【正文】 或溶液中某些雜質(zhì)的庇護(hù)，一些零星的金字塔暫時(shí)幸存了下來(lái)。 乙丙醇在制絨液中主要起到兩點(diǎn)作用：一，協(xié)助氫氣泡的釋放；二，減弱 NaOH 溶液對(duì)硅片的腐蝕力度，調(diào)節(jié)各向異性因子。只是在制絨過(guò)程中可以觀察到，有一些反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣泡貼在硅片表面，緩慢釋放，造成外觀的斑點(diǎn)，為商業(yè)銷售所不喜。 （ a）無(wú)異丙醇 （ b） 3vol% （ c） 10vol% （ d） 30vol% 圖 411 異丙醇不同濃度下的絨面 當(dāng)溶液中不含乙丙醇時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的速度比較快，硅片經(jīng) 30 分鐘制絨處理后，兩面共被腐蝕減薄了 40 微米。在實(shí)際生產(chǎn)中，硅片卡在承片盒內(nèi)的區(qū)域，受到的腐蝕不充分，絨面成形的時(shí)間較其他區(qū)域要長(zhǎng)。如果在整個(gè)硅表面成核均勻，密度比較大，那么最終構(gòu)成絨面的金字塔就會(huì)大小均勻，平均 體積較小，這樣的絨面單晶硅片不僅反射率低，而且有利于后續(xù)的擴(kuò)散和絲網(wǎng)印刷，制造出的太陽(yáng)電池的性能也更好。由圖411 可以看出在適宜的條件下，金字塔的成核、生長(zhǎng)的過(guò)程。 堿的異性腐蝕可以在單晶硅表面上形成類“金字塔”形結(jié)構(gòu) ,圖 7 為周期性的“金字塔”絨面陷光的二維示意圖 ,入射光線 I 在金字 塔某側(cè)面上的第一點(diǎn)入射后 ,反射光會(huì)在另外的一個(gè)金字塔側(cè)面再次入射形成第二次光吸收 ,經(jīng)計(jì)算可知還有 11%的二次反射光可能進(jìn)行第三次反射和折射 ,由此可算得絨面的反射率為 9. 04%，如果再鍍減反射膜，可將反射率降至 3 %。 絨面的形成可以分為 (a)成核、 (b)擴(kuò)展、 (c)絨面 3 個(gè)階段，如圖 46 所示。因此，腐蝕形成絨面的角錐體尺寸也較小。眾所周知，異丙醇增加硅表面的可濕潤(rùn)性，但是硅的腐蝕速率會(huì)隨著濃度的增加而大幅度地降低。腐蝕液又重新與硅表面接觸發(fā)生腐蝕，重復(fù)上述過(guò)程。 。 時(shí)，液體潤(rùn)濕固體表面不好， 180?? 。 如圖 43 液體與固體表面的接觸角 定溫定壓平衡時(shí)液體在固體表面的接觸角決 定于固 氣相、固 液相和液 氣相三個(gè)界面張力的大小關(guān)系。 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)。腐蝕堿溶液的濃度、溫度對(duì) AF 有顯著的影響。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”。 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。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。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。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。 80C。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。 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。 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。 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。 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。 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。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。溫度能影響這些因素，所以它也會(huì)影響空化作用的效率。 ：一般來(lái)說(shuō)，超聲波在 30℃ 40℃時(shí)的空化效果最好。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。 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。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５涮攸c(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。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。 圖 22 太陽(yáng)電池工作原理圖 太陽(yáng)電池的簡(jiǎn)介 圖 23 太陽(yáng)電池制作工序 制作絨面：在太陽(yáng)能電池中，其能量的損失有兩種類型，光學(xué)損失、電學(xué)損失，其中光學(xué)損失主要的以下幾種： 1硅表面上的反射損失，拋光后的硅片反射率在 30%發(fā)上；2 上電極的遮光損失，作為上電極的金屬柵線要遮蓋 5%15%的入射光； 3 進(jìn)入硅片能量大于禁帶寬 度的光子在家電池背面的投身。它們分別在 P區(qū)的 N區(qū)形成濃度梯度，開(kāi)始向 PN結(jié)作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。該材料以空穴為多數(shù)載流子，稱為P型半導(dǎo)體。該材料以電子為多數(shù)載流子，稱之為 N型半導(dǎo)體。當(dāng)向硅中摻入億分之一的硼，其電阻率就會(huì)降為原來(lái)的千分之一。 第二章 太陽(yáng)電池基礎(chǔ)及其制作工藝 太陽(yáng)電池基本構(gòu)造和工作原理 太陽(yáng)電池的基本構(gòu)造 a. 太陽(yáng)電池正面俯視圖 其中 : 1 太陽(yáng)電池主柵線 2 太陽(yáng)電池副柵線 3 太陽(yáng)電池背電場(chǎng) 4 減反射膜 5 擴(kuò)散層 6 – 其區(qū)層 圖 2— 1 太陽(yáng)電池的 基本結(jié)構(gòu)圖 太陽(yáng)電池工作原理 太陽(yáng)電池是利用半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)（ Photovoltaic Effect）的半導(dǎo)體器件。 本論文所研究的主要內(nèi)容 本論文主要從實(shí)用、商品化太陽(yáng)電池的生產(chǎn)與工藝研究出發(fā)，對(duì)太陽(yáng)電池生產(chǎn)制絨的研究及技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行了全方位的描述。提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率的方法，有在太陽(yáng)電池中減少能量的損失。而且鋁箔底襯柔軟結(jié)實(shí)，可以像布帛一樣隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽(yáng)處便可發(fā)電，非常方便。降低費(fèi)用的關(guān)鍵在于太陽(yáng)電池提高變換效率和降低成本。據(jù)日本有關(guān)部門(mén)估計(jì)日本 2100萬(wàn)戶個(gè)人住宅中如果有 80％裝上太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，便可滿足全國(guó)總電力需要的 14％，如果工廠及辦公樓等單位用房也進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，則太陽(yáng)能發(fā)電將占全國(guó)電力的 30％－ 40％?，F(xiàn)在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家都已制定了相應(yīng)法律，保證進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電的家庭利益，鼓勵(lì)家庭進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電。但由于它太貴，目前只能限于在衛(wèi)星上使用。非晶態(tài)硅太陽(yáng)電池變換效率最低，但價(jià)格最便宜，今后最有希望用于一般發(fā)電的將是這種電池。但總的說(shuō)來(lái)，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽(yáng)能具有極大優(yōu)點(diǎn)，因此受到世界各國(guó)的重視。所以太陽(yáng)能發(fā)電被 譽(yù)為是理想的能源。 關(guān)鍵詞 ：表面絨面結(jié)構(gòu)；多晶硅；電池片。對(duì)于單晶硅來(lái)說(shuō)，采用堿溶液的各 向異性腐蝕，即可以在其（ 100）面得到理想的絨面結(jié)構(gòu)；目前，多晶硅絨面技術(shù)主要有機(jī)械刻槽、等離子刻蝕（ RIE）和各向同性酸腐蝕。在太陽(yáng)電池生產(chǎn)中對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕處理，目的是為了在硅片上獲得表面絨面結(jié)構(gòu)，這種絨面結(jié)構(gòu)對(duì)提高晶體硅對(duì)光的吸收效率有著重要作用。 本文主要介紹清洗絨面的基本原理及工藝流程，并結(jié)合個(gè)人在工作期間遇到的來(lái)料、制絨深度的控制、認(rèn)為不當(dāng)?shù)牟僮鲉?wèn)題。而且太陽(yáng)能發(fā)電絕對(duì)干凈，不產(chǎn)生公害。不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。單晶硅太陽(yáng)電池變換效率最高，已達(dá) 20％以上，但價(jià)格也最貴。當(dāng)然，特殊用途和實(shí)驗(yàn)室中用的太陽(yáng)電池效率要高得多，如美國(guó)波音公司開(kāi)發(fā)的由砷化鎵半導(dǎo)體同銻化鎵半導(dǎo)體重疊而成的太陽(yáng)電地，光電變換效率可達(dá) 36％，快趕上了燃煤發(fā)電的效率。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的技術(shù)不難解決，關(guān)鍵在于要有相應(yīng)的法律保障。要求第一年有 1000戶家庭、 2022年時(shí)有 7萬(wàn)戶家庭裝上太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。有關(guān)專家認(rèn)為 ，至少要降到 100萬(wàn)到 200萬(wàn)日元時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電才能夠真正普及。這種新電池的特點(diǎn)是，雖然變換效率只有 8％ 10%，但價(jià)格便宜。進(jìn)一步的提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率和降低太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本是我們現(xiàn)階段不斷研究的課題。通過(guò)在太陽(yáng)電池表面制備絨面可以有效降低太陽(yáng)電池的表面反射率。本文 主要介紹清洗制絨的基本原理及工藝流程，并結(jié)合個(gè)人工作期間遇到的來(lái)料 、制絨深度的控制、人為不當(dāng)操作 等問(wèn)題。但如果在高純中摻入極微量的電活性雜質(zhì)，其電阻率會(huì)顯著下降。同時(shí)，該 5價(jià)的元素的原子成為帶正電陽(yáng)離子。同時(shí)該 3價(jià)元素的原子成為帶負(fù)電的陰離子。當(dāng)太陽(yáng)光 照射到 PN結(jié)上時(shí)，光能被吸收后，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn) 生非平衡載流子 —— 電子空穴。 具有光生伏特效應(yīng)的 PN結(jié)實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)電源，接上用電器后就能工作，這就是太陽(yáng)電池的工作原理。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力實(shí)質(zhì)是化學(xué)勢(shì)梯度。 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。 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。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。 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。 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。 ： 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。 ：功率密度 =發(fā)射功率（ W） /發(fā)射面積（ cm2）通常≥ ，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。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。)，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。因此在制絨前必須將其除去。所以初拋液必須定期更換或排出部分溶液。 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。因此大多采用氫氟酸 /硝酸體系進(jìn)行絨面的制備。 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。 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。 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。 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。 晶向指一族晶列的共同方向，晶面的法線方向。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。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。因此，前者用于制絨工藝，后者用于拋光工藝。如圖 。 時(shí)，液體潤(rùn)濕固體表面良好， 90?? 。對(duì)于氫氧化鈉水溶液，它和硅表面的潤(rùn)濕角 90?? 。 在絨面腐蝕過(guò)程中，在硅片表面會(huì)有氣泡產(chǎn)生，氣泡擴(kuò)大到一定程度后，浮力大于表面附著力，氣泡便脫離硅片表面。良好的潤(rùn)濕有利于提高覆蓋率。在潤(rùn)濕良好的表面上，一種腐蝕形成絨面的氣泡模型如圖 44 所示 . 如圖 44 液體表面張力對(duì)腐蝕氣泡和角錐體尺寸的影響，表面張 力（ a） （ b） 如圖 45 不同表面張力情況下液體中的固體表面氣泡形式，（ a）液體表面張力?。?b）液體表面張力大 對(duì)于表面張力較小的情形 (a)，腐蝕產(chǎn)生的氣泡在角錐體成核的地方很容易從角錐體尖端逃逸，氣泡尺寸較小。當(dāng)表面張力達(dá)到一定程度后，氣泡會(huì)形成覆蓋面積較大的扁平狀，這時(shí)如果溶 液的粘度又較大的話，氣泡就不容易離開(kāi)硅片表面，這樣腐蝕出來(lái)的表面平整度和均勻性都很差。 圖 46 角錐體形成核到絨面形成的過(guò)程 陷陷 光光 原原 理理 陷光原理就是指使入射光進(jìn)行二次或者多次反射，從而減少反射率。理想質(zhì)量絨面的形成，受到了 諸多因素