单晶硅电池片工艺(初稿)
工艺流程图:
硅片检验→硅片插入片盒→去除损伤层→制绒面→淋洗→中和→三级串连阶梯式清洗→烘干→扩散→周边刻蚀→硅片插入片盒→去除氧化层→三级串连阶梯式清洗→烘干→制备氮化硅→背面银铝浆→烘干→背面铝浆→烘干→正面银浆→烧结→测试分选→检验入库 1.单晶硅片质量检验标准
1.1 外观检验
1.1.1 基片大小:125³125mm±0.5mm
1.1.2 形状:准方片
1.1.3 直径:∮150±1.0mm Φ165±1.0mm
1.1.4 厚度: 280±30μm;在所规定区域内5个测量值的平均值。
1.1.5 TTV(μm)total thickn ess variat ion 在选定圆片区域内,最大厚度变化值≤50μm 1.1.6 表
面缺陷:≤2个深度不大于0.05mm
1.1.7 破损及针孔:无可见破损和针孔
1.1.8 边缘缺损:长度小于5mm,深度0.5的破损≤1个
1.1.9 钜痕:<5μm
1.1.10 表面状况:表面颜均匀一致,无残留硅粉,无水迹 1.2 电特性:
1.2.1 晶体:无位错直拉(CZ)单晶
1.2.2 晶向:(100)±3°
1.2.3 导电类型:P型(硼掺杂)
1.2.4 电阻率(Ω²CM) 0.5~2.0 用四探针测量平均晶体电阻
1.2.5 少子寿命:>15μS
使用微波光电导方法,在未钝化区域内,扫描2³2mm区域,去2000次测量平均值,硅锭边缘部分红区内数据不包括在平均值的计算内。
1.2.6 碳浓度:≤5³10真空玻璃管
1.2.7 氧浓度:≤1³10
1.3 质量判断标准:AQL2.5
2.硅片插入片盒:
2.1 工具仪器:25片片盒工作桌,凳子,真空吸附镊子
2.2 原材料:125³125mm硅片
2.3 工艺过程:把一定高度的硅片放于工作桌上,在操作者面前,用真空镊子把硅片吸起,把硅片放于片盒的最下一层,释放真空,硅片脱离真空吸附落于硅片盒的槽中。重复上述动作,直至把任务完成。2.4 注意事项:
2.4.1 人是最大的污染源,不要面对硅片说话,不要用手直接拿片盒,手上有钠离子、油类污染;2.4.2 操作人员要戴口罩、手套操作;
母线夹2.4.3 硅片易碎,在操作过程中,工作人员要轻拿轻放,尽量减少碎片;
2.4.4 真空吸头经常用酒精擦拭,在工作过程中,保持清洁。
3.硅片清洗:
3.1 去除损伤层:
3.1.1 目的:在硅片切割过程中,引起晶体表面晶格损伤,为把PN结制作在良好的晶体上,去除硅片表面的损伤层。
3.1.2 溶液浓度的配比:
NaOH:H2O=8500:34000(重量比)
在实际工作中,34000克纯水,添加10000克的氢氧化钠 3.1.3 溶液的配制过程:
根据资料查明:NaOH的融解热,10.4千卡/摩尔
8500÷40³10400=2210000卡
2210000÷34000=65(度)
结论:8500克氢氧化钠,可以使34000克纯水温升65度,理论计算要与实践相结合,只要把纯水从室温升高至25℃左右凭借着氢氧化钠的温升就可以达到85℃了。
3.1.4 试剂纯度:纯水,18MΩ/CM 氢氧化钠,电子纯
3.1.5 溶液温度:85±1℃
3.1.6 腐蚀速率:条件:20% NaOH溶液,85℃,经验数据表明 4μm/min(两边共同去除);内圆切割锯20μm/每边,线锯10μm/每边,通常内圆切割锯腐蚀时间10分钟,线锯腐蚀时间5~6.5分钟(根据实际情况摸索准确时间,经验数据,每隔几十片称量一次) 3.1.7 反应机理:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2 H2↑
28 80 18 122 4
在硅片表面每边去除10μm,两边共去除20μm
A.每片去除的重量:△g=12.5³12.5³0.0020³2.33=0.728g
B.每片消耗的N aOH 28:80=0.728:X
X=2.08g
C.每片产生多少Na2Si O3 28:122=0.728:X
X=3.172g
D.如果每配制一次NaOH溶液可以清洗3000片,每片消耗2.08克NaO H,则消耗6.240Kg, 10
Kg的NaOH,只剩下3.76 Kg 在达到2500片时要密切注视,每花篮硅片称量是否达到了设计要
求。
E.如果去除损伤层3000片则生成9.516Kg的Na2Si O3 ,整个花篮上浮,使花篮定位不准确严
重影响机械手的正常运转。
3.1.8 注意事项与问题的讨论:
A.在整个去除损伤层的过程中,大量的H2气泡有可能依附到硅片上,使硅片上浮,在片盒上必须设计一个片盒“盖片”,或者片盒“挡棒”,防止硅片上浮;
B.关于去除损伤层时间的讨论:现在硅片越来越薄,去除损伤层的时间可以大大缩短,要以实
践为准。在硅片表面制作绒面的过程中,也要腐蚀掉一层硅,既要PN结制作在良好的晶体上,又要不能使硅片太薄,易产生碎片;
3.2 制绒面:
3.2.1 目的:为了提高效率减少光的反射,在硅片表面制作出直角四面棱锥,使入射光在硅片表面形成多次反射。在P型[100]晶向上,利用晶体的各向异性,在晶体上腐蚀出正金字墙。
3.2.2 溶液浓度的配制:
纯水:氢氧化钠:异丙醇:硅酸钠=1000:15~20:45ml:4~6g
3.2.3 溶液的配制过程:
A.把预热槽用纯水洗净,把纯水打入预加热槽;
B.把纯水加热到85℃;
C.把预热槽的纯水打入绒面槽;光纤调整架
D.依次按比例把NaOH、异丙醇、硅酸钠加入到绒面槽中
E.等待温度恒定后进行操作
3.2.4 试剂纯度:
纯水:18MΩ/CM;氢氧化钠:电子纯;异丙醇:优级纯;硅酸钠:优级纯裁板机刀片
3.2.5 溶液浓度:85±1℃
3.2.6 绒面的制备时间:通常25~30分钟左右
3.2.7 反应机理:由于各晶面的面密度不同,腐蚀对各晶面有选择性。(100)、(111)面的面密度分别为2/a2、4.6/a2,因此(100)面的腐蚀密度速度最大,(111)面的腐蚀速度最小。所以腐蚀时(111)面最容易裸露在外面。实验得知,(100)面的腐蚀速度比(111)面大35倍。
择优腐蚀对溶液浓度关系很大,浓度偏高则为抛光腐蚀;浓度偏低则为择优腐蚀。异丙醇为消泡剂。
硅酸钠为缓冲腐蚀剂。
3.2.8 注意事项与问题讨论:
A.绒面腐蚀时间:通常为25分钟,根据绒面状况可以适当增加5~10分钟;
B.绒面的等直角棱锥体的下边长为多长,反射的光为最长?实践表
明,从统计规律来看,a=3~5μm从电池表面上反射的光线最少。温度偏低一
点,82℃,腐蚀速率慢一点,a的长度在3~5μm的可能性较大。
C.在绒面的腐蚀过程中,尤其是在开始的第一、第二批硅片,这种现
象最严重,即绒面不连续。这样就增大了反射光,减少了电池的转换效率。NaOH
与S i的反应生成硅酸钠,硅酸钠是一种缓腐剂,缓腐的速率与硅酸钠的浓度有很
大关系,在反应初期,生成的硅酸钠浓度过低,低于0.1%时,反而引起加速反
应,并有可能引起点腐蚀。腐蚀速率过快就容易产生平地。为克服上述现象,每
次配制新的腐蚀溶液时增加0.4%~0.6%的硅酸钠,就是为了克服绒面不连续现象。
D.在绒面的制作过程中,会产生大量的H2气泡,附着在硅片上,根据情况,要不断的向溶液中增加异丙醇。异丙醇是消泡剂。(根据实际情况及经验确定其用量)
E.绒面腐蚀液时间久了,硅酸钠的含量逐渐增多,粘度也增大,比重增大,硅片上浮,为了减少绒面的不连续性绒面的腐蚀液的废液也可留下1/4,再增加3/4的新溶液。
F.在绒面的制备过程中,在显微镜下观察,经常会看到右图所示的现
象,如果a为正常绒面,b的绒面就太小了;如果b为正常绒面,a的就太大了。
B部分为小绒面,被气泡所覆盖,减缓了反应速度,生成小绒面。B部分为小绒
面,其表面有油质污染,减缓了反应速度。(形成此现象的具体原因在生产中
再摸索)
3.3 漂洗:
3.3.1 目的:在制绒面的过程中,其表面沾污了各种金属离子和各种盐类,本水槽中是四面溢流式,纯水来自上一个喷淋槽,在本槽中硅片初步清洗。
3.3.2 漂洗时间:漂洗时间大约为2分钟左右,在实践中进一步摸索确定。
3.3.3 漂洗方式:漂洗槽是四边溢流式,无任何金属粒子沾污的水泵过滤器,使纯水长生循环,加强去污效果。
3.3.4 漂洗槽温度:室温。
3.4 喷淋槽:
3.4.1 目的:在漂洗槽得到初步清洗的硅片,在喷淋槽中得到进一步较彻底的清洗。纯水是18MΩ/CM的纯水;雾化喷淋。
3.4.2 喷淋时间:喷淋时间大约3~4分钟,在实践中进一步确定。
3.4.3 喷淋槽温度:室温。
3.5 中和槽:
3.5.1 目的:进一步去除硅片表面的钠离子和硅酸盐类的沾污。
3.5.2 溶液的配制:(5.1~7.5)L盐酸+(28.1~26.5)L纯水
3.5.3 溶液温度:室温
3.5.4 溶液的纯度:电子级(MOS级)
3.5.5 溶液的腐蚀时间:5~6.5分钟
3.6 漂洗:工艺同3.3
3.7 HF酸溶液漂洗硅片,
3.7.1 目的:硅片在清洗的过程中不可避免的在硅片表面形成很厚的一层SiO2,把一层未清洗的SiO2去除。
3.7.2 溶液的配制: HF:H2O=1:10 体积比
3.7.3 溶液的纯度:电子级
3.7.4 腐蚀时间:硅片表面不沾水为最佳。SiO2层很薄,腐蚀时间通常不大于20秒。
3.7.5 溶液的温度:室温
3.8 漂洗:工艺同3.3
3.9 喷淋:工艺同3.4
3.10 慢拉槽:
3.10.1 目的:一批可清洗125³125的硅片300片,为了尽量减少硅片和提篮所沾附的水迹。3.10.2 槽中的溶液:为18MΩC M的纯水
3.10.3 溶液的温度:85±5℃
3.11 烘干槽:
3.11.1 目的:清除掉硅片表面的水渍。
3.11.2 烘干槽的温度范围:100~110℃
3.11.3 烘干时间:每个槽不大于10分钟。
4.扩散工艺:
4.1 目的:在硅片表面形成PN结
4.2 工艺条件:
说明:①三氯氧磷的纯度:5个9
② O2 ≥99.995%(压力:40 psi=2.8Kg/平方厘米)
③ N2 ≥99.998%(压力:40 psi=2.8Kg/平方厘米)1psi=0.07Kg/平方厘米
④ CDA: 5Kg/立方厘米
⑤循环水:进口水温≤25℃,出口水温≤35℃
⑥源温:20±0.5℃
⑦ R□:中心值 60Ω偏差:60±20Ω(5点检测值max-min/max+min≤10%) POCl3
99.999%
4.3 注意事项与问题讨论:
4.3.1 硅片清洗之后,应在最短时间内进行扩散,尽量减少各种污染。
4.3.2 怎样提高R□均匀一致性:
A.现在炉管直径逐渐增大,投片量增大,其热惯性增大,炉子的稳定时间相应的加长,通常在12分钟左右,硅片的温度一致性好,这是R□均匀的基础。
B.大N2的流量通常为18~20L/分,它是一种输送气体,把POCl3气体携带到炉管中,如果大氮流量偏小,就引起硅片前后的R□不均匀。
C.为了提高R□的均匀性,在石英舟的前后放置石英挡板,目的是使气源更加均匀一致。
D.为了提高扩散质量,在硅片表面生成非常厚的一层SiO2,减少表面的合金点,碱磷源对硅片的腐蚀作用,使R□更均匀一致。
4.3.3 怎样尽量减少PN结的反向以漏电流:
A.在100级净化间内操作,操作者戴口罩、手套、尽量减少对硅片的污染;
B.硅片清洗要规范,在清洗过程中把各种沾污彻底清除掉。
正弦波发生器
4.3.4 如果硅片在扩散时是背靠背放置,在扩散后一定要严格区分扩散面和没扩散面,如果相混淆,那么转换效率为零,将会发生重大责任事故。操作者必须十分小心认真,千万不能混淆。把一对背靠背扩散的AB把A片放置一堆,扩散面朝上,扩散面/未扩散面;把B片放置一堆,扩散面
朝下,未扩散面/扩散面,然后在把两堆,再放置再一起,B片翻转180度与
A片相重合,交周边刻蚀。
4.3.5 炉管饱和:如果不连续生产,每天再正式生产之前,对炉管进行饱
和,即正式的扩散工艺,把石英舟放入恒温,进行一次扩散,这样做使R□较均匀一致。
4.3.6 做样片:在饱和炉管之后,按正常的扩散工艺做样品,通过样片测试,观察样片是否在合格范围。4.3.7 四探测试台:根据不同的四探针,补充相应的操作步骤说明书,R□一定要准确测量,才能更好的指导工艺调整。
4.3.8 石英管清洗:
A.把石英管放于石英管清洗机内,用去离子水冲洗石英管内部外部;
B.用HCL:H2O=1:10溶液浸泡40分钟;
C.用去离子水冲洗10分钟;尾气吸收塔
D.用氮气吹干,待用。
说明:1 所有石英制品在清洗过程中不可赤手触摸,必须戴手套;
2 按石英管清洗机的操作规程清洗。
4.3.9 为了保持石英炉管的清洗,在炉管不工作时,炉管内也要保持正压,防止外部的尘埃进入炉管。为了提高炉管的使用寿命,在炉管不工作时也要恒温在400℃
4.3.10 关于扩散炉气路系统的说明:
A.减压阀:压缩空气、氮气、氧气进入扩散炉,有一个减压阀,把压力调整到一个合适的范围,CDA:5Kg/平方厘米;O2、N2:2.8~3 Kg/平方厘米;
B.过滤器的作用:在改变量程,各种阀门在动作时都会在系统产生大量的尘埃,为了减少尘埃对系统的沾污,在每个气体回路中都安装了进口过滤器,对提高产品性能是有很大作用的;
C.浮子流量计与质量流量控制器:他们都是控制各自回路流量的气体流量的。浮子流量计是随回路气体的压力变化而变化的,而质量流量计的最大特点,基本不随回路气体的压力变化而变化,它的流量是非常稳定的;
D.源温控制器:源温控制器对扩散的R□的均匀性很重要。POCl3的饱和蒸汽压与温度基本成正比,如果源温不稳定,POCl3在炉管的浓度也不稳定。这就会严重影响扩散质量;