908808800250001000将源气体反应完全，只通干大N2和O2512008908808801500320002500扩散再分布，通足量的大N2，小N2和干O2612008508408400250001000同步473008508508500250000降低温度，此时只通大N285408508508500250000出舟并等待开始影响因素1.温度温度T越高，扩散系数D越大，扩散速度越快。2.时间对于恒定源：时间t越长结深越深，但表面浓度不变。对于限定源：时间t越长结深越深，表面浓度越小。3.浓度决定浓度是因素：氮气流量、源温。表面浓度越大，扩散速度越快。4.第三组元主要是掺硼量对扩散的影响，杂质增强扩散机制。在二元合金中加入第三元素时，扩散系数也会发生变化。掺硼量越大，扩散速率越快。即电阻率越小，越容易扩散。控制点方块电阻，外观，单片均匀性，整管均匀性。方块电阻：表面为正方形的半导体薄层在电流方向所呈现的电阻。R=电阻率*L/S,对方块硅片，长度等于宽度，则R=电阻率/厚度，方块电阻～(１／Ns*Xj)Ns：电化学浓度，Xj：扩散结深。控制范围中心方块电阻：单晶：42~48。同一硅片扩散方块电阻中心值不均匀度：小于等于12%（48）10%（T）。同一炉扩散方块电阻中心值不均匀度：小于等于25%（48）15%（T）。48所扩散过程中问题解决方案问题原因解决方法扩散不到1.炉门没关紧，有源被抽风抽1.由设备人员将炉门重新定走。2.携带气体大氮量太小，不能将源带到管前。3.管口抽风太大。位，确保石英门和石英管口很好贴合。2.增大携带气体大氮的流量。3.将石英门旁边管口抽风减小。扩散方块电阻偏高/偏低偏高：1.扩散温度偏低。2.源量不够，不能足够掺杂。3.源温较低于设置20度。4.石英管饱和不够。1.升高扩散温度，加大源量.2.延长扩散时间。3.增加淀积温度。偏低。1.扩散温度偏高。2.源温较高于20度。1.减小扩散温度。2.减少扩散时间。3.减少淀积温度。扩散片与片间方块电阻不均匀扩散温度不均匀重新拉扩散炉管恒温扩散后单片上方块电阻不均匀扩散气流不均匀，单片上源沉积不均匀。1.调整扩散气流量，加匀流板。2.调整扩散片与片之间距离。扩散后硅片上有色斑甩干机扩散前硅片没甩干调整甩干机设备及工艺条件扩散过程中偏磷酸滴落长时间扩散后对扩散管定期进行HF浸泡清洗环境湿度过大增大除湿机功率太阳能电池效率忽高忽低扩散间或石英管