金剛線切割多晶硅片制絨工藝研究

錢義龍

【摘 要】本文通過分析金剛線切割多晶硅片在常規(guī)鏈?zhǔn)蕉嗑е平q工藝中存在的絨面缺陷及改善，在原有常規(guī)制絨工藝下引入金剛線切割匹配的制絨添加劑改善絨面織構(gòu)提高絨面均勻度，降低反射率，有利于改善PN結(jié)平整性，改善電池片短路電流及提升轉(zhuǎn)換效率。太陽能電池絨面反射率降低3%～5%，短路電流提高30mA-800mA，從而使電池效率提高0.1%以上，且產(chǎn)品反射率低，絨面出絨率高，絨面均勻性優(yōu)，產(chǎn)品穩(wěn)定性高。

【關(guān)鍵詞】多晶硅；金剛線切割；反射率

引言

金剛線切割多晶硅片因具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、切割效率高、所切割的硅片在后續(xù)電池工藝制作中碎片率低，硅片成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前逐步替代傳統(tǒng)砂漿多線切割技術(shù)，并成為硅片切割的主流技術(shù)。但是，金剛線切割技術(shù)作為一種新型的晶體硅片切割技術(shù)，同樣也存在一定的技術(shù)難題有待于進(jìn)一步研究解決。由于硅片切割技術(shù)的不同，金剛線切割多晶硅片表面損傷少，并且多晶硅片表面產(chǎn)生線痕嚴(yán)重，導(dǎo)致在多晶電池制絨工藝過程中，目前現(xiàn)有硅片表面酸制絨技術(shù)難以獲得理想的絨面，進(jìn)而嚴(yán)重影響多晶硅金鋼線切割硅片的批量使用，主要問題在于制絨后的硅片表面反射率高，制成電池片后的光電轉(zhuǎn)換效率低。

基于此，針對(duì)金剛線切割多晶硅片制絨，本文對(duì)比研究引入金剛線切割匹配的制絨添加劑改善絨面織構(gòu)，提高絨面均勻度，和絨面形貌，降低成絨后的絨面反射率，提高制成電池片的短路電流、及光電轉(zhuǎn)換效率。

一、試驗(yàn)原理

多晶硅采用酸制絨的方法，利用（HF+HNO3）為基礎(chǔ)的水溶液體系對(duì)多晶硅表面進(jìn)行腐蝕，為了促使在有效時(shí)間內(nèi)使金剛線切割多晶硅片表面成長(zhǎng)出均勻性良好，反射率低的織構(gòu)狀絨面，我們引入一種有利于金剛線切割多晶硅片成絨的化學(xué)品，簡(jiǎn)稱制絨添加劑。但是，多晶酸制絨的基本反應(yīng)是不變的，酸腐蝕的反應(yīng)機(jī)制分為兩個(gè)步驟。首先，是利用硝酸的強(qiáng)氧化作用氧化硅片表面，使硅表面生成一層SiO2，然后，多晶硅表面形成的SiO2被氫氟酸絡(luò)合形成可溶性絡(luò)合物。

其反應(yīng)方程式為：

步驟I： Si+2HNO3 → SiO2+2HNO2

2HNO2 → NO+NO2+H2O

步驟II：SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O

總反應(yīng)方程式：

Si+2HNO3+6HF→H2SiF6+NO+NO2+

3H2O

當(dāng)硅片浸入腐蝕液中時(shí)，腐蝕反應(yīng)最先發(fā)生在表面活性能最高的位置，腐蝕液沿著硅片的微裂紋快速擴(kuò)散并高速腐蝕，進(jìn)而沿著各個(gè)方向擴(kuò)張。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，線狀腐蝕坑開始出現(xiàn)明顯大小差異。

制絨添加劑在硅片反應(yīng)過程中提高硅片腐蝕速率，促使硅片表面成絨，增加金鋼線切割硅片表面反應(yīng)程度。首先，引入金鋼線切割添加劑后，在硅片腐蝕時(shí)增加硅片表面的活化能使化學(xué)反應(yīng)更加平穩(wěn)，并能夠在密集線痕處成功長(zhǎng)出絨面；其次，硅片腐蝕中會(huì)產(chǎn)生少量HNO2，金鋼線切割添加劑可減緩它的產(chǎn)生速度，降低催化速率；再者，金鋼線切割添加劑可有效加快氣泡在硅片表面的脫離速度，減少反應(yīng)不均勻的現(xiàn)象。

二、試驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)分析

本文針對(duì)多晶硅金剛線切割硅片絨面織構(gòu)的改善，添加一種輔助成分的添加劑，主要試驗(yàn)包括以下步驟：

（一）試驗(yàn)具體方案

1.試驗(yàn)采用導(dǎo)電類型為P型156.75*156.75的金鋼線切割多晶硅片，所有硅片都未去除損傷層。

2.配方：制絨工藝配方和補(bǔ)加藥液配方不作任何變動(dòng)。工藝配方按HNO3：HF：H2O 5：1：2.7 ?？刂苽鲃?dòng)速度和腐蝕液溫度，得到減薄量為0.30g～0.35g制絨后的硅片。

3.分組試驗(yàn)：分別選取A和B各一組為試驗(yàn)對(duì)象，組名分別為A：未添加金鋼線制絨添加劑和B：添加金鋼線制絨添加劑。在試驗(yàn)過程中，分別加入金鋼線制絨添加劑標(biāo)準(zhǔn)用量的0份（即不加入添加劑，為對(duì)照試驗(yàn)）、1L、2L、3L、4L。即首先按廠家分成兩大組試驗(yàn)，每一大組再次分為五個(gè)小組進(jìn)行。試驗(yàn)加入量與分組情況見表1。

4.通過實(shí)驗(yàn)分組對(duì)比，A：未添加金鋼線制絨添加劑，制絨后絨面沒有完全張開，光電轉(zhuǎn)換效率低。B：添加金鋼線制絨添加劑，轉(zhuǎn)換效率及短路電流均有明顯變化，但因添加量的不用，未對(duì)其制絨成絨體系造成明顯干擾。其中添加3L金鋼線制絨添加劑的絨面表現(xiàn)均勻，光電轉(zhuǎn)換效率有明顯增益。

B組添加制絨添加劑的對(duì)照組，在硅片反應(yīng)過程中提高硅片腐蝕速率，促使硅片表面成絨，增加金鋼線切割硅片表面反應(yīng)程度，進(jìn)而降低絨面反射率，使絨面更加均勻；制絨后形成的腐蝕坑絨面的大小分布由于和400nm-1000 nm光子波長(zhǎng)匹配而共振，使得絨面更有利于對(duì)光子的捕獲而造成陷光效果，增加折射，降低反射率；對(duì)表層硅晶格缺陷，即對(duì)懸鍵進(jìn)行配位和鈍化的穩(wěn)定劑成分，有效降低表面缺陷造成的復(fù)合；高效表面清洗劑，能在強(qiáng)酸性環(huán)境中快速去除表面的納米級(jí)顆粒以及過渡金屬離子，這樣作用可以壓制表面復(fù)合和減少死結(jié)的產(chǎn)生。

B組添加制絨添加劑的金鋼線切割硅片所制的絨面在放大500倍放大下，使用添加劑的絨面腐蝕坑窄而深，且線痕密集處有明顯的成絨的織構(gòu)化絨面，且單位面積的腐蝕坑數(shù)量多，反射率低，具有較好的陷光性。

ISC對(duì)比：

EFF對(duì)比：

三、總結(jié)

在金鋼線切割多晶硅片常規(guī)制絨藥液中引入金鋼線添加劑，能促使金鋼線切割多晶硅片表面成絨，在切割線痕處成長(zhǎng)處微觀密集的腐蝕坑，使絨面絨面更加均勻，均勻分布的制絨腐蝕坑有利于對(duì)光子的捕獲而造成陷光效果，增加折射，降低反射率，減少表面復(fù)合和死結(jié)的產(chǎn)生，進(jìn)而大大提高金鋼線切割硅片短路電流及光電轉(zhuǎn)換效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 季靜佳，絨面技術(shù)在太陽能電池領(lǐng)域中的應(yīng)用，太陽能研究與利用，文章編號(hào)：1001-5523，2004，增刊-0048-03。

[2] Martin A.Green，硅太陽能電池高級(jí)原理與實(shí)踐，上海交通大學(xué)出版社。endprint