RENA前后清洗工艺

什么是太阳能电池？

1. 太阳能电池的原理

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。

2. 制造太阳能电池的基本工艺流程

二、前清洗（制绒）

1. 制绒工艺的分类：

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。

2. 陷光原理：

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。

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、RENA  Intex前清洗（酸制绒）工艺

1. RENA前清洗工序的目的：

①去除硅片表面的机械损伤层（来自硅棒切割的物理损伤）

②清除表面油污（利用HF）和金属杂质（利用HCl）

③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。

2. 设备构造

前清洗工艺步骤：  制绒→碱洗 →酸洗→吹干

   RENA Intex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。

Etch bath：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。

Alkaline Rinse：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。

Acidic Rinse：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。

3. 酸制绒工艺涉及的反应方程式:

HNO3+Si=SiO2+NOx↑+H2O   

 SiO2+ 4HF=SiF4+2H2O            

 SiF4+2HF=H2[SiF6]

 Si+2KOH+H2O →K2SiO3 +2H2

 NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

 Si + HNO2 = SiO2  + NO +H2O

 HNO3 + NO + H2O = HNO2

四、前清洗工序工艺要求

①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。

②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

五、RENA  InOxSide后清洗工艺

1. 后清洗的目与原理

扩散过程中，虽然采用背靠背扩散，硅片的边缘将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。

同时，由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层二氧化硅，在高温下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG。

后清洗的目的就是进行湿法刻蚀和去除PSG。

2.湿法刻蚀原理:

利用HNO3和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。

边缘刻蚀原理反应方程式：

3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O

3.刻蚀中容易产生的问题及检测方法：

 1.刻蚀不足：边缘漏电，Rsh下降，严重可导致失效

   检测方法：测绝缘电阻

 2.过刻：正面金属栅线与P型硅接触，造成短路

   检测方法：称重及目测

SPC控制：当硅片从设备中流转出来时，工艺需检查硅片表面状态，绒面无明显斑迹，无药液残留。125单晶该工序产品单要求面腐蚀深度控制在0.8～1.6μm范围之内,且硅片表面刻蚀宽度不超过2mm, 同时需要保证刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。

4.去除磷硅玻璃的目的：

1) 磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。

2) 死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低，进而降低了Voc和Isc。

3) 磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差。

去PSG原理方程式：  

                    SiO2+4HF=SiF4+2H2O

                    SiF4+2HF=H2[SiF6]       

                    SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O

去PSG工序检验方法：

当硅片从HF槽出来时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净，可在HF槽中适当补些HF。

5.后清洗设备构造

后清洗工艺步骤：  边缘刻蚀→碱洗 →酸洗→吹干

RENA InOxSide后清洗设备的主体分为以下七个槽，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。

Etch bath：刻蚀槽，用于边缘刻蚀。 所用溶液为HF+HNO3+H2SO4，

作用：边缘刻蚀，除去边缘PN结，使电流朝同一方向流动。

   注意扩散面须向上放置， H2SO4的作用主要是增大液体浮力，使硅片很好的浮于反应液上（仅上边缘2mm左右和下表面与液体接触）。

Alkaline Rinse：碱洗槽 。 所用溶液为KOH，

作用：中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。

HF Bath：HF酸槽 。 所用溶液为HF，

作用：中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液；去PSG

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