一、刻蚀工序基本作用
目前常规太阳电池的生产流程如下:
刻蚀作为太阳电池生产中的第三道工序,其主要作用是去除扩散后硅片 四周的N型硅,防止漏电。刻蚀一般情况下和去PSG联系在一起,去PSG 顾名思义,其作用是去掉扩散前的磷硅玻璃。反应方程式如下: SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 具体的刻蚀示意图如下: 二、刻蚀的基本分类以及一般工艺流程
目前,晶体硅太阳电池一般采用干法和湿法两种刻蚀方法。下面我们分开介 绍两种刻蚀方法的差别: 1)干法刻蚀
干法刻蚀夜叫等离子刻蚀。即采用等离子体轰击的方法进行的刻蚀。
随着温度的升高,一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称为 物质的三态。如果温度升高到10e4K甚至10e5K,分子间和原子间的运动十 分剧烈,彼此间已难以束缚,原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子
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核对它的束缚,成为自由电子,原子失去电子变成带正电的离子。这样,物 质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混合物。这种混合物叫等离 子体。它可以称为物质的第四态。等离子产生一般有三种方法:
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(1)驿电耦合 出)感陛瑞合 (C)电磁波耦合
具体到太阳能电池中,等离子刻蚀是采用高频辉光放电反应,即采用感 应耦合的方式使反应气体激活成活性粒子,如原子或游离基,这些活性粒子 扩散到需刻蚀的部位,在那里与被刻蚀材料进行反应,形成挥发性生成物而 被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌(这是各 向同性反应)。
下图为干法刻蚀的示意图:
干法刻蚀具体的工艺过程如下:
首先,母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离 子,即CF4-CF3, CF2, CF, F, C以及它们的离子。售检票系统
其次,这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面,并在表面上 发生化学反应(掺入O2,提高刻蚀速率)。具体的反应过程可参考下图:
在实际的太阳能电池的生产过程中,干法刻蚀中影响因素主要是CF4, O2的
流量,辉光时间,辉光功率。
下面表格为常规的等离子刻蚀所用工艺。
工作气体流量 (SCCM) | 气压 (pa) | 辉光功率 (W) | 辉光颜 |
O2 | CF4 | 腔体内呈乳白,腔壁处呈淡 紫 |
18 | 免烧砖机模具 180 | 100 | 600 |
工作阶段时间(S) |
抽气 | 进气 | 辉光 | 抽气 | 清洗 | 抽气 | 充气 |
60 | 120 | 900 | 30 | 相册加工设备20 | 50 | 60 |
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干法刻蚀的一般生产流程如下:
在干法制绒的生产过程中必须注意以下事项:
1、禁止裸手接触硅片;
2压力容器制造、插片时注意硅片扩散方向,禁止插反;
3、刻蚀边缘在1mm左右;
4、刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜,滞留时间不超过1h。
2)湿法刻蚀
湿法刻蚀顾名思义,就是在刻蚀的过程中硅片表面是湿的,也就是使用化 学品进行刻蚀的方法,大致的腐蚀机制是HNO3氧化生成SiO2,HF再去除 SiO2。
下面为化学反应方程式:
3Si+4HNO3 — 3SiO2+4NO+2H2O SiO2+4HF-SiF4+2H2O
SiF4 +2HF-H2SiF6
湿法刻蚀一般使用的是Rena的设备,其槽体根据功能不同分为入料段、
湿法刻蚀段、水洗段、碱洗段、水洗段、酸洗段、溢流水洗段、吹干槽。所
有槽体的功能控制在操作电脑中完成。具体如下图所示:
在湿法刻蚀中,主要影响湿法刻蚀效果的因素有带速、温度、槽体内各药液 浓度、外围抽风、液面高度等。
针对刻蚀的效果,主要的检测工艺点有如下几个:
1、方阻上升在范围之内
2、减重在范围之内
3、刻蚀槽药液浸入边缘在范围之内
4、片子是否吹干,表面状况是否良好
相比干法刻蚀,湿法刻蚀具有如下优点:
1.避免使用有毒气体CF4。
2.背面更平整,背面反射率优于干刻,能更有效的利用长波增加Isc。被场 更均匀,减少了背面复合,从而提高太阳能电池的Voc。
湿法刻蚀生产必须注意以下事项:
1、禁止裸手接触硅片;
2、上片时保持硅片间距40mm左右,扩散面朝上上片,禁止放反;
3、刻蚀边缘在1mm左右;
4、下片时注意硅片表面是否吹干;