多晶金剛線(xiàn)切割硅片制絨絨面的分析與應(yīng)用

王森棟， 白 翔

(山西潞安太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

對(duì)于金剛線(xiàn)切片在多晶上的應(yīng)用而言，由于金剛線(xiàn)切割硅片表面的損傷層較薄，大約5 μm～10 μm，反應(yīng)活性不足，制絨后，用金剛線(xiàn)切割的硅片的反射率會(huì)比用砂漿切割硅片的反射率高出4%～6%[1]，反射率的升高會(huì)導(dǎo)致電池短路電流的下降，故轉(zhuǎn)換效率比砂漿線(xiàn)低。目前，針對(duì)金剛線(xiàn)多晶硅片制絨的難題，主要解決辦法有金剛線(xiàn)直接添加劑法、干法黑硅(RIE)及濕法黑硅(MCCE)等，由于RIE和MCCE成本及工藝等原因，目前大多數(shù)企業(yè)利用金剛線(xiàn)直接添加劑法制備金剛線(xiàn)切割多晶硅片的減反射絨面。

一般來(lái)說(shuō)，在常規(guī)生產(chǎn)線(xiàn)，按照HF/HNO3/DI初配，沒(méi)有加入添加劑時(shí)減重較高，反應(yīng)較劇烈，氣泡較大、較少，反射率高，絨面會(huì)較大、較淺；加入添加劑后減重會(huì)明顯降低，反應(yīng)變慢，但氣泡較小、較多，反射率變低，表面整體變暗，絨面普遍較小、較深。這是因?yàn)?，金剛線(xiàn)添加劑會(huì)降低制絨藥液的表面張力，有利于氣泡、反應(yīng)的含硅絡(luò)合物等形成的“掩膜”脫離硅片表面，尤其是對(duì)硅片底部的作用效果較為顯著，因此，在金剛線(xiàn)添加劑作用下促進(jìn)絨面縱向發(fā)展，這樣制絨時(shí)縱向反應(yīng)速度與橫向反應(yīng)速度差異比無(wú)金剛線(xiàn)添加劑時(shí)小很多，從而有利于硅片的絨面變小、變深，達(dá)到降低反射率的目的。因此，金剛線(xiàn)添加劑首先是抑制制絨反應(yīng)的進(jìn)行，使得整體反應(yīng)速度變慢，同時(shí)，通過(guò)控制絨面寬度和深度降低反射率，達(dá)到陷光效果。本文主要從制絨工藝方面出發(fā)，通過(guò)對(duì)制絨工藝進(jìn)行優(yōu)化，更改制絨添加劑的使用量和制絨配槽的初始配比及制絨氫氟酸、硝酸的自動(dòng)補(bǔ)液量，在多晶金剛線(xiàn)硅片制出優(yōu)秀的絨面。

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)所用硅片為市售多晶P型A級(jí)硅片，面積為156.75 mm×156.75 mm，電阻率為1 Ω·cm～3 Ω·cm，厚度為200 μm，使用Centrotherm制絨設(shè)備。

本文首先分析了制絨絨面效果差對(duì)后續(xù)工藝的影響；其次，對(duì)制絨工藝進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整出合適的金剛線(xiàn)硅片絨面；最后，對(duì)多晶金剛線(xiàn)制絨絨面進(jìn)行整體優(yōu)化，提高生產(chǎn)線(xiàn)的印刷性能。

表征手段有：舜宇恒平電子天平、ZEISS電子顯微鏡、 BERGER電學(xué)性能測(cè)試及哲為AS-150 EL測(cè)試機(jī)。

2 結(jié)果及討論

2.1 制絨絨面效果差對(duì)后續(xù)工藝的影響

在以直接添加劑法制備金剛線(xiàn)切割多晶硅片制絨絨面的生產(chǎn)線(xiàn)上，主要解決兩大問(wèn)題：

1) 制絨反射率波動(dòng)大，經(jīng)常在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生絨面效果差、陷阱坑較少及表面線(xiàn)痕明顯現(xiàn)象，如第94頁(yè)圖1，反射率高達(dá)25%以上，第94頁(yè)圖2為后期改進(jìn)的絨面，反射率在22%左右。

2) 絲網(wǎng)印刷難度大，虛印、斷柵等EL不良問(wèn)題嚴(yán)重。本文分2組實(shí)驗(yàn)，每組500片，對(duì)比絲網(wǎng)采用線(xiàn)痕方向垂直于細(xì)柵線(xiàn)印刷和線(xiàn)痕方向平行于細(xì)柵線(xiàn)印刷的電池片電學(xué)性能參數(shù)(如表1所示)，垂直方向印刷，EL不良達(dá)到3%左右，平行方向印刷，EL不良明顯減少，但平行印刷效率偏低至少0.05%。

圖1 改善前反射率 圖2 改善后反射率

表1 不同印刷方向的印刷性能對(duì)比

垂直印刷EL虛印斷柵，不良較多的原因如圖3所示，上部分黑色區(qū)域?yàn)闈{料，下部分白色區(qū)域?yàn)楣杵?，中間凸起部分為線(xiàn)痕凸起，如果絨面效果差，腐蝕坑不明顯，會(huì)導(dǎo)致表面平整度過(guò)差，垂直于線(xiàn)痕的細(xì)柵線(xiàn)很容易出現(xiàn)虛印斷柵。

圖3 垂直印刷示意圖

線(xiàn)痕方向垂直/平行于細(xì)柵線(xiàn)印刷效率對(duì)比差別較大的原因，如圖4所示。圖4a)柵線(xiàn)為線(xiàn)痕垂直于細(xì)柵印刷，線(xiàn)寬38.6 μm，圖4b)為線(xiàn)痕平行于細(xì)柵印刷，線(xiàn)寬42.25 μm，相同濕重，線(xiàn)寬越寬，印刷越塌陷。電性能參數(shù)表現(xiàn)為效率偏低，RS偏高，電流偏低。

圖4 線(xiàn)痕方向垂直/平行于細(xì)柵線(xiàn)印刷的電鏡圖

2.2 對(duì)制絨工藝進(jìn)行優(yōu)化

2.2.1 制絨刻蝕槽液體的初配

由于金剛線(xiàn)切割的硅片刻蝕難度大，制絨刻蝕槽需要更多的HNO3和HF進(jìn)行刻蝕，砂漿多晶片和金剛線(xiàn)多晶片刻蝕槽初配對(duì)比和添加劑補(bǔ)液量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 砂漿多晶片和金剛線(xiàn)多晶片刻蝕槽液體對(duì)比

在液體初配中，砂漿多晶硅片需要的HNO3和HF總量比例在65%，金剛線(xiàn)多晶硅片需要的HNO3和HF總量比例在72%。在金剛線(xiàn)切割多晶硅片制絨工藝中，添加劑的使用量非常關(guān)鍵，添加劑會(huì)抑制硅片表面的刻蝕，降低反應(yīng)速率。B組到C組添加劑的補(bǔ)液量逐漸增大，B組絨面由于添加劑過(guò)少，達(dá)不到很好的抑制效果，導(dǎo)致硅片表面缺陷過(guò)量刻蝕出現(xiàn)大量黑絲，反射率在20.38%,D組(見(jiàn)圖5)的絨面由于添加劑過(guò)量，雖然反射率低但是絨面效果很差，而C組(見(jiàn)圖5)是在絨面效果好的前提下，降低反射率,C組制絨后的硅片反射率在22.43%，絨面陷阱坑橫向半徑在1.5 μm～2.0 μm，絨面陷阱坑半徑于砂漿片基本一致。正常砂漿片絨面外觀如圖6，絨面陷阱坑橫向半徑也在1.5 μm～2.0 μm。

圖5 不同添加劑補(bǔ)液量絨面電鏡圖

圖6 砂漿片絨面外觀

2.2.2 調(diào)節(jié)刻蝕深度

針對(duì)不同的刻蝕深度分片做對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如第95頁(yè)表3，WHQ前選取1 500片分為A、B、C 3組各500片，A組制絨刻蝕深度為1.9 μm～2.0 μm，B組刻蝕控制在2.1 μm～2.3 μm，C組刻蝕控制在2.5 μm～2.6 μm；由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得,刻蝕量控制在2.1 μm～2.3 μm最為合適，得到的電池片轉(zhuǎn)化效率最高。

表3 不同刻蝕量金剛線(xiàn)電池片的電學(xué)性能對(duì)比

2.2.3 制絨絨面整體優(yōu)化后產(chǎn)線(xiàn)印刷性能

絨面外觀達(dá)到理想效果后，如圖5的C組，反射率控制在22.43% ，刻蝕量控制在2.23 μm ，線(xiàn)痕垂直于細(xì)柵線(xiàn)印刷，使用碩禾正銀漿料批量測(cè)試90 000片，數(shù)據(jù)如表4， EL不良比例基本控制在0.2%左右，轉(zhuǎn)化效率達(dá)到18.64%。

表4 不同刻蝕量金剛線(xiàn)電池片的電學(xué)性能對(duì)比

3 結(jié)論

本文首先分析直接添加劑法制備金剛線(xiàn)切割多晶硅片在產(chǎn)線(xiàn)上存在的兩大主要問(wèn)題，1) 制絨反射率波動(dòng)大；2) 絲網(wǎng)印刷難度大。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，對(duì)制絨工藝進(jìn)行優(yōu)化，更改制絨添加劑的使用量，制絨配槽的初始配比，保證制絨后的硅片反射率在22.43%，絨面陷阱坑橫向半徑在1.5 μm～2.0 μm，同時(shí)，絲網(wǎng)印刷采用線(xiàn)痕垂直于細(xì)柵線(xiàn)的方式，最終實(shí)現(xiàn)金剛線(xiàn)多晶電池片轉(zhuǎn)化效率提升0.05%，不良率降低2.5%。