RENA前后清洗--全新

ConfidentialRENA前后清洗工艺培训一、什么是太阳能电池太阳电池是利用光生伏特效应，把光能直接转换成电能的一种器件。它的工作原理可以概括成下面几个主要过程：第一，必须有光的照射，可以是单色光，太阳光或我们测试用的模拟太阳光源。第二，光子注入到半导体后，激发出电子—空穴对。这些电子空穴对必须有足够的寿命保证不会在分离前被附和。第三，必须有个静电场（PN结），起分离电子空穴的作用。第四，被分离的电子空穴，经电极收集输出到电池体外，形成电流。1.太阳能电池的原理前清洗（制绒）扩散PECVDSiNx后清洗（刻边/去PSG）丝网印刷/烧结/测试2.制造太阳能电池的基本工艺流程二、前清洗（制绒）制绒按工艺不同可分为碱制绒和酸制绒：利用碱溶液对单晶硅不同晶面有不同的腐蚀速率（各向异性腐蚀），对（100）面腐蚀快，对（111）面腐蚀慢。如果将(100)作为电池的表面，经过腐蚀、在表面会出现以(111)面形成的锥体密布表面（金字塔状），称为表面织构化。但是对于多晶硅，由于晶体排列方式杂乱，如果利用碱液，无法进行腐蚀得到良好的金字塔织构化表面，此时只能用酸溶液进行各向同性腐蚀，获得表面存在许多凹坑的表面结构，也能起到良好的陷光作用。1.制绒工艺的分类：单晶硅片碱制绒绒面形状多晶硅片酸制绒绒面形状2.陷光原理：光在光滑半导体薄片表面上的反射、折射和透射陷光原理图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。腐蚀深度在4.4±0.4µm时，制绒后的硅片表面反射率要一般在20%~25%之间，此时得到的电性能较好。腐蚀深度与电性能间的关系在绒面硅片上制成PN结太阳电池，它有以下特点:(l)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。(2)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。(3)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。(4)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。三、RENAIntex前清洗（酸制绒）工艺RENA清洗设备注：前、后清洗设备外观相同，内部构造和作用原理稍有不同1.RENA前清洗工序的目的：去除硅片表面的机械损伤层（来自硅棒切割的物理损伤）清除表面油污（利用HF）和金属杂质（利用HCl）形成起伏不平的绒面，增加对太阳光的吸收，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。降低表面反射，提高光电转换效率浓度:HF32.2%，HNO310.4%温度:6–10ºC(chiller冷水机组)时间:2分钟清洗:水洗:DI–H2O20ºC碱洗:KOH/5%,20ºC,0.5分钟酸洗:HF5%,20ºC,1分钟前清洗工艺步骤：制绒→碱洗→酸洗→吹干EtchbathDryer1Rinse1AlkalineRinseRinse2AcidicRinseRinse3Dryer2RENAIntex前清洗设备的主体分为以下八个槽，此外还有滚轮、排风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温度控制系统等。2.设备构造Etchbath：刻蚀槽，用于制绒。所用溶液为HF+HNO3，主要工艺参数：Firstfillvolume:480L;Bathprocesstemperature:7±2℃concentrationsofchemical:HF(154g/L)&HNO3(358g/L);Quality:100.0Kg;Setpointrecirculationflow:140.0L/min;制绒过程中根据腐蚀深度，可对温度作适当修正。越高的温度对应越快的反应速度，故如果腐蚀不够则可适当提高反应温度，反之亦然。一般每0.1℃对应约0.1µm的腐蚀厚度。当药液寿命（Quality）到后，需更换整槽药液。刻蚀槽的作用：1.去除硅片表面的机械损伤层；2.形成无规则绒面。AlkalineRinse：碱洗槽。所用溶液为KOH，主要工艺参数：Firstfillconcentrationofchemical:5%;Bathlifetime:250hours;Bathprocesstemperature:20±4℃当药液寿命（Bathlifetime）到后，需更换整槽药液。碱洗槽的作用：1.洗去硅片表面多孔硅；2.中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。AcidicRinse：酸洗槽。所用溶液为HCl+HF，主要工艺参数：Firstfillconcentrationofchemical:HCl(10%)&HF(5%);Bathlifetime:250hours;Bathprocesstemperature:20±2℃当药液寿命（Bathlifetime）到后，需更换整槽药液。酸洗槽的作用：1.中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液；2.HF可去除硅片表面氧化层（SiO2），形成疏水表面，便于吹干；3.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。Etchbath：刻蚀槽，用于制绒。所用溶液为HF+HNO3，作用：1.去除硅片表面的机械损伤层；2.形成无规则绒面。AlkalineRinse：碱洗槽。所用溶液为KOH，作用：1.对形成的多孔硅表面进行清洗；2.中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。AcidicRinse：酸洗槽。所用溶液为HCl+HF，作用：1.中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液；2.HF可去除硅片表面氧化层（SiO2），形成疏水表面，便于吹干；3.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。Rinse1~3：水洗槽，水洗槽与槽之间相互联通。水洗槽中液面高度Rinse3＞Rinse2＞Rinse1。进水口在Rinse3处。Dryer1和Dryer2为风刀，通过调节风刀的角度和吹风的压力，使硅片被迅速吹干。滚轮分三段设定速度，其中converyor1≤converyor2≤converyor3，（传送带）否则前快后慢，易在设备中因为叠片而造成碎片。滚轮速度（即制绒时间）根据需要的腐蚀深度来进行设置，生产过程中可根据测试结果来进行滚轮速度修正。一般滚轮速度慢，则反应时间增加，腐蚀深度加深，反之亦然。(注:前清洗速度最好不要超过1.2m/min，速度过快，一方面硅片清洗或吹不干净，扩散容易出现蓝黑点片；另一方面碎片高，有时碎片会堵住喷淋口，清洗后出现脏片。此外，滚轮速度也不可太慢，否则影响产量。)补液:自动补液：当腐蚀深度控制在4.4±0.4µm范围内时，硅片的腐蚀重量约为0.3g/片，通过感应器计数，当跑片达到一定量时，机器自动对刻蚀槽进行补液,其中HF量为0.05±0.005kg、HNO3量为0.05±0.005kg。手动补液：根据实际硅片的腐蚀情况，有时需要进行手动补液。通常每次补液量如下：ReplenishmentEtchbath:HF9.000L（补液）HNO36.000LReplenishmentAlkaline:KOH2.000LReplenishmentAcidic:HCl4.000LHF2.000L也可根据实际情况减少或增加手动补液量。但用量比例按照上述之比例，补药过程一般不建议加入DIwater。当腐蚀深度不够时，只对Etchbath进行手动补液。当硅片表面有大量酸残留，形成大面积黄斑时，需要对KOH进行手动补液。当硅片经过风刀吹不干，则可能硅片表面氧化层未被洗净，此时可适当补充酸。前清洗补液原则每批次抽取4片样品，测量腐蚀前后的质量差，然后根据公式可获得腐蚀深度，125单晶要求控制腐蚀深度在4.4±0.4µm,同时制绒后的硅片反射率要求控制在21%~24%之间。刻蚀深度与电性能间的关系SPC控制(StatisticalProcessControl)即统计过程设备的日常维护主要是滤芯的更换；视硅片清洗后的质量排查可能的设备原因，调整喷淋和风刀的角度和强度；药液寿命到后换药过程中清洗酸碱槽，以及清理滚轮和各槽中碎片。需要注意的是碱槽的喷嘴角度和流量需要控制好，否则碱液易喷至Rinse1中，而Rinse1中洗下的酸液和上述碱液易在该槽中生成盐，使该处的滤芯很快被堵住而失效。HNO3+Si=SiO2+NOx↑+H2OSiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2NO2+H2O=HNO3+HNO2Si+HNO2=SiO2+NO+H2OHNO3+NO+H2O=HNO23.酸制绒工艺涉及的反应方程式:主操作界面Manual界面31A1.换药时酸液流动方向A2.补药时酸液流动方向B.循环时液体流动方向C.DIWater流动方向D.Coolwater流动方向E.Exhaust(acidicgas)V/VandSensorsa-c:liquidlevelsensor,a:underthelevel,notenoughb:liquidisfullc:liquidoverfilld:liquidwilloverfallf:V/Vopenwhileliquidcirculationg/G:MFC1h:thermometeri:conductivitymeterj:MFC2(EtchBathairknife)k:MFC3l:pumpabcdfghijkhhG刻蚀槽管路图lRinse3A.DIwater流入方向B.循环水流向C.溢流向Rinse2，Rinse1V/VandSensorsa.压力泵-将液体送入Rinse槽b.流量计c.滤芯bCacA.换药时碱液流动方向B.循环时液体流动方向C.DIWater流动方向D.Coolwater流动方向E.Drain的方向碱槽管路图Recipe界面Replenish界面Trend界面4.前清洗换药规程5.前清洗工序工艺要求片子表面5S控制不容许用手摸片子的表片，要勤换手套，避免扩散后出现脏片。称重1.每批片子的腐蚀深度都要检测，不允许编造数据，搞混批次等。2.要求每批测量4片。3.放测量片时，把握均衡原则。如第一批放在1.3.5.7道，下一批则放在2.4.6.8道，便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。刻蚀槽液面的注意事项：正常情况下液面均处于绿色，如果一旦在流片过程中颜色改变，立即通知工艺人员。产线上没有充足的片源时，工艺要求:1.停机1小时以上，要将刻蚀槽的药液排到tank，减少药液的挥发。2.停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。3.停机1h以上，要跑假片，至少一批（400片）且要在生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝制绒后的片子有滚轮印。前清洗到扩散的产品时间:最长不能超过4小时,时间过长硅片会污染氧化，到扩散污染炉管,从而影响后面的电性能及效率常见故障原因及解决方法前清洗工艺刻蚀深度不稳定a观察来片是否有异常，或者来片一批中是否是不同晶棒组成，因为不同的片子会对应不同的刻蚀速率。b查看溶液颜色，正常的颜色应该是灰色偏绿。如果觉得颜色过浅，流假片，一般以400片为一个循环。然后测试4片硅片刻蚀深度。硅片表面有大面积黄斑观察碱槽溶液是否在循环，若没有循环，手动打开循环．若有循环则说明碱浓度不够，需要补加碱．硅片表面有小白条观察气刀是否被堵，通过查看硅片通过气刀下方时表面液体有无被吹干判断。滚轮速度较低或较高a一般我们要求滚轮在1.0~1.2的速度下流片，因为过低的速度会影响产量，过高的速度风刀很难将硅片吹干。所以如果滚轮速度小于1.0，需要手动加液，一般按9升HF，6升HNO3进行补液。同时可以将温度提高，以1度为一个单位升高（可在5~8度之间进行调整）。但是对于温度的设定，我们一般选择较低的温度，因为较