【正文】 擴(kuò)散：擴(kuò)散是一種由微粒的熱運(yùn)動(dòng)所引起的物質(zhì)輸運(yùn)的過(guò)程，可以是一種或多種物質(zhì)在氣、液、固體的同一相內(nèi)或不同相間進(jìn)行。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力實(shí)質(zhì)是化學(xué)勢(shì)梯度。固體中擴(kuò)散微觀基質(zhì)即擴(kuò)散基質(zhì)可以概括為 3種：填隙原子機(jī)制、空位機(jī)制、交換機(jī)制。 刻蝕：刻蝕是采用化學(xué)或是物理的方法，有選擇地從半導(dǎo)體材 料表面除去不需要的材料的過(guò)程。通常是刻蝕技術(shù)分為濕法腐蝕和干法刻蝕。 1. 濕法腐蝕是通過(guò)化學(xué)溶液與被刻蝕材料發(fā)生反應(yīng)而去除被刻蝕部分的方法。但其特點(diǎn)是各向同性，存在側(cè)向腐蝕而產(chǎn)生底切現(xiàn)象，導(dǎo)致線寬失真等問(wèn)題，所以目前不用。 2. 干法刻蝕是把材料的被刻蝕表面暴露于等離子體中，等離子體通過(guò)光刻膠中開出的窗口與材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)從而去除暴露的材料。分為物理性刻蝕和化學(xué)性刻蝕。 去磷硅玻璃（ PSG）：磷硅玻璃是硅片在擴(kuò)散時(shí)的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致在硅片表面形成一層含有磷元素的二氧化硅，稱之為磷硅玻璃。除去這層磷硅玻璃主要是用氫氟 酸來(lái)腐蝕，因?yàn)闅浞峋哂腥芙舛趸璧奶匦浴? 減反射膜： PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 )技術(shù)原理是低溫等離子體作為能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發(fā)熱體） 使樣品上升到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面固態(tài)薄膜。 絲網(wǎng)印刷：絲網(wǎng)印刷是太陽(yáng)能電池制造的重要工藝，它質(zhì)量的好壞會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池的性能特別是電性能產(chǎn)生重要影響。太陽(yáng)能電池的印刷電極，最早是采用真空鍍或化學(xué)電鍍技術(shù)制作現(xiàn)普遍采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，即通過(guò)特殊的印刷機(jī)和 模板將銀漿、鋁漿印刷在太陽(yáng)電池的正、背面以形成正負(fù)電極引線，再經(jīng)過(guò)低溫烘烤、高溫?zé)Y(jié)，最終制成太陽(yáng)電池。 電極燒結(jié)：太陽(yáng)電池片目前采用只需一次燒結(jié)的共燒工藝原理，同時(shí)形成上下電極的歐姆接觸（歐姆接觸：金屬與半導(dǎo)體的接觸，接觸面的電阻值小于半導(dǎo)體電阻值）銀漿、銀鋁漿、鋁漿印刷過(guò)的硅片，經(jīng)過(guò)烘干使有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，膜厚收縮成為固狀物緊密黏附在硅片上，這時(shí)可以看到金屬電極材料層和硅片接觸在一起。 第三章 硅片的清洗與制絨 超聲波清洗 超超 聲聲 波波 清清 洗洗 的的 原原 理理 超聲波清洗機(jī)理是：換能器將 功率超聲頻源的聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并通過(guò)清洗槽壁向槽子中的清洗液輻射超聲波，槽內(nèi)液體中的微氣泡在聲波的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓或聲強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長(zhǎng)，然后突然閉合，在氣泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波使氣泡周圍產(chǎn)生 10121013pa 的壓力及局部調(diào)溫，這種超聲波空化所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于溶液中，蒸汽型空化對(duì)污垢的直接反復(fù)沖擊，一方面破壞污物與清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物層的疲勞破壞而被駁離，氣體型氣泡的振動(dòng)對(duì)固體表面進(jìn)行擦洗，污層一旦有縫可鉆，氣泡立即“鉆入”振動(dòng)使污層脫落，由于空化作用，兩種液體在界面迅速分散而乳化，當(dāng)固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時(shí)，油被乳化、固體粒子自行脫落，超聲在清洗液中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生正負(fù)交變的聲壓，形成射流，沖擊清洗件，同時(shí)由于非線性效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生聲流和微聲流，而超聲空化在固體和液體界面會(huì)產(chǎn)生高速的微射流，所有這些作用，能夠破壞污物，除去或削弱邊界污層，增加攪拌、擴(kuò)散作用，加速可溶性污物的溶解，強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用。由此可見，凡是液體能浸到且聲場(chǎng)存在的地方都有清洗作用，尤其是采用這一技術(shù)后，可減少化學(xué)溶劑的用量，從而大大降低環(huán)境污染。 超超 聲聲 清清 洗洗 的的 優(yōu)優(yōu) 越越 性性 高精度：由于超聲波的能量能夠穿透細(xì)微的縫隙和小孔，故可以應(yīng)用與任何零部件或裝配件清洗。被清洗件為精密部件或裝配件時(shí)，超聲清洗往往成為能滿足其特殊 技術(shù)要求的唯一的清洗方式； 快速：超聲清洗相對(duì)常規(guī)清洗方法在工件除塵除垢方面要快得多。裝配件無(wú)須拆卸即可清洗。超聲清洗可節(jié)省勞動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)往往使其成為最經(jīng)濟(jì)的清洗方式； 一致：無(wú)論被清洗件是大是小，簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，單件還是批量或在自動(dòng)流水線上，使用超聲清洗都可以獲得手工清洗無(wú) 可比擬的均一的清潔度。 影影 響響 超超 聲聲 清清 洗洗 效效 果果 的的 因因 素素 ： 清洗時(shí)間是影響超聲波清洗效果的一個(gè)主要因素，清洗時(shí)間取決于工件的污染程度以及清潔度要求，典型的清洗時(shí)間是 210 分鐘，只有少數(shù)工件能夠在很短的時(shí)間里面清洗干凈。 ：一般來(lái)說(shuō)，超聲波在 30℃ 40℃時(shí)的空化效果最好。清洗劑則溫度越高，作用越顯著。通常實(shí)際應(yīng)用超聲波時(shí)，采用 50℃ 70℃的工作溫度。 ： 考慮到清洗液的 物理 特性 對(duì)超聲清洗的影響，其中蒸汽壓、表面 張力、黏度以及密度應(yīng)為最顯著的影響因素。溫度能影響這些因素，所以它也會(huì)影響空化作用的效率。 ：超聲波頻率越低，在液體中產(chǎn)生的空化越容易，產(chǎn)生的力度大，作用也越強(qiáng)，適用于工件（粗、臟）初洗。頻率高則超聲波方向性強(qiáng)，適用于精細(xì)的物件清洗。 ：功率密度 =發(fā)射功率（ W） /發(fā)射面積（ cm2）通?！?，超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，速度越快，清洗效果越好。但對(duì)于精密的、表面光潔度甚高的物件，采用長(zhǎng)時(shí)間的高功率密度清洗 會(huì)對(duì)物件表面產(chǎn)生“空化”腐蝕。 ： 工件的清洗載入方式，在清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)階段。必須充分考慮工件清洗時(shí)候的載入方式，一些較大的工件，內(nèi)部比較難以清洗的工件（例如一些鑄造件），一個(gè)原則是只能載入清洗液的一半重量的工件清洗，在大多數(shù)案例中，分兩次載入較少的工件清洗比一次載入較大的工件清洗效 硅片的制絨 在太陽(yáng)電池中，硅片表面制備絨面可以有效降低太陽(yáng)電池的表面反射率，入射光在電池表面多次反射延長(zhǎng)了光程，增加了對(duì)紅外光子的吸收（如圖 ），而且有較多的光子在 PN 結(jié)附近產(chǎn)生光生載流子，從而增加 了光生載流子的收集幾率；另外，同樣尺寸的基片，絨面電池的 PN 結(jié)面積較大，可以提高短路電流，轉(zhuǎn)換效率也有相應(yīng)的提高。因此，在減少光的損失方面，電池的織構(gòu)化技術(shù)和減少反射技術(shù)起著重要作用。 制絨目的： 去除硅片表面機(jī)械損傷層； 形成起伏不平的絨面，增加硅對(duì)太陽(yáng)光的吸收。 利用陷光原理，減少光的反射，提高短路電流 (Isc)，增加 PN 結(jié)面積，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 (金字塔理論角度 176。)，光會(huì)反射到另一角度的斜面，形成二次或多次吸收 ，從而增加吸收率。 絨面陷光示意圖 圖 31 絨面陷光示意圖 第四章 單晶、多晶的制絨工藝 太陽(yáng)電池的表面反射率是影響太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一。通過(guò)制絨，在太陽(yáng)電池表面織構(gòu)化可以有效降低太陽(yáng)電池的表面反射率，入射光在電池表面多次反射延長(zhǎng)了光程，增加了對(duì)紅外光子的吸收，而且有較多的光子在 pn 結(jié)附近產(chǎn)生光生載流子，從而增加了光生載流子的收集幾率；另外同樣尺寸的基片，絨面電池的 pn 結(jié)面積較大，可以提高短路電流，效率也有相應(yīng)的提高。 片片 表表 面面 機(jī)機(jī) 械械 損損 傷傷 層層 的的 腐腐 蝕蝕 由于硅片在切割過(guò)程中表面留有大約 10～ 20μ m 的鋸后損傷層，對(duì)制絨有很大影響，若損傷層去除不足可能會(huì)殘留切割時(shí)所遺留的雜質(zhì)，在制絨的時(shí)候也會(huì)因?yàn)閾p傷層的緣故而導(dǎo)致金字塔的無(wú)法出現(xiàn)，而且會(huì)在后續(xù)工序中繼續(xù)破壞硅片表面，導(dǎo)致電池各類參數(shù)不符合要求。因此在制絨前必須將其除去。 在去除損傷層（粗拋）的時(shí)候，一般采用濃度為 20%的 NaOH 溶液在 80～ 90℃的條件下腐蝕，在高濃度的堿溶液的腐蝕速率可以達(dá)到 6～ 10um/min，由于此時(shí)的腐蝕速度過(guò)快，所以在達(dá)到去除損傷層的基礎(chǔ)上盡量減短初拋時(shí)間，以防硅片 被腐蝕過(guò)薄。 在初拋過(guò)程中產(chǎn)生的 Na2SiO3 的熱導(dǎo)性很差。一般硅酸鈉超過(guò)一定的量時(shí)，腐蝕產(chǎn)生的熱量超過(guò)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。 制制 絨絨 腐腐 蝕蝕 的的 原原 理理 硅腐蝕技術(shù)是硅微機(jī)械加工中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的技術(shù) ,它通常有兩種 :干法腐蝕和濕法腐蝕。根據(jù)腐蝕劑的不同 ,硅的濕法腐蝕又可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕。各向同性腐蝕主要用于多晶硅絨面制備，各向異性腐蝕主要用于單晶硅絨面制備。 各向同性腐蝕（酸腐蝕） 通常應(yīng)用的硅的腐蝕液包含氧化劑（如硝 酸）和絡(luò)和劑（如氫氟酸）兩部分。 酸腐蝕的原理是一方面通過(guò)氧化劑與硅的作用在硅的表面生成二氧化硅，另一方面通過(guò)氫氟酸對(duì)于二氧化硅的絡(luò)和劑作用生成可溶性的絡(luò)和物，在硅片表面留下了具有一定深度的腐蝕坑。從而完成對(duì)硅的腐蝕過(guò)程。 多晶硅片由于晶向復(fù)雜，不能像單晶硅一樣用堿性溶液腐蝕產(chǎn)生金字塔型的絨面結(jié)構(gòu)。因此大多采用氫氟酸 /硝酸體系進(jìn)行絨面的制備。硅和這種溶液反應(yīng)的速度與晶向無(wú)關(guān)，是各向同性的，因此可以腐蝕出橢圓形的凹坑，入射光在凹坑中多次入射，從而起到陷光效果。 （堿腐蝕） 由于不同晶向的單晶硅 在堿性溶液中腐蝕的速率不同，利用這種差異可以用堿性溶液在 (100)晶向的硅片上腐蝕出類似金字塔不規(guī)則排列的絨面結(jié)構(gòu)。入射光可以在金字塔 的側(cè)面上形成兩次或兩次以上入射，從而大大降低了硅片的反射率。 制溶液通常用低濃度 (1. 5 2wt%)的氫氧化鈉溶液混合 ((310 vol%)的異丙醇 (或乙醇 )配制成，在 70C。 80C。 溫度范圍內(nèi)對(duì) (100)晶向的硅片表面進(jìn)行各向異性腐蝕，便可以得到由 (111)面包圍形成的角錐體分布在表面上構(gòu)成的“絨面”。 硅在堿溶液中的腐蝕現(xiàn)象，可以用電化學(xué)腐蝕的微電池理論進(jìn)行解釋。 實(shí)現(xiàn)電化學(xué)腐蝕應(yīng)具備的三個(gè)條件如下 : ①被腐蝕的半導(dǎo)體各區(qū)域之間要有電位差，以便形成陽(yáng)極和陰極。電極電位低的是陽(yáng)極，電極電位高的是陰極，陽(yáng)極被腐蝕溶解。 ②具有不同電極電位的半導(dǎo)體各區(qū)域要互相接觸。 ③這些不同區(qū)域的半導(dǎo)體要處于互相連通的電解質(zhì)溶液中。 硅晶體在堿溶液中的腐蝕能滿足上述三個(gè)條件，從而在表面形成許多微電池。依靠微電池的電化學(xué)反應(yīng)，使半導(dǎo)體表面不斷受到腐蝕。在用 NaOH 稀溶液腐蝕硅片時(shí) 陽(yáng)極處 : 2i i 3 2S 6O H S O 3 H O 4 e??? ? ? ? 陰極處 : 22H 2e H? ? ? ? 總的反應(yīng)式 : i 2 2 i 3 2S 2 N a O H + H O N a S O H? ? ? ? 圖 41 單晶硅 (100)表面上 NaOH 水溶液腐蝕形 成的絨面形貌 SEM 照片 單晶硅的各向異性腐蝕機(jī)理至今尚沒(méi)有完全被人們認(rèn)識(shí)清楚。但有兩點(diǎn)為人們所廣泛接受， 一是總反應(yīng)為： i 2 2 i 3 2S 2 N a O H + H O N a S O H? ? ? ? 二是反應(yīng)的一般過(guò)程為： （ 1）反應(yīng)物分子通過(guò)界面擴(kuò)散到硅表面； （ 2）硅表面對(duì)反應(yīng)物分子進(jìn)行吸附； （ 3）在硅表面發(fā)生反應(yīng)； （ 4）反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物通過(guò)界面擴(kuò)散進(jìn)入電解液中。 角角 錐錐 體體 形形 成成 的的 原原 理理 晶體 的各向異性即沿 晶格 的不同方向， 原子 排列的周期性和疏密程度不盡相同，由 此導(dǎo)致晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同，這就是晶體的各向異性。晶體的各向異性具體表現(xiàn)在晶體不同方向上的 彈性膜量 、 硬度 、 熱膨脹系數(shù) 、 導(dǎo)熱性 、 電阻率 、 電位移矢量 、 電極化強(qiáng)度 、 磁化率 和 折射率 等都是不同的。各向異性作為晶體的一個(gè)重要特性具有相當(dāng)重要的研究?jī)r(jià)值。 晶面是在晶格點(diǎn)陣中，通過(guò)任意三個(gè)不共線的原子排列構(gòu)成的平面，該平面將包含無(wú)限多個(gè)周期性分布的格點(diǎn)。 晶向指一族晶列的共同方向，晶面的法線方向。 如圖 所示 平行于立方體面的平面叫做（ 100）面，對(duì)角橫穿 3 個(gè)頂點(diǎn)的面叫做（ 111）面。 圖 42 晶體面中央 立方體結(jié)構(gòu)。 立方體 晶體 的（ 100）和（ 111）面 單晶硅電池的絨面通常是利用某些化學(xué)腐蝕劑對(duì)其表面進(jìn)行腐蝕而形成，它們對(duì)硅的不同晶面有不同的腐蝕速度，對(duì) (100)面腐蝕較快，對(duì) (111)面腐蝕的慢，因此這種腐蝕方法也稱為各向異性腐蝕。如果將 (100)作為電池的表面，經(jīng)過(guò)腐蝕、在表面會(huì)出現(xiàn)以四個(gè) (111)面形成的角錐體。這些角 錐體遠(yuǎn)看像叢山一樣密布于電池表面，肉眼看來(lái)，好象是一層絲絨，因此人們稱之為“絨面”。 我們將（ 100）晶向上腐蝕速率與 (111)晶向腐蝕速率比值定義為各向異性因子(Anisotropic Factor, AF)。當(dāng) AF=1 時(shí)，腐蝕硅片可以得到平坦的表面。當(dāng)制絨液在 100方向上具有相對(duì)高的腐蝕速率 ()和 AF=10 的各向異性系數(shù)時(shí)在硅片表面上得到最高的角錐體密度，能夠腐蝕出高質(zhì)量絨面。腐蝕堿溶液的濃度、溫度對(duì) AF 有顯著的影響。如前所述，一般說(shuō)來(lái)，低濃度的堿溶液和較低的溶液溫度具有較高的 AF 值 。反之，高濃度的堿溶液和較高的溶液溫度則對(duì)應(yīng)低的 AF 數(shù)值。因此，前者用于制絨工藝，后者用于拋光工藝。 從堿腐蝕硅的化學(xué)原理可知，伴隨腐蝕的進(jìn)行，硅表面有氣泡產(chǎn)生，氣泡的尺寸與溶液粘度、溶液表面張力有關(guān)。氣泡的大小和在硅表面的附著時(shí)間，對(duì)表面反應(yīng)的進(jìn)行乃至腐蝕形成的表面形貌有直接影響。 在此我們引入接觸角的定義，接觸角為液 固 氣界面相交點(diǎn)，液