【導(dǎo)讀】在太陽(yáng)電池生產(chǎn)中應(yīng)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。在這些工藝中，機(jī)械刻槽要求硅片的厚度至少200µm,等離子刻蝕。需要相對(duì)復(fù)雜和昂貴的設(shè)備。因此大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中，各向同性酸腐蝕是目前。廣泛應(yīng)用的多晶硅太陽(yáng)電池絨面技術(shù)。來(lái)料、制絨深度的控制、人為不當(dāng)操作等問(wèn)題。

　　

【正文】 30 分鐘制絨處理后，兩面共被腐蝕減薄了 40 微米。表面只有一些稀疏的金字塔，體積比較小。由于金字塔的覆蓋率很低，硅片對(duì)光的反射最強(qiáng)烈。我們向溶液中加入了少許乙丙醇（ 3vol%），這種情況就大有改觀，反應(yīng)速度減緩，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的腐蝕，硅片只減薄 25 微米，而金字塔分布錯(cuò)落有致，反射率幾乎降到了最低。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(xiāo)售所不喜。只需將乙丙醇的含量增大到 5vol%，斑點(diǎn)的問(wèn)題即可解決。乙丙醇 的含量在 3 vol%至 20 vol%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 5 vol%至 10 vol%的環(huán)境最佳。當(dāng)乙丙醇的含量達(dá)到 30 vol%，金字塔的覆蓋率再次降低，反射率升高，只是此種條件 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 23 下的反應(yīng)速度緩慢，硅片只減薄了 10 微米。 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。第一點(diǎn)已經(jīng)為大家所認(rèn)同。從硅片減薄的程度可以判斷，隨著乙丙醇的增加，硅片被腐蝕的速度減慢。純NaOH 水溶液，在高溫下不僅對(duì)原子排 列稀疏的（ 100）晶面破壞性很強(qiáng)，對(duì)致密的（ 111）晶面也不再和顏悅色，各個(gè)晶面都受到腐蝕而不斷消溶。于是大部分的區(qū)域被沖刷形成了平原；而在局部，由于氫氣泡或溶液中某些雜質(zhì)的庇護(hù)，一些零星的金字塔暫時(shí)幸存了下來(lái)。乙丙醇明顯減弱了 NaOH 的腐蝕強(qiáng)度，增強(qiáng)了腐蝕的各向異性，有利于金字塔的成形和生長(zhǎng)。而當(dāng)乙丙醇的含量過(guò)高時(shí)，堿溶液對(duì)硅的腐蝕能力變的很弱，各個(gè)晶面都好像堅(jiān)不可摧的銅墻鐵壁，各向異性因子又趨向于 1。 的含量對(duì)絨面的影響 圖 412 NaOH 不同濃度下的絨面 從絨面的 表面可以看出，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的生長(zhǎng)， NaOH 的濃度越高，金字塔的體積越大。這說(shuō)明在反應(yīng)的初期，金字塔的成核密度近似，不受 NaOH 濃度的影響。而制絨液的腐蝕性隨 NaOH 濃度的變化比較顯著，濃度高的 NaOH 溶液與硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的速度加快，反應(yīng)相同時(shí)間后，金字塔的體積更大。當(dāng) NaOH 的濃度超過(guò)了一定的界限，溶液的腐蝕力度過(guò)強(qiáng)，各向異性因子變小，絨面會(huì)越來(lái)越差，直至出現(xiàn)類(lèi)似“拋光”的效果。從圖 412 可以看出，相比于乙丙醇，有利于絨面生長(zhǎng)的 NaOH 濃度范圍比較小，在 10— 20 克 /升之間。這就要求生產(chǎn)工藝人 員嚴(yán)格的控制制絨液中的 NaOH 濃度。 腐蝕液中的硅酸鈉，對(duì)溶液的 OH? 離子濃度起著緩沖劑的作用。因?yàn)楣杷徕c溶解于水中，當(dāng)水充分時(shí)，極易發(fā)生水解硅酸根 2i3SO? ，與水反應(yīng)生成硅酸及多硅酸溶膠，鈉離子則與水反應(yīng)生成氫氧化鈉以水溶液的形式存在，使溶液呈堿 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 24 性。這種產(chǎn)物常稱為水玻璃。這種溶解反應(yīng)過(guò)程是一種動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)平衡點(diǎn)的移動(dòng)與溶液濃度、溶液中 OH? 離子的濃度、溶液溫度等因素有關(guān)。水玻璃溶膠體除了具有對(duì) OH? 離子濃度的緩沖作用外，它還對(duì)腐蝕過(guò)程中反應(yīng)物質(zhì)從溶液到反應(yīng)界面的輸運(yùn)起到緩釋作用。這種緩釋作用又使得大面積硅片表面得到均勻的腐蝕，使絨面上角錐體尺寸的均勻性得到了保證。另外，通過(guò)對(duì)水玻璃與異丙醇的調(diào)節(jié)相配合，表面張力可以得到控制，從而可以得到最優(yōu)化的腐蝕工藝。 經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的使用，溶液中硅酸鈉濃度增加，溶液的粘度會(huì)隨著增加。溶液表面張力，界面能量也隨之改變。溶液中 OH? 功能團(tuán)移向腐蝕反應(yīng)界面的傳輸效率逐漸降低，各向異性因子也隨著降低。氣泡從反應(yīng)界面的釋放也變得緩慢，雖然可以用異丙醇消泡，但是硅的腐蝕速率己大受影響，絨面覆蓋率大大降低。導(dǎo)致溶液失效。因此，己經(jīng)熟化并正常使用的氫氧化鈉制絨溶液，需要進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)維護(hù)。調(diào)節(jié)控制溶液中硅酸鈉的含量，可以防止溶液失效。 除了以上主要的因素之外，制絨的好壞還與其他的因素有關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)這一工藝過(guò)程的影響因素更加復(fù)雜，例如加工硅片的數(shù)量、醇類(lèi)的揮發(fā)、反應(yīng)產(chǎn)物在溶液中的積聚、制絨液中各組分的變化等。為了維持生 產(chǎn)良好的可重復(fù)性，并獲得高的生產(chǎn)效率，要求我們比較透徹的了解金字塔絨面的形成機(jī)理，控制對(duì)制絨過(guò)程影響較大的因素，在較短的時(shí)間內(nèi)形成質(zhì)量較好的金字塔絨面。 化化 學(xué)學(xué) 清清 洗洗 原原 理理 硅片經(jīng)過(guò)不同工序加工后，其表面已受到嚴(yán)重沾污，一般講硅片表面沾污大致可分在三類(lèi)： 一 . 有機(jī)雜質(zhì)沾污： 可通過(guò)有機(jī)試劑的溶解作用，結(jié)合超聲波清洗技術(shù)來(lái)去除。 二 . 顆粒沾污：運(yùn)用物理的方法可采機(jī)械擦洗或超聲波清洗技術(shù)來(lái)去除粒徑≥ m 顆粒，利用兆聲波可去除≥ μ m 顆粒。 三 . 金屬離子沾污：必須采用化學(xué)的方法才能清洗其 沾污。硅片表面金屬雜質(zhì)沾污有兩大類(lèi)： a. 一類(lèi)是沾污離子或原子通過(guò)吸附分散附著在硅片表面。 b. 另一類(lèi)是帶正電的金屬離子得到電子后面附著（尤如“電鍍”）到硅片表面。硅拋光片的化學(xué)清洗目的就在于要去除這種沾污，一般可按下述辦法進(jìn)行清洗去除沾污。 1. 使用強(qiáng)氧化劑使“電鍍”附著到硅表面的金屬離子、氧化成金屬，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 2. 用無(wú)害的小直徑強(qiáng)正離子（如 H+）來(lái)替代吸附在硅片表面的金屬離子，使之溶解于清洗液中。 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 25 3. 用大量去離子水溢流清洗，以排除溶液中的金屬離子 由于金屬離子對(duì)于電池 性能有著很大的影響，如圖 413，所以需要去除硅片表面的金屬離子，在化學(xué)清洗過(guò)程中一般使用 HF+NH4F 和 HCL 去除表面氧化層和硅片表面金屬離子，反應(yīng)方程式 ? ?2 2 6 2S i O 6 H F H S i F 2 H O? ? ? HCl 去除硅片表面金屬雜質(zhì)鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、 Cu +、 Cd 2+、 Hg 2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物。 圖 413 金屬雜質(zhì)對(duì)電池性能的影響 結(jié) 論 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 26 單晶制絨原理為硅的各向異性腐蝕。 硅片的表面沾污，缺陷等對(duì)絨面形成有重要影響。影響硅片腐蝕速率及絨面顯微結(jié)構(gòu)的因素眾多，主要包括如下因子：NaOH 濃度；溶液溫度；異丙醇濃度；制絨時(shí)間；硅酸鈉含量；槽體密封程度；異丙醇揮發(fā)；攪拌及鼓泡等。 多晶制絨可選方法很多，但綜合成本及最終效果，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)所用多晶制絨工藝均為 HNO3， HF， DI Water 混合液體系制絨。多晶制絨基本要求為：絨面連續(xù)均勻；反射率低；腐蝕量適中。常見(jiàn)不良為絨面大小不合適，制絨后，硅片反射率高等。 多晶制絨關(guān)鍵點(diǎn)為溫度的控制以及酸液配比控制。 HCl 的作用：中和殘留在硅片表面 殘余堿液； 去除在硅片切割時(shí)表面引入的金屬雜質(zhì)。 本論文通過(guò) 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。 簡(jiǎn)要說(shuō)明從原料一直到制成太陽(yáng)電池的過(guò)程， 著重描述太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝中的清洗制絨工藝的詳細(xì)步驟， 分析在實(shí)際生產(chǎn)上所遇到的簡(jiǎn)單問(wèn)題，并運(yùn)用所學(xué)對(duì)某些問(wèn)題提出相關(guān) 改進(jìn)技術(shù) 。 清洗制絨作為太陽(yáng)電池生產(chǎn)中的第一個(gè)工序起著非常重要的作用?？梢哉f(shuō)是起著至關(guān)重要，必不可少的步驟之一。 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 27 參考文獻(xiàn) [1] 羅玉峰，張發(fā)云，廖衛(wèi)兵 ． 材料加工設(shè)備概論 [M].南昌：江西高校出版社， 20xx． [2] 梁駿吾等譯， 太陽(yáng)電池：材料、制備工藝及檢測(cè) [M]，機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx。 [3] 朱和國(guó)，王恒志 .材料科學(xué)研究與測(cè)試方法 [M]． 南京：東南大學(xué)出版社， 20xx [4] 馬丁格林，太陽(yáng)電池工作原理、工藝和系統(tǒng)應(yīng)用 [M],電子工業(yè)出版社。 [5] 羅玉峰、廖衛(wèi)兵、劉儀柯，太陽(yáng)電池硅材料生產(chǎn)技術(shù) [M]，江西高校出版 ,20xx。 [6] 著 [美 ]，趙毅強(qiáng)，姚素英，解曉東等譯 ． 半導(dǎo)體物理與器件（第三版） [M].北京：電子工業(yè)出版社， 20xx [7] 劉新福，杜占平，李為名．半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)原 理與應(yīng)用 [M]．北京：冶金業(yè)出版社， 20xx 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 28 致 謝 值此論文完成之際，內(nèi)心感慨無(wú)限。在論文編寫(xiě)過(guò)程中，得到了很多關(guān)心我的人的無(wú)私幫助，正是在這些幫助下我才得以完成論文。 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師 肖老師 ， 感 謝 老師對(duì)我的辛勤培育。從論文的立題到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及論文的撰寫(xiě)整個(gè)過(guò)程無(wú)不浸透著老師的心血。 他 廣博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，靈活的思維方式，耐心細(xì)致的言傳身教深深感染激勵(lì)著我，將使我終身受益。導(dǎo)師不但在學(xué)習(xí)上給予我耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在生活中也給了我關(guān)懷，這份師恩我將終身難忘。 同時(shí) 感謝在這幾 年來(lái)對(duì)我有所教導(dǎo)的老師 們 ，他們孜孜不倦的教誨不但讓我學(xué)到了很多知識(shí)，而且讓我掌握了學(xué)習(xí)的方法，更教會(huì)了我做人處事的道理，在此表示感謝。我還要向我的同學(xué)們表示感謝，感謝 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù) 全 班所有 同學(xué)對(duì)我 的 生活和學(xué)業(yè)上的關(guān)心和幫助。我為自己能夠在這樣一個(gè)溫暖和諧的班級(jí)體中學(xué)習(xí)工作，深感溫暖、愉快和幸運(yùn)。 最后向多年默默支持我和關(guān)心我，不斷給我信心、支持我上進(jìn)，使我順利完成大學(xué)學(xué)業(yè)的家人 ， 特別 是 我的父母 ， 獻(xiàn)上我最真摯的謝意和最美好的祝福。