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制绒、扩散、后清洗(刻蚀/去PSG)工艺与异常处理

光伏电池组件  来源:摩尔光伏    2020/7/21 8:55:15  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:制绒的目的是在硅片表面形成绒面面,以减少电池片的反射率,绒面凹凸不平可以增加二次反射,改变光程及入射方式。

(来源:微信公众号“摩尔光伏”)

扩散是为电池片制造心脏,是为电池片制造P-N结,POCl3是当前磷扩散用较多的选择。POCl3为液态磷源,液态磷源扩散具有生产效率较高、稳定性好、制得PN结均匀平整及扩散层表面良好等优点。

在扩散工序,采用背靠背的单面扩散方式,硅片的侧边和背面边缘不可避免地都会扩散上磷原子。当阳光照射,P-N结的正面收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到P-N结的背面,造成短路通路。短路通道等效于降低并联电阻。刻蚀工序是让硅片边缘带有的磷的部分去除干净,避免了P-N结短路并且造成并联电阻降低。

主要内容

制绒目的

制绒原理

RENA制绒工艺流程

常见问题以及解决方法

A扩散基本原理

B吸杂技术分类形式

C机台常识与基本操作

D异常问题及解决方法

刻蚀及去PSG基础知识

RENA工艺流程

常见问题以及解决方法

刻蚀目的

由于在扩散过程中,即使采用背靠背的单面扩散方式,硅片的所有表面(包括边缘)都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。

经过刻蚀工序,硅片边缘带有的磷将会被去除干净,避免PN结短路造成并联电阻降低。

去PSG目的

由于在扩散过程中氧的通入,在硅片表面形成一层SiO2,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。

企业微信截图_20200721085005.png

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。

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。

磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差,在PECVD工序将使镀的SIxNy容易发生脱落,降低电池的转换效率。

湿法刻蚀及去PSG原理

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。

2.png

边缘刻蚀原理反应方程式:

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

去PSG原理:

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。

RENA InOxSide 工艺流程

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RENAInOxSide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。

5.png

刻蚀槽

所用溶液为HF+HNO3+H2SO4,边缘刻蚀,除去边缘PN结,使电流朝同一方向流动,发生下列化学反应:

3Si + 18HF + 4HNO3 → 3H2SiF6 + 8H2O + 4NO↑

注意:扩散面须向上放置, H2SO4硫酸不参与反应,仅仅是增加氢离子浓度,加快反应,增加溶液黏度(增大溶液与PSG薄层间的界面张力)和溶液密度,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)。

碱洗槽

KOH喷淋中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液,去除硅片表面的多孔硅及其杂质,去除扩散形成的染色,KOH溶液依靠冷却水降温保持在20℃左右,主要发生下列化学反应:

Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2↑

酸洗槽

HF循环冲刷喷淋中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液,去除硅片表面的磷硅玻璃,主要发生下列化学反应:

HF+SiO2→ H2SiF6 + H2O

工艺常见问题以及解决方法

6.png

1腐蚀深度

工艺控制在1.2±0.2μm

检测仪器:电子称

腐蚀深度是表征片子刻通与否的一个重要参数,通过测量刻蚀前后片子减薄量,可以计算出腐蚀深度,根据具体测量情况可以改变工艺参数。

槽体温度

原则上温度控制在8度,一般上下浮动1-2度,调整梯度为0.5-1度,温度升高腐蚀深度增加,反之。温度可以作为刻蚀速率的调节手段,但是这是最后的手段。由于温度较高的情况下,刻蚀溶液在刻蚀槽时会不稳定,所以一般不宜长时间超过10度,当前我们的补液能保证刻蚀速率不下降,所以我们无需调高刻蚀溶液的温度。

滚轴速度

原则上带速控制在1.0-1.5m/min,调整梯度式0.1-0.2m/min,速度越快,腐蚀深度越小,反之。

自动补液

调整自动补液的周期以及自动补液量(HF HNO3),补液周期越短,补液量越大,腐蚀深度越大,反之。

手动补液

可以手动添加化学品(HF HNO3DI水),一般在腐蚀深度偏差较大时进行手动补液,一般在换液初期和槽体寿命快到时。

2 刻蚀线

可能出现过刻或刻蚀不足的情况,一般不超过2mm,通过肉眼观察,也可通过冷热探针测量边缘电压来判断是否刻通。

刻蚀不足:一般首先通过调节参数保证腐蚀深度在工艺控制范围内即可。

检验方法

冷热探针法

7.png

检验原理

热探针和N型半导体接触时,传导电子将流向温度较低的区域,使得热探针处电子缺少,因而其电势相对于同一材料上的室温触点而言将是正的。

同样道理,P型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是负的。

此电势差可以用简单的微伏表测量。热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周围,也可以用小型的电烙铁。

检验操作及判断

1.确认万用表工作正常,量程置于200mV。

2.冷探针连接电压表的正电极,热探针与电压表的负极相连。

3.用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点,电压表显示这两点间的电压为正值,说明导电类型为P型,刻蚀合格。相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是否为P型。

4.如果经过检验,任何一个边沿没有刻蚀合格,则这一批硅片需要重新进行刻蚀。

过刻以及刻蚀线不齐解决方法:

抽风

抽风在很大程度上会影响到刻蚀槽液面波动,而刻蚀槽任何的液面波动,对在液面上运行的硅片都有很大影响,抽风对刻蚀线宽影响很大,调节以前首先要观察好时片子哪条边刻蚀线宽异常再进行相应处理,一般不建议调整。

循环流量

调节循环流量,观察刻蚀效果,一般情况下,循环流量增加刻蚀线宽增加,反之。

溶液比例

添加H2SO4,可以调整溶液粘稠度,增加溶液的浮力。

此外,片与片之间的间距、滚轴的水平程度、滚轴和内槽槽边高度水平等都会影响到刻蚀线宽,发现此类问题及时通知相关人员进行处理,保证四周刻蚀均匀,无过刻以及刻不通现象。

一般来说,只要保证腐蚀深度在工艺控制范围,且刻蚀线正常,片子就一定能刻通。

3 碎片

放片方法应严格按照作业指导书,轻拿轻放在正确位置,多晶156的硅片由于面积较大,如果放置的位置不正确,很容易造成叠片卡片等,致使硅片在机器中碎裂。

调整喷淋管的位置,至滚轮能够光滑的运行,调整风管和水管的位置,使得片子在通过的时候,不会影响片子的运行。

滚轴高低不平会影响片子的运行方向,导致叠片卡片,致使碎片。

作为工艺人员在生产过程中,如果发现机器碎片,一方面应该提醒产线员工注意放片规范,减少叠片和歪片;另一方面,应巡查上述主要地方,及时找到并清理在设备中残留的碎片,杜绝更多碎片的产生。

4 吹不干

调整吹干气体流量,无效果,通知设备。

湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点

1、非扩散面PN结刻蚀时被去除,背腐蚀太阳电池的背面更平整,其背面反射率优于刻边,背腐蚀太阳电池能更有效地利用长波增加Isc。铝背场比刻边的更均匀,可以提高IQE,从而提高了太阳电池的Voc。

2、硅片洁净度提高(无等离子刻蚀的尾气污染)

3、节水(rena使用循环水冲洗硅片,耗水较少。等离子刻蚀去PSG用槽浸泡,用水量大)。

湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点

1、硅片水平运行,机碎高:(等离子刻蚀去PSG槽式浸泡甩干,硅片受冲击小);

2、传动滚轴易变形:(PVDF,PP材质且水平放置易变形);

3、成本高:(化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加)。


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