基于單晶硅制絨金字塔生長異常的解決方法

湯歡+張波寧+楊偉光

摘 要

本文研究的是單晶硅太陽能電池堿制絨后出現(xiàn)異常表面的分析方法。以正常生產(chǎn)中出現(xiàn)的亮片表面為例，進(jìn)行全面解析，通過SEM對(duì)不同制絨后的片進(jìn)行金字塔的大小測(cè)量及ImageJ軟件統(tǒng)計(jì)單位面積的金字塔個(gè)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析影響晶體硅金字塔結(jié)構(gòu)生長異常的原因，便于查找相關(guān)的工藝和設(shè)備問題，為晶體硅太陽能制絨的正常生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)分析參考和經(jīng)驗(yàn)積累。

【關(guān)鍵詞】單晶硅 制絨 金字塔 工藝 設(shè)備 數(shù)據(jù)分析 經(jīng)驗(yàn)積累

單晶制絨的工藝以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對(duì)表面制絨的效果起著非常重要的作用。制絨設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)直接影響著工藝的正常進(jìn)行，工藝的正常運(yùn)行及穩(wěn)定性直接影響著制絨效果，金字塔的生長等等。理想質(zhì)量的金字塔的形成，受到了諸多因素的影響，包括工藝穩(wěn)定性和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。

1 案例解析

金字塔結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀對(duì)單晶硅絨面的反射率會(huì)產(chǎn)生很大影響，反射率的異常也會(huì)對(duì)硅片的表面產(chǎn)生直接影響。本文以單晶電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的制絨亮面表面為例進(jìn)行解析。分別從金字塔尺寸、單位面積金字塔個(gè)數(shù)及反射率三方面對(duì)正常制絨后和亮片表面制絨后的硅片進(jìn)行對(duì)比，討論了由于金字塔異常導(dǎo)致的不同結(jié)果，并結(jié)合得到的數(shù)據(jù)對(duì)工藝和設(shè)備進(jìn)行問題查找，并提出解決方案。

1.1 金字塔尺寸對(duì)比

對(duì)正常硅片及出現(xiàn)的亮面表面進(jìn)行垂直角度3000倍掃描電鏡表征對(duì)比，從SEM上看，正常片的金字塔大小在5-7μm，亮片的金字塔較正常片的金字塔要偏大在9-10μm，有的部位金子塔較小，有未成核處。選取相同面積進(jìn)行對(duì)金字塔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，制絨后正常硅片有449個(gè)金字塔，而亮片相同視場(chǎng)面積下僅有150個(gè)金字塔。

1.2 反射率對(duì)比

從圖1數(shù)據(jù)可以看出亮片的反射率要比正常片的反射率偏高。

小結(jié)：分析表明腐蝕速率在一定程度上決定了金字塔的結(jié)構(gòu)，在合適的腐蝕速率下，成核與生長達(dá)到一個(gè)平衡，形成大小合適、結(jié)構(gòu)完整且密布整個(gè)硅片表面的金字塔結(jié)構(gòu)；腐蝕速率較高時(shí)，金字塔的生長大于成核，表現(xiàn)的絨面結(jié)構(gòu)為大金字塔，且表面有未成核處。導(dǎo)致出現(xiàn)亮面表面的原因也就是腐蝕速率發(fā)生了變化。

2 問題查找

問題查找包括工藝問題和設(shè)備問題，兩者息息相關(guān)，當(dāng)工藝成熟運(yùn)行時(shí)，設(shè)備因素的影響又會(huì)制約工藝的運(yùn)行。工藝問題和設(shè)備問題同時(shí)進(jìn)行查找解析處理。

2.1 確認(rèn)工藝加載的正確性

不同的工藝配比直接影響著制絨效果，腐蝕深度、金字塔的成核及生長都會(huì)受到影響。在生產(chǎn)正常進(jìn)行時(shí)出現(xiàn)異常表面首先要檢查加載工藝是否正確。

2.2 確認(rèn)工藝運(yùn)行的正常性及解決方案

影響制絨效果的因素包括藥液濃度、工藝時(shí)間、溫度等。當(dāng)工藝加載正常，但是運(yùn)行不正常，也會(huì)影響最終的工藝效果。確保工藝正常的運(yùn)行是生產(chǎn)的基礎(chǔ)工作，工藝的正常運(yùn)行又需要以設(shè)備正常運(yùn)行做為基礎(chǔ)。解決方案如下：

2.2.1 報(bào)警及運(yùn)行記錄查詢

根據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間查找相應(yīng)的報(bào)警信息，對(duì)該時(shí)間段內(nèi)存在設(shè)備異常問題進(jìn)行匯總。推算表面出現(xiàn)的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間查運(yùn)行記錄，查相關(guān)的各槽的反應(yīng)時(shí)間、溫度范圍等。

解決方案：通過運(yùn)行記錄和報(bào)警記錄，標(biāo)記對(duì)應(yīng)的時(shí)間，查找報(bào)警原因，由于設(shè)備問題帶來的隱患導(dǎo)致的超時(shí)，包括槽蓋報(bào)警、機(jī)械手運(yùn)行錯(cuò)誤報(bào)警、傳感器異常報(bào)警等。

2.2.2 補(bǔ)液記錄查詢

查看補(bǔ)液過程中是否存在異常。補(bǔ)液異常包括在反應(yīng)中不補(bǔ)液，反應(yīng)中補(bǔ)液時(shí)間不對(duì)，補(bǔ)液值不是工藝設(shè)定值，或者在報(bào)警記錄中出現(xiàn)的供液系統(tǒng)壓力不足等。

解決方案：補(bǔ)液值不是工藝設(shè)定值，需要確定工藝加載的準(zhǔn)確性；反應(yīng)中不補(bǔ)液或補(bǔ)液時(shí)間不對(duì)，需進(jìn)行多槽多批次的記錄查詢；針對(duì)報(bào)警記錄中出現(xiàn)的供液系統(tǒng)壓力不足的問題，要對(duì)外圍工藝系統(tǒng)能否正常工作進(jìn)行監(jiān)控。

2.2.3 藥液校準(zhǔn)

對(duì)使用的藥液進(jìn)行校準(zhǔn)，藥液的精準(zhǔn)性直接影響著生產(chǎn)的藥液濃度，濃度不同導(dǎo)致工藝運(yùn)行出現(xiàn)問題，最終出現(xiàn)表面問題。

3 小結(jié)

影響金字塔生長的因素對(duì)金字塔成核過程起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)工藝確定后，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)又制約著工藝的正常運(yùn)行，當(dāng)工藝參數(shù)已經(jīng)滿足在運(yùn)行周期內(nèi)穩(wěn)定，出現(xiàn)異常問題后多數(shù)是由設(shè)備間接導(dǎo)致的，所以在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)備和工藝是密不可分。

本文是以單晶制絨過程中出現(xiàn)的異常表面為例，做相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，最終通過查找工藝和設(shè)備的影響因素解決實(shí)際問題，主要是提供一個(gè)解決問題的思路，為生產(chǎn)積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

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作者單位

光伏材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北省保定市 071051endprint