單晶硅電池片工藝

1、單晶硅電池片工藝（初稿）工藝流程圖：硅片檢驗硅片插入片盒去除損傷層制絨面淋洗中和三級串連階梯式清洗烘干擴(kuò)散周邊刻蝕硅片插入片盒去除氧化層三級串連階梯式清洗烘干制備氮化硅背面銀鋁漿烘干背面鋁漿烘干正面銀漿燒結(jié)測試分選檢驗入庫1 單晶硅片質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)11 外觀檢驗111 基片大小：125×125mm±0.5mm112 形狀：準(zhǔn)方片113 直徑：150±1.0mm 165±1.0mm114 厚度： 280±30m;在所規(guī)定區(qū)域內(nèi)5個測量值的平均值。115 TTV（m）total thickness variation 在選定圓片區(qū)域內(nèi)，最大厚度變化值

2、 50m116 表面缺陷：2個 深度不大于0.05mm117 破損及針孔：無可見破損和針孔118 邊緣缺損：長度小于5mm，深度0.5的破損1個119 鉅痕：5m1110 表面狀況：表面顏色均勻一致，無殘留硅粉，無水跡12 電特性：121 晶體：無位錯直拉（CZ）單晶122 晶向：（100）±3°123 導(dǎo)電類型：P型（硼摻雜）124 電阻率（·CM） 0.52.0 用四探針測量平均晶體電阻125 少子壽命：15S 使用微波光電導(dǎo)方法，在未鈍化區(qū)域內(nèi)，掃描2×2mm區(qū)域，去2000次測量平均值，硅錠邊緣部分紅區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)不包括在平均值的計算內(nèi)。126 碳濃度

3、：5×10127 氧濃度：1×1013 質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)：AQL2.52硅片插入片盒：21 工具儀器：25片 片盒 工作桌，凳子，真空吸附鑷子22 原材料：125×125mm硅片23 工藝過程：把一定高度的硅片放于工作桌上，在操整理面前，用真空鑷子把硅片吸起，把硅片放于片盒的最下一層，釋放真空，硅片脫離真空吸附落于硅片盒的槽中。重復(fù)上述動作，直至把任務(wù)完成。24 注意事項：241 人是最大的污染源，不要面對硅片說話，不要用手直接拿片盒，手上有鈉離子、油類污染；242 操作人員要戴口罩、手套操作；243 硅片易碎，在操作過程中，工作人員要輕拿輕放，盡量減少碎片；244

4、真空吸頭經(jīng)常用酒精擦拭，在工作過程中，保持清潔。3硅片清洗：31 去除損傷層：311 目的：在硅片切割過程中，引起晶體表面晶格損傷，為把PN結(jié)整理在良好的晶體上，去除硅片表面的損傷層。312 溶液濃度的配比： NaOH：H2O=8500：34000（重量比）在實際工作中，34000克純水，添加10000克的氫氧化鈉313 溶液的配制過程：根據(jù)資料查明：NaOH的融解熱，10.4千卡/摩爾8500÷40×104002210000卡2210000÷3400065（度）結(jié)論：8500克氫氧化鈉，可以使34000克純水溫升65度，理論計算要與實踐相結(jié)合，只要把純水從室溫升

5、高至25左右憑借著氫氧化鈉的溫升就可以達(dá)到85了。314 試劑純度：純水，18M/CM 氫氧化鈉，電子純315 溶液溫度：85±1316 腐蝕速率：條件：20 NaOH溶液，85，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明 4m/min（兩邊共同去除）；內(nèi)圓切割鋸20m/每邊，線鋸10m/每邊，通常內(nèi)圓切割鋸腐蝕時間10分鐘，線鋸腐蝕時間56.5分鐘（根據(jù)實際情況摸索準(zhǔn)確時間，經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每隔幾十片稱量一次）317 反應(yīng)機(jī)理： Si2NaOHH2O=Na2SiO32 H2 28 80 18 122 4 在硅片表面每邊去除10m，兩邊共去除20mA每片去除的重量：g=12.5×12.5×0.002

6、0×2.33=0.728gB每片消耗的NaOH 28：800.728：X X=2.08gC每片產(chǎn)生多少Na2SiO3 28：1220.728：X X=3.172gD如果每配制一次NaOH溶液可以清洗3000片，每片消耗2.08克NaOH，則消耗6.240Kg, 10 Kg的NaOH，只剩下3.76 Kg 在達(dá)到2500片時要密切注視，每花籃硅片稱量是否達(dá)到了設(shè)計要求。E如果去除損傷層3000片則生成9.516Kg的Na2SiO3 ，整個花籃上浮，使花籃定位不準(zhǔn)確嚴(yán)重影響機(jī)械手的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。318 注意事項與問題的討論： A在整個去除損傷層的過程中，大量的H2氣泡有可能依附到硅片上，使硅

7、片上浮，在片盒上必須設(shè)計一個片盒“蓋片”，或者片盒“擋棒”，防止硅片上??； B關(guān)于去除損傷層時間的討論：現(xiàn)在硅片越來越薄，去除損傷層的時間可以大大縮短，要以實踐為準(zhǔn)。在硅片表面整理絨面的過程中，也要腐蝕掉一層硅，既要PN結(jié)整理在良好的晶體上，又要不能使硅片太薄，易產(chǎn)生碎片；32 制絨面：321 目的：為了提高效率減少光的反射，在硅片表面整理出直角四面棱錐，使入射光在硅片表面形成多次反射。在P型100晶向上，利用晶體的各向異性，在晶體上腐蝕出正金字墻。322 溶液濃度的配制： 純水：氫氧化鈉：異丙醇：硅酸鈉1000：1520：45ml：46g323 溶液的配制過程： A把預(yù)熱槽用純水洗凈，把純水

8、打入預(yù)加熱槽； B把純水加熱到85； C把預(yù)熱槽的純水打入絨面槽； D依次按比例把NaOH、異丙醇、硅酸鈉加入到絨面槽中 E等待溫度恒定后進(jìn)行操作324 試劑純度： 純水：18M/CM； 氫氧化鈉：電子純；異丙醇：優(yōu)級純；硅酸鈉：優(yōu)級純325 溶液濃度：85±1326 絨面的制備時間：通常2530分鐘左右327 反應(yīng)機(jī)理：由于各晶面的面密度不同，腐蝕對各晶面有選擇性。（100）、（111）面的面密度分別為2/a2、4.6/a2，因此（100）面的腐蝕密度速度最大，（111）面的腐蝕速度最小。所以腐蝕時（111）面最容易裸露在外面。實驗得知，（100）面的腐蝕速度比（111）面大35倍

9、。擇優(yōu)腐蝕對溶液濃度關(guān)系很大，濃度偏高則為拋光腐蝕；濃度偏低則為擇優(yōu)腐蝕。異丙醇為消泡劑。硅酸鈉為緩沖腐蝕劑。328 注意事項與問題討論： A絨面腐蝕時間：通常為25分鐘，根據(jù)絨面狀況可以適當(dāng)增加510分鐘； B絨面的等直角棱錐體的下邊長為多長，反射的光為最長？實踐表明，從統(tǒng)計規(guī)律來看，a35m從電池表面上反射的光線最少。溫度偏低一點，82，腐蝕速率慢一點，a的長度在35m的可能性較大。 C在絨面的腐蝕過程中，尤其是在開始的第一、第二批硅片，這種現(xiàn)象最嚴(yán)重，即絨面不連續(xù)。這樣就增大了反射光，減少了電池的轉(zhuǎn)換效率。NaOH與Si的反應(yīng)生成硅酸鈉，硅酸鈉是一種緩腐劑，緩腐的速率與硅酸鈉的濃度有很大

10、關(guān)系，在反應(yīng)初期，生成的硅酸鈉濃度過低，低于0.1時，反而引起加速反應(yīng)，并有可能引起點腐蝕。腐蝕速率過快就容易產(chǎn)生平地。為克服上述現(xiàn)象，每次配制新的腐蝕溶液時增加0.40.6的硅酸鈉，就是為了克服絨面不連續(xù)現(xiàn)象。 D在絨面的整理過程中，會產(chǎn)生大量的H2氣泡，附著在硅片上，根據(jù)情況，要不斷的向溶液中增加異丙醇。異丙醇是消泡劑。（根據(jù)實際情況及經(jīng)驗確定其用量） E絨面腐蝕液時間久了，硅酸鈉的含量逐漸增多，粘度也增大，比重增大，硅片上浮，為了減少絨面的不連續(xù)性絨面的腐蝕液的廢液也可留下1/4，再增加3/4的新溶液。 F在絨面的制備過程中，在顯微鏡下觀察，經(jīng)常會看到右圖所示的現(xiàn)象，如果a為正常絨面，b

11、的絨面就太小了；如果b為正常絨面，a的就太大了。B部分為小絨面，被氣泡所覆蓋，減緩了反應(yīng)速度，生成小絨面。B部分為小絨面，其表面有油質(zhì)污染，減緩了反應(yīng)速度。（形成此現(xiàn)象的具體原因在生產(chǎn)中再摸索）33 漂洗：331 目的：在制絨面的過程中，其表面沾污了各種金屬離子和各種鹽類，本水槽中是四面溢流式，純水來自上一個噴淋槽，在本槽中硅片初步清洗。332 漂洗時間：漂洗時間大約為2分鐘左右，在實踐中進(jìn)一步摸索確定。333 漂洗方式：漂洗槽是四邊溢流式，無任何金屬粒子沾污的水泵過濾器，使純水長生循環(huán)，加強(qiáng)去污效果。334 漂洗槽溫度：室溫。34 噴淋槽：341 目的：在漂洗槽得到初步清洗的硅片，在噴淋槽中

12、得到進(jìn)一步較徹底的清洗。純水是18M/CM的純水；霧化噴淋。342 噴淋時間：噴淋時間大約34分鐘，在實踐中進(jìn)一步確定。343 噴淋槽溫度：室溫。35 中和槽：351 目的：進(jìn)一步去除硅片表面的鈉離子和硅酸鹽類的沾污。352 溶液的配制：（5.17.5）L鹽酸（28.126.5）L純水353 溶液溫度：室溫354 溶液的純度：電子級（MOS級）355 溶液的腐蝕時間：56.5分鐘36 漂洗：工藝同3337 HF酸溶液漂洗硅片,371 目的：硅片在清洗的過程中不可避免的在硅片表面形成很厚的一層SiO2,把一層未清洗的SiO2去除 。372 溶液的配制： HF：H2O1：10 體積比373 溶液的

13、純度：電子級374 腐蝕時間：硅片表面不沾水為最佳。SiO2層很薄，腐蝕時間通常不大于20秒。375 溶液的溫度：室溫38 漂洗：工藝同3339 噴淋：工藝同34310 慢拉槽：3101 目的：一批可清洗125×125的硅片300片，為了盡量減少硅片和提籃所沾附的水跡。3102 槽中的溶液：為18MCM的純水3103 溶液的溫度：85±5311 烘干槽：3111 目的：清除掉硅片表面的水漬。3112 烘干槽的溫度范圍：1001103113 烘干時間：每個槽不大于10分鐘。4擴(kuò)散工藝：41 目的：在硅片表面形成PN結(jié)42 工藝條件：序號名稱爐溫O2N2（大）N2（?。r間1升

14、溫8809001820L/分2裝片8809001820L/分3進(jìn)爐8809001820L/分54穩(wěn)定8809001820L/分125通O28809001.17L/min1820L/分216通POCl38809001.17L/min1820L/分1.17L/min127吹氮8809001820L/分108出爐8809001820L/分10說明： 三氯氧磷的純度：5個9 O2 99.995（壓力：40 psi=2.8Kg/平方厘米） N2 99.998（壓力：40 psi=2.8Kg/平方厘米）1psi=0.07Kg/平方厘米 CDA： 5Kg/立方厘米 循環(huán)水：進(jìn)口水溫25，出口水溫35 源溫：

15、20±0.5 R：中心值 60 偏差：60±20（5點檢測值 max-min/max+min10） POCl3 99.99943 注意事項與問題討論：431 硅片清洗之后，應(yīng)在最短時間內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，盡量減少各種污染。432 怎樣提高R均勻一致性： A現(xiàn)在爐管直徑逐漸增大，投片量增大，其熱慣性增大，爐子的穩(wěn)定時間相應(yīng)的加長，通常在12分鐘左右，硅片的溫度一致性好，這是R均勻的基礎(chǔ)。 B大N2的流量通常為1820L/分，它是一種輸送氣體，把POCl3氣體攜帶到爐管中，如果大氮流量偏小，就引起硅片前后的R不均勻。 C為了提高R的均勻性，在石英舟的前后放置石英擋板，目的是使氣源更加均

16、勻一致。 D為了提高擴(kuò)散質(zhì)量，在硅片表面生成非常厚的一層SiO2，減少表面的合金點，堿磷源對硅片的腐蝕作用，使R更均勻一致 。433 怎樣盡量減少PN結(jié)的反向以漏電流： A在100級凈化間內(nèi)操作，操整理戴口罩、手套、盡量減少對硅片的污染； B硅片清洗要規(guī)范，在清洗過程中把各種沾污徹底清除掉。434 如果硅片在擴(kuò)散時是背靠背放置，在擴(kuò)散后一定要嚴(yán)格區(qū)分?jǐn)U散面和沒擴(kuò)散面，如果相混淆，那么轉(zhuǎn)換效率為零，將會發(fā)生重大責(zé)任事故。操整理必須十分小心認(rèn)真，千萬不能混淆。把一對背靠背擴(kuò)散的AB把A片放置一堆，擴(kuò)散面朝上，擴(kuò)散面/未擴(kuò)散面；把B片放置一堆，擴(kuò)散面朝下，未擴(kuò)散面/擴(kuò)散面，然后在把兩堆，再放置再一起

17、，B片翻轉(zhuǎn)180度與A片相重合，交周邊刻蝕。435 爐管飽和：如果不連續(xù)生產(chǎn)，每天再正式生產(chǎn)之前，對爐管進(jìn)行飽和，即正式的擴(kuò)散工藝，把石英舟放入恒溫，進(jìn)行一次擴(kuò)散，這樣做使R較均勻一致。436 做樣片：在飽和爐管之后，按正常的擴(kuò)散工藝做樣品，通過樣片測試，觀察樣片是否在合格范圍。437 四探測試臺：根據(jù)不同的四探針，補(bǔ)充相應(yīng)的操作步驟說明書，R一定要準(zhǔn)確測量，才能更好的指導(dǎo)工藝調(diào)整。438 石英管清洗： A把石英管放于石英管清洗機(jī)內(nèi)，用去離子水沖洗石英管內(nèi)部外部； B用HCL：H2O1：10溶液浸泡40分鐘； C用去離子水沖洗10分鐘； D用氮氣吹干，待用。 說明：1 所有石英制品在清洗過程中

18、不可赤手觸摸，必須戴手套； 2 按石英管清洗機(jī)的操作規(guī)程清洗。439 為了保持石英爐管的清洗，在爐管不工作時，爐管內(nèi)也要保持正壓，防止外部的塵埃進(jìn)入爐管。為了提高爐管的使用壽命，在爐管不工作時也要恒溫在400 4310 關(guān)于擴(kuò)散爐氣路系統(tǒng)的說明：A減壓閥：壓縮空氣、氮氣、氧氣進(jìn)入擴(kuò)散爐，有一個減壓閥，把壓力調(diào)整到一個合適的范圍，CDA：5Kg/平方厘米；O2、N2：2.83 Kg/平方厘米；B過濾器的作用：在改變量程，各種閥門在動作時都會在系統(tǒng)產(chǎn)生大量的塵埃，為了減少塵埃對系統(tǒng)的沾污，在每個氣體回路中都安裝了進(jìn)口過濾器，對提高產(chǎn)品性能是有很大作用的；C浮子流量計與質(zhì)量流量控制器：他們都是控制各

19、自回路流量的氣體流量的。浮子流量計是隨回路氣體的壓力變化而變化的，而質(zhì)量流量計的最大特點，基本不隨回路氣體的壓力變化而變化，它的流量是非常穩(wěn)定的；D源溫控制器：源溫控制器對擴(kuò)散的R的均勻性很重要。POCl3 的飽和蒸汽壓與溫度基本成正比，如果源溫不穩(wěn)定，POCl3在爐管的濃度也不穩(wěn)定。這就會嚴(yán)重影響擴(kuò)散質(zhì)量；E三氯乙烷清洗瓶：三氯乙烷是專為清洗爐管用的。在清洗爐管之后，爐管比較臟，可以用三氯乙烷清洗爐管，在科研時，每天在擴(kuò)散氧化之前都用三氯乙烷清洗爐管；F單向閥：只準(zhǔn)許POCl3和三氯乙烷向爐管方向流動，不允許向反向流動； G電磁閥氣動閥：通過電磁閥來控制氣動閥。在源瓶前后的氣動閥一定要同時啟

20、動，或者，源瓶前面的氣動閥要先啟動，源瓶后面的氣動閥后啟動，否則不堪設(shè)想，會把源瓶的源全部送到爐管中會造成事故；H各個氣路系統(tǒng)的作用：浮子流量計系統(tǒng)：在擴(kuò)散爐不工作，或者突然停電后，為了保證爐管保持正壓，而設(shè)計的一個氣路，通常流量控制在46L/分 ；源溫控制器氣路：通過電磁閥氣動閥的控制，質(zhì)量流量計控制流量，以小N2攜帶POCl3把源通入爐管內(nèi)；大N2氣路：大N2作用運(yùn)載氣體，把源快速均勻的運(yùn)載到爐管；O2氣路：如果O2 的流量偏小，POCl3 熱分解后，形成PCl5它會對硅片有腐蝕性，為了減少對硅片表面的腐蝕，一定要通一定量的O2氣。5周邊等離子刻蝕：51 目的：在PN結(jié)擴(kuò)散時，不可避免的在

21、硅片的正面和背面都形成了PN結(jié)，為了減少漏電流，利用等離子刻蝕的方法，把正、背面的PN結(jié)相奮力；52 主要設(shè)備：M 422001/um型等離子刻蝕機(jī)；53 主要材料和儀器：擴(kuò)散PN結(jié)的硅片 聚四氯乙烯提籃 硅片上下部的壓塊 手套、口罩 N2、O2、CF4氣體，純度為5N54 工藝技術(shù)條件：541 輸出功率：600W542 刻蝕時間：9分鐘543 每批刻蝕的硅片數(shù)：200片/批544 工藝氣體流量：CF4:82.5；O2：17.5；（適當(dāng)變化比例，四十八所調(diào)試時注意）545 工藝氣體的壓力范圍：0.10.2Mpa（詳見設(shè)備操作規(guī)程）55 安全注意事項及問題討論：551 設(shè)備在不工作時，系統(tǒng)應(yīng)真空

22、保存；552 如停機(jī)較長時間后再進(jìn)行刻蝕工藝，需要先進(jìn)行一次空載刻蝕后再刻蝕硅片；553 在刻蝕工藝自動運(yùn)行過程中，千萬不能觸摸電感線圈，防止高壓電擊；554 擴(kuò)散后的硅片是有方向性的，一邊為擴(kuò)散面，另一邊為未擴(kuò)散面，要么擴(kuò)散面朝上，要么擴(kuò)散面朝下，一定要永遠(yuǎn)這樣做，絕對不能搞錯，一旦發(fā)生錯誤，整批電池的轉(zhuǎn)換效率為零；555 每片200片，硅片要排列整齊，用聚四氯乙烯提籃和上下壓塊把待刻蝕硅片壓緊，防止刻蝕到硅片里邊；556 把提籃放入真空室時要輕拿輕放，防止損壞石英鐘罩，以及真空密封部分；557 機(jī)械泵的泵油要及時更換，至少每半個月或者每一個月?lián)Q一次油，保持系統(tǒng)的真空良好；558 怎樣判斷周

23、邊刻蝕的質(zhì)量呢？從電池片的IV曲線上就可以判斷周邊刻蝕的質(zhì)量：如果出現(xiàn)如左圖的不正常IV曲線，就說明等離子刻蝕質(zhì)量不好，周邊的PN結(jié)沒有完全刻蝕掉，有明顯的PN結(jié)漏氣，必須調(diào)整工藝參數(shù)。6去除硅片表面的氧化層：61 目的：在PN結(jié)的擴(kuò)散過程中，在硅片表面生長了一定厚度的磷硅玻璃層，為了形成良好的歐姆接觸，減少入射光的反射，在淀積SixNyHz之前，把磷硅玻璃腐蝕掉。62 設(shè)備：去磷硅玻璃清洗機(jī)63 主要原材料和工具：A.已經(jīng)周邊刻蝕的硅片； B.氫氟酸 純度等級：電子純； C.氟化銨 純度等級：電子純； D.片盒、提籃；E.化學(xué)防腐手套； F.防護(hù)眼鏡； G.圍裙； H.金屬鑷子；64 硅片上

24、片盒：641 已擴(kuò)散的硅片有方向性（有擴(kuò)散面和未擴(kuò)散面），片盒同樣有方向性，一定要定義好，擴(kuò)散面對準(zhǔn)片盒的哪一個方向；642 在裝片的過程中，盡量減少對硅片的污染，人是最大沾污源，不要面對硅片說話，不能用手直接接觸硅片；65 腐蝕液的配制： A40的氟化銨溶液5的氫氟酸（占氟化銨體積的5） B溶液溫度：室溫； C腐蝕時間：2分鐘；說明：當(dāng)片盒提出腐蝕溶液時，硅片表面不沾水，沒有任何水痕，則表示硅片上的磷硅玻璃已經(jīng)完全腐蝕干凈。66 淋洗槽：（水浴槽），該槽的純水來源于噴淋槽，該槽的純水自循環(huán)，四邊溢流式；從腐蝕槽出來的提籃，立刻放入水浴槽，時間23分鐘。67 噴淋槽：噴淋槽的純水來自純水站；每一個提籃要噴淋2分鐘。68 慢拉槽：進(jìn)一步清洗硅片，在慢拉過程中，使提籃片盒和硅片上盡量沾少量的水痕；槽的水溫在6080，時間：2分鐘； 69 雙位烘干槽： 溫度： 100110 時間：10分鐘； 干凈的除油、除塵、除濕的空氣吹干。 絲網(wǎng)印刷部分：1正面柵線設(shè)計：11 細(xì)柵線的寬度：0.12512 細(xì)柵線的根數(shù)為44根13 最邊緣的細(xì)柵線到電池邊緣的距離為1.7mm0.125×441.7×243×2.712514 兩根細(xì)柵線之間的距離為2.7mm15 立柵線的寬度為1.5mm 125均分為42正面柵線絲網(wǎng)的材料、目數(shù)與膜厚：21 材質(zhì)：進(jìn)口德