張曉紅，王銳廷
(北京七星華創電子股份****微電子裝置分公司北京 100016)
1 引言
清洗裝置在整個太陽能電池生產線上起到至關重要的作用。主要可以分為：擴散前的制絨、酸洗，磷矽玻璃(psg)的濕法腐蝕、漂洗等幾類。
我公司所提供的產品囊括了上述環節的所有型別的清洗裝置，完全可以滿足各個環節的工藝要求。本文將著重就制絨裝置研究過程中的幾個重要問題進行闡述。
2 工藝研究
在太陽能電池生產中，刻蝕具有兩個作用，即去除切割過程中產生的表面缺陷，同時進行矽片表面構化。構化的目的就是延長光在電池表面的傳播路徑，從而提高太陽能電池對光的吸收效率。構化的主要方法可以分為乾法和濕法兩種。
後者是目前應用最廣泛的刻蝕方法，即用鹼(naoh、koh)或酸液(hno3、hf)對矽片表面進行腐蝕。
由於矽片的內部結構不同，各向異性的鹼液刻蝕主要用於晶向分布均勻的單晶矽，而晶向雜亂的多晶矽採用各向同性的酸液刻蝕會有更好的構化效果。
本研究以單晶矽制絨為例進行工藝實驗，對於多晶矽材料而言，我們正與廠家進行實際工藝摸索，本文僅對單晶矽制絨工藝進行闡述。工業生產中通常採用鹼和醇的混合溶液對<100>晶向的單晶矽片進行各向異性腐蝕，在表面形成類似"金字塔"狀的絨面，有效地增強矽片對入射太陽光的吸收，從而提高光生電流密度。對於既可獲得低的表面反射率，又有利於太陽能電池的後續製作工藝的絨面，應該是金字塔大小均勻，單體尺寸在2～10μm之間，相鄰金字塔之間沒有空隙，即覆蓋率達到100%。
理想質量絨面的形成，受到了諸多因素的影響，例如矽片被腐蝕前的表面狀態、制絨液的組成、各組分的含量、溫度、反應時間等。而在工業生產中，對這一工藝過程的影響因素更加複雜，例如加工矽片的數量、醇類的揮發、反應產物在溶液中的積聚、制絨液中各組分的變化等。為了維持生產良好的可重複性，並獲得高的生產效率。
就要比較透徹地了解金字塔絨面的形成機理，控制對制絨過程中影響較大的因素，在較短的時間內形成質量較好的金字塔絨面。
經實驗證明，我們得到的如下工藝的可重複性和可靠性都很好，可以用來進行大規模的工業化生產。
2．1 去損傷
矽片在切割過程中表面留有大約10～20μm的鋸後損傷層，對制絨有很大影響，因此在制絨前必須將其除去。單晶一般用鹼與矽反應的方法除去。現在很多公司常用naoh，工藝引數有溶液溫度、反應時間和溶液濃度。
經過我們與生產企業的多次反覆實驗，最終結果表明當naoh加熱至85℃，濃度為25％時去損傷速度最快、效果最好。
2．2 制絨
制絨工藝比較複雜，不同公司有各自獨特的制絨方法。一般鹼制絨有以下幾種方法：
(1)naoh+ipa
(2)naoh+ipa+nasio3
(3)naoh+ch3ch20h
一股使用到的化學新增劑有兩種，一種是ipa(異丙醇)，另一種是t業酒精。加入異丙醇後，可以使反應加快，主要是起消除氣泡的作用。曾經有人認為，異丙醇是產生金字塔的原因，其實如果不用異丙醇也可以做出絨面來，所以異丙醇並非做絨面必不可少的一種物質。
而對於工業酒精，根據實驗結果，不新增酒精，也可以製作出絨面來，但是絨面表面會非常的難看。會有很多雨點狀的氣泡印，即使最後經過擴散、刻蝕、噴塗和印刷後，做出來的太陽能電池片上氣泡印也很難去掉，會嚴重影響美觀和矽片表面質量。
因此，第二種方法在工業大規模牛產中被普遍接受。工藝要求nasio ：naoh在l：
3．5到1：3之間，naoh：ipa在1：
6左右。naoh濃度要求在2％～4％之間調整。在制絨工藝中，溫度和個溶液的比例是丰要引數。
時間是次要的。保持工藝的穩定對大規模的生產是至關重要的。通常通過排液、補液的方法來實現。
對於第二種工藝方法來說，制絨的最佳工作溫度在83。c±1℃。溫度太低和ipa比例大小都不能製成絨面，或者說在絨面形成之前矽片已經消耗完。
ipa太多形不成絨面，它不能起調節晶向反應速度的作用。
3 結構設計
根據工藝研究的結果，我們進行裝置結構設計，針對去損傷以及制絨工藝的溶液、溫度、反應時間等要求，我們著重對兩種反應槽體進行了設計，結果表明，槽體結構設計合理，完全滿足工藝要求。
3．1 去損傷槽
鑑於去損傷的工藝要求，我們設計的槽體要求一方面可以實現基本功能，即抗腐蝕功能及工藝液體加熱功能，另一方面要求能夠保證腐蝕後的矽片表面質量。因此，經過設計人員的反覆論證擬定槽體採用溢流槽結構，溢流出的廢液匯入排廢管道：為防止反應霧過渡揮發，槽體設有左右開啟蓋，塑料氣缸控制開合。
在氣缸伸出桿上設有保護套，防止反應霧滴落在伸出杆上面；考慮到相容單晶及多晶矽片的清洗要求，槽內設定有單獨的加熱和製冷系統；槽體底部設定加熱器，同時設有溫度控制(包括防酸熱偶)，保證達到要求的工作溫度，且盡量縮短公升溫時間以提高生產效率。溫控器的設定溫度可根據工藝要求調節；槽內四周還設有波紋盤管，可通入冷卻水對槽內溶液進行製冷，冷卻水由外接的恆溫水迴圈系統提供；腐蝕時間可在觸控螢幕介面中進行設定、調整；槽內還設有配液、補液用介面，並設有液位，高低可調節，一方面可以控制配液時di水容積和naoh的容積，另一方面還要控制補液容積。控制di水容積的液位同時具有防止加熱器乾燒功能；
3．2 制絨槽
根據制絨工藝要求，使用溶液濃度為2％的na0h和ipa溶液或混合酸液(hf+hn03)；擬定槽體結構採用溢流槽結構，溢流出的廢液匯入排廢管道；為防止反應霧過渡揮發，槽體設有左右開啟蓋，塑料氣缸控制開合。在氣缸伸出桿上設有保護套，防止反應霧滴落在伸出杆上面；為相容單晶及多晶矽片的清洗要求，槽內設定有單獨的加熱和製冷系統；槽體底部為塑料加熱器，設溫度控制(包括防酸熱偶)，保證完全滿足工作溫度需要，控溫精度可達±l℃，同時最大限度地縮短公升溫時間以提高生產效率；溫控器的設定溫度可根據工藝要求調節，使用恆溫水浴加熱方式，控溫精度為±l℃；槽內四周還設有波紋盤管，可通入冷卻水對槽內溶液製冷，冷卻水由外接的恆溫水迴圈系統提供；腐蝕時間可在觸控螢幕介面中設定、調整；槽內設有配液、補液用介面，並設有液位，高低可調節，一方面要求能夠控制配液時di水容積和naoh的容積，另一方面還可控制補液容積。控制di水容積的液位同時還具有防止塑料加熱器乾燒功能；ipa則定時採用氮氣壓輸送。
除上述關鍵工藝槽體結構的設計以外，整台制絨裝置不論從整體結構設計還是自動化程度上來看，都居於國內最先進水平之列，體現了我公司作為國內最具競爭力的太陽能電池裝置製造商的強大實力。
通過與太陽能生產企業的聯合工藝摸索，幫助我公司填補了制絨工藝資料的空白，為今後設計研發出更有利於大規模生產線上應用的清洗裝置奠定了堅實的基礎。
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