晶硅電池制備工藝切片制絨擴(kuò)散

晶硅電池制備工藝切片制絨擴(kuò)散第1頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽能電池是一種將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件太陽能電池第2頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆光伏產(chǎn)業(yè)鏈第3頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月單晶電池片生產(chǎn)過程制絨清洗甩干擴(kuò)散刻蝕和去磷硅玻璃PECVD絲網(wǎng)印刷背電極絲網(wǎng)印刷背電場(chǎng)絲網(wǎng)印刷正面電極分類檢測(cè)包裝原始硅片第4頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月多晶電池片生產(chǎn)過程制絨清洗甩干擴(kuò)散刻蝕和去磷硅玻璃PECVD絲網(wǎng)印刷背電極絲網(wǎng)印刷背電場(chǎng)絲網(wǎng)印刷正面電極分類檢測(cè)包裝原始硅片第5頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1硅片生產(chǎn)工藝（及主要設(shè)備）工藝流程：硅錠（硅棒）--切塊（切方）--倒角拋光--粘膠--切片--脫膠清洗--分選檢驗(yàn)包裝工藝簡(jiǎn)介：切塊／切方：將硅錠或者硅棒切成適合切片的尺寸，一般硅錠切成25塊（主流）。倒角拋光：將晶柱的圓面棱角研磨成符合要求的尺寸，對(duì)表面進(jìn)行拋光處理，從而獲得高度平坦的晶片。粘膠：用粘附劑把晶柱固定在由鋁板和玻璃板組成的夾具上，自然硬化或用恒溫爐使其硬化。第6頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月切片：把晶柱切割成硅片，切割的深度要達(dá)到夾具上的玻璃板，以便在之后的程序中把硅片和玻璃板分開。脫膠清洗：用清水清洗切成的硅片，再用熱水浸泡，使硅片與玻璃板分開。分選檢驗(yàn)包裝：抽樣檢查厚度、尺寸、抗阻值等指標(biāo)，全部檢查破損、裂痕、邊緣缺口，挑選出符合要求的硅片進(jìn)行包裝。第7頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月主要設(shè)備介紹1、切方機(jī)切方機(jī)是用來對(duì)硅棒、硅錠進(jìn)行切割的設(shè)備。該設(shè)備目前在國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，上海日進(jìn)、上海漢虹、大連連城、北京京儀世紀(jì)等公司已有成熟的產(chǎn)品投入市場(chǎng)。一條50MW的硅片生產(chǎn)線需要配1臺(tái)切方機(jī)即可，國產(chǎn)設(shè)備價(jià)格為280萬元左右。

2、多線切割機(jī)多線切割機(jī)是目前市場(chǎng)上用于切片最主流，也是最先進(jìn)的設(shè)備。它的基本原理是通過一根高速運(yùn)動(dòng)的鋼線帶動(dòng)附著在鋼絲上的切割刃料對(duì)硅棒進(jìn)行摩擦，從而將硅棒等硬脆材料一次同時(shí)切割為數(shù)千片薄片的一種切割加工方法。多線切割由于其更高效、更小切割損失以及更高精度的優(yōu)勢(shì)，適用于切割貴重、超硬材料。近十年來已取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割成為硅片切割加工的主要方式。在光伏行業(yè)切片領(lǐng)域，到2009年底國內(nèi)市場(chǎng)基本被瑞士的HCT、MeyerBurger（梅耶博格）和日本的NTC所統(tǒng)治。近年來國內(nèi)設(shè)備廠家上海日進(jìn)、電子集團(tuán)45所、蘭州瑞德、無錫開源、大連連城、北京京聯(lián)發(fā)、湖南宇晶等也陸續(xù)推出了多線切割機(jī)樣機(jī)。第8頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月修邊切方第9頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月切片在切割中，對(duì)鋼線施加適當(dāng)?shù)膹埩?，使鋼線來回拉動(dòng)。使用線切割機(jī)進(jìn)行切片鋼線帶動(dòng)漿料（油及SiC），使其對(duì)晶棒進(jìn)行切割。漿料不僅是研磨劑，還帶走研磨中的熱量。占整個(gè)切片成本的25%~35%。太陽能電池厚度為200~280μm。鋼線直徑180μm，碳化硅為5~30μm。第10頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月半成品庫切斷檢驗(yàn)切方自檢滾圓

不合格檢驗(yàn)合格合格

不合格準(zhǔn)方棒粘接切片自檢脫膠預(yù)清洗插片超聲波清洗檢驗(yàn)合格包裝成品庫

不合格單晶硅片生產(chǎn)工藝流程第11頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月切斷開方切片硅片第12頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月半成品庫硅錠粘接

脫膠

切斷（去頭尾）檢驗(yàn)合格準(zhǔn)方棒粘接切片自檢脫膠預(yù)清洗插片超聲波清洗檢驗(yàn)合格包裝成品庫

不合格

多晶硅片生產(chǎn)工藝流程破錠邊皮料磨

面

頭尾料

不合格倒角第13頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆太陽能級(jí)單多晶硅片技術(shù)參數(shù)規(guī)格(尺寸)(mm)125*125；156*156

導(dǎo)電類型P型；N型晶向及晶向偏差<100>±2o

電阻率范圍(歐母·厘米)

少子壽命(us)

氧含量(atoms/cm2)

碳含量(atoms/cm2)

位錯(cuò)密度(個(gè)/cm2)

晶體硅片邊長(zhǎng)(mm)

125*125±0.5；156*156±0.5

對(duì)角線(mm)150±0.5；220±0.5

中心厚度值(um)200±30

厚度偏差(um)TTV≤40，邊緣6mm處測(cè)量彎曲度BOW(um)≤70

鋸痕深度(um)≤15

外觀狀況無油污、無孔洞鈍形缺角類缺陷長(zhǎng)度≤1.5mm×1mm,每片缺陷數(shù)量≤5個(gè)

V型缺角類缺陷0第14頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆開方介紹硅錠硅棒第15頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆切片機(jī)介紹第17頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆切片原理切片的原理及過程：利用切割鋼絲帶動(dòng)砂漿，利用砂漿中SiC微粒與晶棒進(jìn)行摩擦，達(dá)到切割的目的。并不是鋼絲切割晶棒，鋼絲的摩爾硬度為5.5左右，單晶硅的摩爾硬度為6.5左右，而SiC的摩爾硬度為9.25-9.5左右，因此鋼絲是切割不了晶棒的.第18頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆設(shè)備基本特性和技術(shù)參數(shù)工件工件尺寸□156*L320mm并排2根長(zhǎng)度最大320mm切割線切割線直徑0.12-0.16mm切割線長(zhǎng)度根據(jù)要求而定切割線速度可編程設(shè)定，600m/min正向和反向切割(自動(dòng)反向)總循環(huán)時(shí)間可編程設(shè)定切割線張緊力10-25N主輥主輥軸承特殊滾柱軸承、水冷式主輥直徑200-215mm主輥長(zhǎng)度320mm主輥重量約29kg主輥數(shù)量2第19頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)給工作行程最大300mm/min進(jìn)給速度0.1-2mm/min,可編程設(shè)定快速進(jìn)給速度300mm/min漿液供應(yīng)漿液箱容量200升漿液溫度受控泵流量在25°C時(shí)，最大達(dá)180l/min漿液冷卻通過熱交換器控制系統(tǒng)類型PLC控制。◆各工藝流程---線切部分●線切部分的主要組成單元

主要由：放線部分＋收線部分＋線網(wǎng)系統(tǒng)＋冷卻交換系統(tǒng)＋切削液循環(huán)供給系統(tǒng)＋壓縮空氣潔凈系統(tǒng)組成。●各單元的構(gòu)成及作用a放線系統(tǒng)第20頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月放線系統(tǒng)圖

各線輪作用放線工字輪：定位放線輪，不擺動(dòng)、跳動(dòng)。軸棍摩擦力可調(diào)，由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)，起、制動(dòng)及正常運(yùn)行時(shí)，通過飼服電機(jī)使得與導(dǎo)輪保持同步。排線過線輪：通過對(duì)飼服電機(jī)的控制使排線過線輪的鋼絲人口始終與放線工字輪的鋼絲出口保持水平狀態(tài)第21頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月Dancer（漲力）：通過Dancer的擺動(dòng)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的放線張力，基本維持在22N。同時(shí)，可緩沖排線Pitch不均而對(duì)放線張力的實(shí)時(shí)微擾。張力測(cè)試輪：輪內(nèi)加裝了一個(gè)壓力傳感器，把檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)處理后，顯示到LED顯示屏上，直觀地觀測(cè)其實(shí)際放線張力。同時(shí)，把此信號(hào)與給定信號(hào)比較，其差值的正、負(fù)、大、小再去調(diào)節(jié)放線張力，直到實(shí)際放線張力與設(shè)定值一致。（實(shí)際上是一個(gè)壓力閉環(huán)系統(tǒng)）導(dǎo)向過線輪：通過該輪使切割鋼絲平滑地過渡到線網(wǎng)導(dǎo)輪上。同時(shí)，定位了線網(wǎng)槽輪的人線位置。b收線系統(tǒng)收線系統(tǒng)圖第22頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月C線網(wǎng)部分

線網(wǎng)的基本知識(shí)線網(wǎng)作用：把線網(wǎng)中每一根鋼絲作為載體，把切削液均勻的帶入線網(wǎng)中，通過鋼絲、砂、硅之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（滑動(dòng)、滾動(dòng)），達(dá)到切割硅棒的目的。所以，線網(wǎng)必須保持一定的張力，必須穩(wěn)定，不能松動(dòng)，更不能跳線。線網(wǎng)穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品的合格率，減少斷絲率至關(guān)重要。線網(wǎng)張力：理論上由放線張力決定，但由于槽輪與鋼絲間存在摩擦力，在切割過程中會(huì)建立7mm左右的線弓，加上鋼絲在一定張力下的延伸性與硬質(zhì)塑料材質(zhì)的槽輪在一定壓力下的擠壓，實(shí)際線網(wǎng)張力會(huì)大于放線張力。第23頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月線網(wǎng)槽輪的基本知識(shí)

槽輪作用：讓線網(wǎng)鋼絲部分埋入不至滑動(dòng)、跳線，起到較好的穩(wěn)定作用。槽輪材質(zhì)：表面是高耐磨的聚氨酯涂層。槽輪的槽距、槽深、槽角、槽寬：（以200μm厚的硅片為例）槽距：由硅片厚度、線徑、砂粒度等因素決定。對(duì)應(yīng)的槽距W=0.345mm槽深：如圖，槽深h=0.16mm槽角：如圖，槽角α=81.9度槽寬：如圖，根據(jù)槽深、槽角求得槽寬W=2*0.16*tg(81.9?)=0.27768mm第24頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月線網(wǎng)兩導(dǎo)輪如何實(shí)現(xiàn)同步？如圖，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪由各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但主動(dòng)輪只與系統(tǒng)的給定值有關(guān)，而從動(dòng)輪則以主動(dòng)輪作為的速度為目標(biāo)，槽輪線網(wǎng)鋼絲受力圖通過伺服系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)輪不斷跟隨，直到兩輪的速度一致。即：F1=F2。如果，兩者不同步，則F1＝F2，若F1>F2,說明，從輪太快，調(diào)節(jié)使槽輪減速；反之，亦然。所以，實(shí)際情況是，從輪速度圍繞主輪在波動(dòng)中跟隨，實(shí)現(xiàn)相對(duì)同步。鋼絲的張力也隨著小幅波動(dòng)。導(dǎo)輪線網(wǎng)鋼絲受力圖◆切片的主要輔助材料及用途

a切割線（鋼線）:主要作用纏繞在設(shè)導(dǎo)輪上作為載體帶動(dòng)砂漿對(duì)硅棒進(jìn)行研磨切削。第25頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月

b切削液（PEG）三大特性：（1）冷卻（2）潤(rùn)滑（3）吸附

C碳化硅（SIC）

硬度較高成不規(guī)則顆粒狀與PEG按一定比例混合后吸附在線網(wǎng)上隨著線網(wǎng)高速運(yùn)行形成很強(qiáng)的切削能力砂漿的定義：切削液和碳化硅按照一定比例均勻混合配置砂漿的要求：砂漿車間的溫度應(yīng)控制在25℃，濕度應(yīng)控制在40%以下，保持車間的衛(wèi)生及清潔度，并且在整個(gè)配漿過程中要控制作業(yè)的清潔度，在配制過程中佩戴好要求的勞保用品。配制砂漿前要保證SiC在烘箱內(nèi)烘干6小時(shí)以上，以達(dá)到去除水分，保證SiC顆粒不結(jié)成塊狀，與切割液攪拌時(shí)混合均勻。第26頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月d膠水膠水是為了讓硅棒通過切割墊塊（如：玻璃基板）牢固的粘接到工件連接件上，保證在切片過程中不掉棒（整根硅棒可能報(bào)廢），不松動(dòng)（會(huì)嚴(yán)重影響硅片的質(zhì)量）。硅棒粘接的長(zhǎng)度與線切機(jī)型號(hào)和硅棒的自身長(zhǎng)度、規(guī)格有關(guān)。切割（基板）墊塊：主要一般為玻璃，本身沒有特別的要求，但通常表面粗糙一點(diǎn)的玻璃其表面積較大，故粘合效果會(huì)更好。第27頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆切削的主要因素

由切削液以及碳化硅混合后砂漿的切割能力、鋼線的張力、鋼線運(yùn)行速度和工件進(jìn)給速度是影響切削的主要因素。鋼線的高速運(yùn)動(dòng)促使懸浮液攜帶著帶有棱角的碳化硅顆粒以不斷滾動(dòng)的方式進(jìn)入切割區(qū)，從而產(chǎn)生很強(qiáng)切削能力，鋼線上加有一定的張力，使碳化硅磨料一般只沿鋼線運(yùn)動(dòng)的方向逐漸對(duì)工件進(jìn)行一次次切削，使工件沿細(xì)鋼線的縫隙被切成一個(gè)個(gè)薄片，碳化硅磨料對(duì)鋼線側(cè)向影響很小，所以薄片表面并看不到切割痕跡。◆機(jī)械參數(shù)對(duì)硅片的切割影響

控制晶片質(zhì)量的四個(gè)重要參數(shù)：鋼線的張力、鋼線的運(yùn)動(dòng)速度、工件的進(jìn)給速度、砂漿切割能力。a鋼線的張力鋼線張力的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)是由兩條帶有力矩馬達(dá)或配重的兩條張力臂組成的，是一個(gè)由PLC控制反饋系統(tǒng)，以便適當(dāng)?shù)乜刂其摼€的張力。

第28頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月b鋼線的運(yùn)動(dòng)速度

和鋼線張力不同，一般機(jī)床的鋼線運(yùn)動(dòng)可以根據(jù)需要分為往復(fù)運(yùn)動(dòng)和單向運(yùn)動(dòng)兩種形式，在單向運(yùn)動(dòng)的情況下，鋼線始終保持一個(gè)速度和方向運(yùn)動(dòng)；在鋼線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況下，鋼線速度是一個(gè)先由零點(diǎn)沿一個(gè)方向很快（一般2到3秒）加速到規(guī)定速度，運(yùn)行一段時(shí)間后，再沿原方向慢慢降低到零點(diǎn)，停頓短暫時(shí)間（一般為0.2秒），然后再慢慢地反方向加速到規(guī)定的速度，再沿反方向慢慢降低到零點(diǎn)停頓短暫時(shí)間（一般為0.2秒）的周期循環(huán)過程。線切割機(jī)的切割效率在碳化硅切割能力內(nèi)是隨著鋼線速度的提高而提高的，超出碳化硅的切割能力范圍過快容易造成鋼線擺動(dòng)幅度過大，碳化硅顆粒難以黏附，薄片表面質(zhì)量下降。超出碳化硅的切割能力范圍過慢，切割能力跟不上工件的進(jìn)給，不僅斷線幾率增加，而且會(huì)造成薄片表面質(zhì)量嚴(yán)重下降。因此，鋼線速度必須和碳化硅的切割能力保持一致，這需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷一般鋼線的張力對(duì)切割的影響主要有一下3種形式：①如果鋼線的張力過小，將會(huì)導(dǎo)致鋼線彎曲度增大，既線弓過大，鋼線對(duì)晶棒產(chǎn)生的壓力減少，切割效率下降。同時(shí)鋼線擺動(dòng)幅度增大，工件的厚度變化加劇，線痕片增多，晶片變的參差不齊。②如果鋼線張力過大，鋼線的斷線幾率會(huì)大大增加。而且鋼線攜帶的碳化硅顆粒會(huì)難以進(jìn)入鋸縫，造成硅片質(zhì)量下降或切割效率降低。③張力系統(tǒng)使用一段時(shí)間以后，很容易造成零點(diǎn)偏移，使鋼線張力變化過大，這樣一是容易造成斷線，二是硅片質(zhì)量難以保證，要及時(shí)校正。第29頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月C工件的進(jìn)給速度工件的進(jìn)給速度是整個(gè)切割時(shí)間的主要決定因素。但是工件進(jìn)給速度的大小不是一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，而是與鋼線的運(yùn)動(dòng)速度以及所用砂漿的切割能力息息相關(guān)的，而且有時(shí)候還要根據(jù)工件形狀在進(jìn)給的不同位置采用不同的進(jìn)給速度（例如：為保證圓形工件的表面TTV，可以在開始和結(jié)束其橫截面變小時(shí)提高工件進(jìn)給，在中間位置其截界面變大時(shí)降低工件進(jìn)給速度。）。所以考慮工件的進(jìn)給速度時(shí)一定要兼顧考慮鋼線的運(yùn)動(dòng)速度、砂漿的切割能力、工件的形狀以及工件的截面大小等因素。其過快和過慢產(chǎn)生的后果正好與鋼線運(yùn)動(dòng)速度相反。在有線弓情況下，底部剩余不均沒有線弓情況下，底部剩余均勻正確切割方式錯(cuò)誤切割方式第30頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月

超聲波清洗◆超聲波清洗主要目的去除硅片表面的顆粒、有機(jī)雜質(zhì)、無機(jī)雜質(zhì)、金屬離子、硅粉粉塵等◆超聲波清洗基本原理利用28KHz以上的電能，經(jīng)超聲波換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳入到清洗液中。超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動(dòng)，并不停地產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡。這些氣泡是在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成及生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速閉合。這種微小氣泡的形成、生成迅速閉合稱為空化現(xiàn)象，在空化現(xiàn)象中氣泡閉合時(shí)形成超過1000個(gè)大氣壓的瞬時(shí)高壓，連續(xù)不斷產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓，像一連串小爆炸不停地轟擊物體表面，使物體及縫隙中的污垢迅速剝落。這種空化侵蝕作用就是超聲波清洗的基本原理第31頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月序號(hào)介質(zhì)清洗方法液溫加熱功率超聲功率1市水（自來水）超聲30±5℃6KW40KHz,1800W2市水（自來水）超聲30±5℃6KW40KHz,1800W3藥劑+RO水超聲45±5℃6KW40KHz,1800W4藥劑+RO水超聲45±5℃6KW40KHz,1800W5藥劑+RO水超聲45±5℃6KW40KHz,1800W6RO水（自來水）漂洗55±5℃6KW40KHz,1800W7RO水（自來水）鼓泡50±5℃6KW40KHz,1800W◆超聲波清洗機(jī)介紹第32頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月◆超聲波清洗工藝路線1#市水超聲清洗→2#市水超聲清洗→3#藥劑+RO水（超聲清洗）→4#藥劑+RO水（超聲清洗）→5#藥劑+RO水（超聲清洗→6#RO水超聲漂洗→7#RO水鼓泡漂洗→甩干超聲波清洗設(shè)備整個(gè)清洗分成3道工序，每道工序一般持續(xù)時(shí)間為3~5min：第一道（1#，2#）：超聲波清水洗----去除殘留雜質(zhì)第二道（3#，4#，5#）：超聲波PH=10的堿液洗----去除殘留酸、脂類雜質(zhì)第三道（6#，7#）：超聲波清水洗：漂洗潔凈超聲波清洗后甩干：通過高速離心力原理，機(jī)內(nèi)高溫加熱，使硅片快速干燥。第33頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月

◆切片常用的概念與知識(shí)

a片厚，出片率，合格率理論片厚＝導(dǎo)輪槽距-鋼線直徑-3.5*砂漿顆粒度出片數(shù)＝合格片＋不合格片出片率＝（合格片＋不合格整片）/理論出片×100％合格率＝合格片/理論出片×100％理論出片＝硅棒實(shí)際長(zhǎng)度/導(dǎo)輪槽距

第34頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月b不合格品與描述不合格片的主要表現(xiàn)：線痕片：在硅片表面有較明顯細(xì)小橫向或斜向印痕。崩邊片：是指在線切過程中，硅片邊緣受內(nèi)部應(yīng)力或外部力量的影響而導(dǎo)致脆斷。邊緣片：是指在線切或清洗、檢測(cè)環(huán)節(jié)中，導(dǎo)致硅片邊緣受損。（造成原因下述）穿孔片：指硅片表面出現(xiàn)的小孔翹曲片：指由于硅棒本身的質(zhì)量問題，切好的硅片會(huì)由于內(nèi)部未消除應(yīng)力的釋放而造成硅片凹凸不平，或造成波浪形。外形尺寸：有些硅片的外形尺寸（對(duì)角線或邊長(zhǎng)）如果達(dá)不到客戶的尺寸要求，雖然其他都沒有問題，但照樣是不合格品。TTV：是檢測(cè)硅片厚薄均勻性的唯一指標(biāo)。（有專門的TTV檢測(cè)儀，固定的檢測(cè)方法---5點(diǎn)檢測(cè)法---9點(diǎn)檢測(cè)法）硅落：指硅片的最外延有較小面積的硅脫落現(xiàn)象缺角：指硅片的一個(gè)或幾個(gè)角有折斷現(xiàn)象碎片：指硅片出現(xiàn)嚴(yán)重的斷裂情況第35頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2清洗制絨(超聲波清洗→減薄→噴淋→絨面)制絨工藝目的：

在太陽能硅片的生產(chǎn)工藝中，為了降低硅片表面對(duì)太陽光的反射，提高硅片表面對(duì)太陽光的吸收率，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率，故對(duì)硅片表面進(jìn)行織構(gòu)化絨面制備處理，簡(jiǎn)稱制絨

多晶絨面為凹凸蜂窩狀單晶絨面為金字塔狀第36頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月制絨甩干觀察絨面檢驗(yàn)硅片尺寸測(cè)厚度稱重清洗裝片第37頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月切割損傷層的腐蝕（初拋）線切割損傷層厚度可達(dá)10微米左右。一般采用20%的堿溶液在90℃條件腐蝕0.5～1min以達(dá)到去除損傷層的效果,此時(shí)的腐蝕速率可達(dá)到6～10um/min。初拋時(shí)間在達(dá)到去除損傷層的基礎(chǔ)上盡量減短，以防硅片被腐蝕過薄。對(duì)于NaOH濃度高于20%W/V的情況，腐蝕速度主要取決于溶液的溫度，而與堿溶液實(shí)際濃度關(guān)系不大。第38頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月若損傷層去除不足會(huì)出現(xiàn)3種可能情況：殘余缺陷、殘余缺陷在后續(xù)高溫處理過程中向材料深處繼續(xù)延伸、切割過程中導(dǎo)致的雜質(zhì)未能完全去除。硅酸鈉的熱導(dǎo)性很差。一般硅酸鈉超過一定的量時(shí)，腐蝕產(chǎn)生的熱量超過從溶液表面和容器側(cè)面所散發(fā)的熱量，使溶液的溫度持續(xù)升高。所以初拋液必須定期更換或排出部分溶液。第39頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月制絨：表面織構(gòu)化單晶硅片表面的金字塔狀絨面單晶硅片表面反射率第40頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月絨面腐蝕原理利用低濃度堿溶液對(duì)晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌，就稱為表面織構(gòu)化。角錐體四面全是由〈111〉面包圍形成。反應(yīng)式為：

Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑第41頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月角錐體形成原理角錐體的密度和它們的幾何特征同時(shí)影響著太陽電池的陷光效率和前表面產(chǎn)生反射損失的最低限。尺寸一般控制在3～15微米。推測(cè)腐蝕反應(yīng)期間的產(chǎn)物氫氣泡的發(fā)展對(duì)角錐體的形成起著重要的作用。氣泡粘附在硅片表面，它們的掩蔽作用導(dǎo)致了溶液的側(cè)向腐蝕，這是角錐體形成過程的要素。第42頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月絨面光學(xué)原理制備絨面的目的：減少光的反射率，提高短路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。陷光原理：當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。第43頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月絨面陷光原理：

當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)反射到另一角的斜面，形成二或者多次吸收，從而增加光的吸收率陷光原理圖示第44頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月影響絨面質(zhì)量的關(guān)鍵因素NaOH濃度無水乙醇或異丙醇濃度制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計(jì)量制絨腐蝕的溫度制絨腐蝕時(shí)間的長(zhǎng)短槽體密封程度、乙醇或異丙醇的揮發(fā)程度第45頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波清洗機(jī)械切片以后會(huì)在硅片表面形成10—40微米的損傷層，且表面有油脂、松香、石蠟、金屬離子等雜質(zhì)。工藝目的；主要是去除油脂、松香、石蠟等雜質(zhì)。工藝原理；超聲振動(dòng)使油珠滾落，物理去油。條件；去離子水一定量，溫度60—90℃，時(shí)間10—40min。第46頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波清洗機(jī)設(shè)備要求：穩(wěn)定性好，精確度高（溫度、時(shí)間），操作方便（換水方便）。第47頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月減薄工藝目的；去除表面損傷層和部分雜質(zhì)。工藝原理；利用硅在濃NaOH溶液中的各向同性腐蝕除去損傷層。

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑工藝條件；生產(chǎn)常用NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右，溫度85±5℃，時(shí)間0.2—3min

具體據(jù)原始硅片的厚度和表面損傷情況而定。第48頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月絨面目的；制作絨面，減少反射，提升硅片對(duì)光吸收效率。原理；利用Si在稀NaOH溶液中的各向異性腐蝕，在硅片表面形成無數(shù)個(gè)3—6微米的金字塔結(jié)構(gòu)，這樣光照在硅片表面便會(huì)經(jīng)過多次反射和折射，增加了對(duì)光的吸收。條件；生產(chǎn)常用NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%左右，Na2SiO31.5%—2%，乙醇或異丙醇每次約加200—400ml(50L混合液）。溫度85±5℃,時(shí)間15—45min，具體工藝據(jù)硅片種類、減薄后厚度和上次生產(chǎn)情況而定。質(zhì)量目標(biāo)：絨面后硅片表面顏色深灰無亮點(diǎn)、均勻、氣泡印小，無籃腳印、白花等現(xiàn)象。400倍顯微鏡下大小符合標(biāo)準(zhǔn)，倒金字塔結(jié)構(gòu)均勻。第49頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月酸洗目的；去除硅片表面金屬離子和絨面后的殘留藥液，原理；主要利用的是酸堿中和反應(yīng)。條件；10%鹽酸，時(shí)間10min第50頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月漂洗目的；去除氧化層（SiO2）。原理；SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O條件；HF溶液8%—10%，時(shí)間10min。注★清洗工藝每個(gè)小環(huán)節(jié)之后，均需用去離子水將硅片沖洗干凈，以免殘留藥液影響倒下個(gè)小環(huán)節(jié)的正常進(jìn)行。去離子水是指純水，指的是將水中的強(qiáng)電解質(zhì)去除并且將弱電解質(zhì)去除到一定程度的水。其電阻率越大，電導(dǎo)率約小則級(jí)別越高。第51頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月清洗機(jī)設(shè)備要求：穩(wěn)定性好，精確度高，密閉性能好，有抽風(fēng)裝置，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單安全。第52頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月烘干目的：烘干。原理：熱吹風(fēng)（~75℃）去除硅片表面殘留的水。第53頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)鍵因素的分析

——NaOH的影響制絨液中的乙醇或異丙醇、NaOH、硅酸納三者濃度比例決定著溶液的腐蝕速率和角錐體形成情況。溶液溫度恒定在80℃時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕液NaOH濃度在1.5～4%范圍之外將會(huì)破壞角錐體的幾何形狀。當(dāng)NaOH處于合適范圍內(nèi)時(shí)，乙醇或異丙醇的濃度的上升會(huì)使腐蝕速率大幅度下降。第54頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月維持制絨液中乙醇的含量為10vol%，溫度85℃，時(shí)間30分鐘條件下：NaOH濃度5g/l時(shí)絨面形貌

第55頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月NaOH濃度15g/l時(shí)絨面形貌第56頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月NaOH濃度55g/l時(shí)絨面形貌第57頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月絨面的平均反射率隨NaOH濃度的變化

第58頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)鍵因素的分析

——硅酸鈉的影響硅酸鈉在溶液中呈膠體狀態(tài)，大大的增加了溶液的粘稠度。對(duì)腐蝕液中OH離子從腐蝕液向反應(yīng)界面的輸運(yùn)過程具有緩沖作用，使得大批量腐蝕加工單晶硅絨面時(shí)，溶液中NaOH含量具有較寬的工藝容差范圍，提高了產(chǎn)品工藝加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和溶液的可重復(fù)性。

硅酸鈉在制絨溶液中的含量從2.5%～30%wt的情況下，溶液都具有良好的擇向性，同時(shí)硅片表面上能生成完全覆蓋角錐體的絨面。

第59頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著硅酸鈉含量的增加，溶液粘度會(huì)增加，結(jié)果在硅片與片匣邊框接觸部位會(huì)產(chǎn)生“花籃印”，一般濃度在30%以下不會(huì)發(fā)生這種變化（NaOH濃度達(dá)到一定程度的基礎(chǔ)上）。硅酸鈉來源大多是反應(yīng)的生成物，要調(diào)整它的濃度只能通過排放溶液。若要調(diào)整溶液的粘稠度，則采用加入添加劑乙醇或異丙醇來調(diào)節(jié)。第60頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)鍵因素的分析

——乙醇或異丙醇的影響氣泡的直徑、密度和腐蝕反應(yīng)的速率限定了硅片表面織構(gòu)的幾何特征。氣泡的大小以及在硅片表面停留的時(shí)間，與溶液的粘度、表面張力有關(guān)系。所以需要乙醇或異丙醇來調(diào)節(jié)溶液的粘滯特性。乙醇的含量在3vol%至20vol%的范圍內(nèi)變化時(shí)，制絨反應(yīng)的變化不大，都可以得到比較理想的絨面，而5vol%至10vol%的環(huán)境最佳。

第61頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月制絨液中NaOH的濃度為15克/升，反應(yīng)溫度85℃。無乙醇時(shí)的絨面形貌：

第62頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇濃度3vol%時(shí)的絨面形貌第63頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇濃度10vol%時(shí)的絨面形貌第64頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇濃度30vol%時(shí)的絨面形貌第65頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)鍵因素的分析

——不同時(shí)間制絨形貌的描述

經(jīng)熱的濃堿去除損傷層后，硅片表面留下了許多膚淺的準(zhǔn)方形的腐蝕坑。1分鐘后，金字塔如雨后春筍，零星的冒出了頭；5分鐘后，硅片表面基本上被小金字塔覆蓋，少數(shù)已開始長(zhǎng)大。我們稱絨面形成初期的這種變化為金字塔“成核”。10分鐘后，金字塔密布的絨面已經(jīng)形成，只是大小不均勻，反射率也降到了比較低的水平。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，金字塔向外擴(kuò)張兼并，體積逐漸膨脹，尺寸趨于均等。第66頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月制絨液中含有15克/升的NaOH和10vol%的乙醇，溫度85℃

經(jīng)過1min制絨的表面形貌第67頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過5min制絨的表面形貌第68頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過10min制絨的表面形貌第69頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過30min制絨的表面形貌第70頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月不同時(shí)間制絨后，硅片的反射譜

第71頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月工藝控制方法若出現(xiàn)雨點(diǎn)狀的斑點(diǎn)，只要加入少量乙醇或異丙醇即可消除。若硅片上端部分光亮，表明液位不夠或溶液粘稠度過大，使籃框漂浮起來。若硅片表面有流水印，說明溶液內(nèi)硅酸鈉過量，適當(dāng)加大NaOH的用量；還有可能噴淋效果不理想。第72頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月硅酸鈉含量的檢測(cè)硅酸鈉具體含量測(cè)量是沒必要的，只要判定它的含量是否過量即可。實(shí)驗(yàn)是用100%的濃鹽酸滴定，若滴定一段時(shí)間后出現(xiàn)少量絮狀物，說明硅酸鈉含量適中；若滴定開始就出現(xiàn)一團(tuán)膠狀固體且隨滴定的進(jìn)行變多，說明硅酸鈉過量。第73頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月制絨崗位須知與步驟制絨須知：了解清洗間使用的各種原輔料的特性（包括：硅片、HF酸、HCL酸、鉻酸、酒精、硅酸鈉），做到能正確辨別、正確使用。懂得各種溶液的配備及生產(chǎn)過程中的正確防護(hù)。保證送入擴(kuò)散間的硅片與相應(yīng)的流程卡一一對(duì)應(yīng)，而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。懂得各《操作記錄》及《工序流程卡》的正確填寫，確保生產(chǎn)過程中的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確。制絨步驟：

佩帶防護(hù)眼鏡、口罩、手套－花籃準(zhǔn)備－將硅片防入花籃－機(jī)器上料－開始制絨－制絨２０分鐘－開啟制絨槽蓋－抽檢一片－目視制絨效果（有無白斑）－將硅片放入槽中關(guān)閉槽蓋－放入水槽－抽檢一片－氮?dú)鈽尨蹈桑娮语@微鏡觀察絨面－將硅片放入水槽－開啟制絨槽－化學(xué)品加液－關(guān)閉制絨槽蓋－制絨完畢－填寫表單第74頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月注意事項(xiàng)安全NaOH、HCl、HF都是強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會(huì)傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道，所以操作人員要按照規(guī)定穿戴防護(hù)服、防護(hù)面具、防護(hù)眼鏡、長(zhǎng)袖膠皮手套。一旦有化學(xué)試劑傷害了員工的身體，馬上用純水沖洗30分鐘，送醫(yī)院就醫(yī)。第75頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月制絨工藝要求：1.停機(jī)1小時(shí)以上，要將刻蝕槽的藥液排到tank，減少藥液的揮發(fā)。2.停機(jī)15分鐘以上要用水槍沖洗堿槽噴淋及風(fēng)刀，以防酸堿形成的結(jié)晶鹽堵塞噴淋口及風(fēng)刀。3.停機(jī)1h以上，要跑假片，至少一批（400片）且要在生產(chǎn)前半小時(shí)用水槍沖洗風(fēng)刀處的滾輪，杜絕制絨后的片子有滾輪印。第76頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散原理擴(kuò)散工藝是制造太陽能電池的心臟p-n結(jié)6.3、擴(kuò)散第77頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是擴(kuò)散？定義擴(kuò)散是一種由熱運(yùn)動(dòng)所引起的雜質(zhì)原子和基體原子的輸運(yùn)過程；由于熱運(yùn)動(dòng)，把原子從一個(gè)位置輸運(yùn)到另一個(gè)位置，使基體原子與雜質(zhì)原子不斷地相互混合，從而改變基片表面層的導(dǎo)電類型。特征

濃度差別的存在是產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的必要條件，環(huán)境溫度的高低則是決定擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)快慢的重要因素。擴(kuò)散時(shí)間也是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的重要因素，時(shí)間愈長(zhǎng)，擴(kuò)散濃度和深度也會(huì)增加。擴(kuò)散機(jī)制磷在硅中的擴(kuò)散機(jī)制分為空位式擴(kuò)散和替位填隙式擴(kuò)散第78頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月替位填隙式擴(kuò)散：

硅片像海綿一樣充滿著許多空隙，硅原子之間存在著很大的縫隙；當(dāng)磷進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散，磷原子就以替代的方式占據(jù)著硅的位置。空位式擴(kuò)散：

在一定的溫度下，構(gòu)成晶體的原子圍繞著自己的平衡位置不停地振動(dòng)，其中總可以具有足夠高的能量，克服周圍原子對(duì)它的作用，離開原來的晶格位置，這樣就在原來的位置上留下一個(gè)空位。當(dāng)鄰近的原子向空位遷移時(shí)，這種機(jī)理稱為空位擴(kuò)散。雜質(zhì)原子Si原子晶格空位第79頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散

絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散

而現(xiàn)在常用的是POCl3液態(tài)源擴(kuò)散法，POCl3液態(tài)源擴(kuò)散法具有生產(chǎn)效率較高、所制PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制作具有大面積PN結(jié)的太陽能電池是非常重要的。擴(kuò)散的方法:

目擴(kuò)散可以有多種方法實(shí)現(xiàn)，如合金法、離子注入法，擴(kuò)散法。擴(kuò)散工藝方法是現(xiàn)階段企業(yè)主要應(yīng)用的方法，其主要有：第80頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月POCl3

簡(jiǎn)介POCl3是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源無色透明液體，具有刺激性氣味。如果純度不高則呈紅黃色。比重為1.67，熔點(diǎn)2℃，沸點(diǎn)107℃，在潮濕空氣中發(fā)煙。POCl3很容易發(fā)生水解，POCl3極易揮發(fā)。第81頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月POCl3磷擴(kuò)散原理POCl3在高溫下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下：生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下：第82頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會(huì)進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下：生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對(duì)硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣。第83頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為：POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散。第84頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。第85頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月磷擴(kuò)散工藝過程清洗飽和裝片送片回溫?cái)U(kuò)散關(guān)源，退舟方塊電阻測(cè)量卸片第86頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月取片拿石英舟上槳裝片進(jìn)爐設(shè)置參數(shù)測(cè)片取片流入下道工序傳遞箱第87頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月清洗初次擴(kuò)散前，擴(kuò)散爐石英管首先連接TCA裝置，當(dāng)爐溫升至設(shè)定溫度，以設(shè)定流量通TCA60分鐘清洗石英管。清洗開始時(shí)，先開O2，再開TCA；清洗結(jié)束后，先關(guān)TCA，再關(guān)O2。清洗結(jié)束后，將石英管連接擴(kuò)散源瓶，待擴(kuò)散。第88頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和每班生產(chǎn)前，需對(duì)石英管進(jìn)行飽和。爐溫升至設(shè)定溫度時(shí)，以設(shè)定流量通小N2（攜源）和O2，使石英管飽和，20分鐘后，關(guān)閉小N2和O2。初次擴(kuò)散前或停產(chǎn)一段時(shí)間以后恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，需使石英管在950℃通源飽和1小時(shí)以上。第89頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月裝片戴好防護(hù)口罩和干凈的塑料手套，將清洗甩干的硅片從傳遞窗口取出，放在潔凈臺(tái)上。用吸筆依次將硅片從硅片盒中取出，插入石英舟。第90頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月送片用舟叉將裝滿硅片的石英舟放在碳化硅臂漿上，保證平穩(wěn)，緩緩?fù)迫霐U(kuò)散爐。第91頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月回溫打開O2，等待石英管升溫至設(shè)定溫度。第92頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散打開小N2，以設(shè)定流量通小N2（攜源）進(jìn)行擴(kuò)散第93頁，課件共105頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)源、退舟擴(kuò)散結(jié)束后，關(guān)閉小N2和O2，將石英舟緩緩?fù)酥翣t口，降溫以后，用舟叉從臂槳上取下石英舟。并立即放上新的石英舟，進(jìn)行下一輪擴(kuò)散