多晶硅太阳电池的制绒工艺及安全生产

邱燕

摘 要：为了提高多晶硅电池的转换效率，降低大规模生产的成本，生产中进行制绒工艺是一种很有效的办法。本文介绍了相关的工艺流程和制绒原理，根据实际生产，给定了相应的制绒工序工艺要求和其流程的基本操作。

关键词：多晶硅；制绒；陷光原理；减反射

世界能源形式紧迫，已经成为世界十大焦点问题之首。预计到2050年，全世界人口总数预计将达到100亿，按GDP增长1.6%/人·年，GDP单位能耗按每年减少1%，则能源需求装机大约达到30-60TW。世界上潜在的水能资源约4.6TW，而经济可开采的资源大约只有0.9TW，风能实际可开发资源仅约2-4TW，生物能3TW（总计8TW）；太阳能潜在资源120000TW，实际可开采资源达到600TW，所以，太阳能是唯一能保证人类未来需求的能源来源。

哥哈本会议后，从美国到欧盟等各个发达国家已经把新能源和节能提高到社会和经济发展的战略高度，中国政府也在2009年的国务院文件中提出要加大对新能源等战略性新兴产业的金融支持，可以预见，未来光伏产业将受到更多政策倾斜。太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件，是太阳能光伏发电的基础和核心。

1 多晶硅太阳电池现状与产业链

目前，硅太阳电池占太阳点成本的绝大部分（94%）[1]，太阳能电池分为单晶电池和多晶电池，但是它们的结构基本一样，都有以下部分组成。

多晶硅具有比单晶硅相对低的材料成本，同时多晶硅片具有跟单晶硅相似的光电转换效率，多经过电池将进一步取代单晶硅电池市场。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是改进硅光电池的两个主要方面[2]。

2 太阳能电池片生产工艺流程

清洗与制绒目的是去除硅片表面的机械损伤层及表面油污，形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收。单晶硅电池的原理是利用碱溶液对单晶硅各个晶面腐蚀速率的不同，在硅片表面形成类似金字塔状的绒面，其反应式为：

Si+2NaOH=NaSiO3+2H2

多晶硅电池是利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性，对硅片进行氧化和络合剥离，导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀，从而形成类似凹陷坑状的绒面，其反应式为：

Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO3+4H2O

3 制绒工艺

3.1 制绒原理

制备绒面的目的是去除硅片表面的机械损伤层，清除表面油污和金属杂质，形成起伏不平的绒面，减少光的反射，增加硅片对太阳光的吸收，提高短路电流（Isc），最终提高电池的光电转换效率。其采用的陷光原理是当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。

3.2 制绒工序工艺要求

⑴片子表面5S控制。不容许用手摸片子的表片，要勤换手套，避免扩散后出现脏片。

⑵称重。每半小时都要做腐蚀深度检测，不允许编造数据，搞混批次等。要求每次测量5片。放测量片时，把握均衡原则。每道放一片，便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。

⑶刻蚀槽液面的注意事项。正常情况下液面均处于绿色，如果一旦在流片过程中颜色改变，立即通知工艺人员。

⑷产线上没有充足的片源时，工艺要求。停机1小时以上，要将刻蚀槽的药液排到tank，减少药液的挥发。

停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。

停机1h以上，如有假片，要跑假片；如果没有假片，先每道放一片正常片以观察腐蚀量，并做相应调整；且要在生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝制绒后的片子有滚轮印。

⑸前清洗到扩散的产品时间。最长不能超过4小时，时间过长硅片会污染氧化，到扩散污染炉管，从 而影响后面的电性能及效率

3.3 制绒工艺流程的基本操作

工作时必须穿工作衣、鞋，戴工作帽和两层手套：内层为棉手套，外层为PVC手套，每班次更换4次，每3小时更换一次；

准备好承载盒、海绵条、美工刀、装片记录以及工序流程卡。查看配料单，确认原材料信息以及数量，并填写装片记录和工序流程卡（一区）。

检查硅片周转箱确认包装无撞击破损后打开，取出硅片包装盒，在装片记录上记录相关信息。将硅片的分批按顺序整齐摆放在台面上，并将工序流程卡记录准确。

从每半小时抽取五片作为测试片，每道抽取一片，用天平测量其重量，并记录在腐蚀厚度表中。

按照工艺要求检查溶液、温度、带速、流量的各项参数。

放片过程中需及时将碎片、裂纹片、缺角、隐裂、气孔片、脏片、线痕片以及其它与检验标准不相符合的硅片挑出，并做好记录。手动下料，将机台上经制绒后的硅片收入白色片盒中。

检测制绒后减薄量的大小并记录表单，填写流程单：来料检验、装片及清洗制绒三个步骤的入料时间、入料数量、出料时间及出料数量、机器碎片、人为碎片、腐蚀厚度单面；最后传给扩散工序。

4 结语

本文为碱制绒工段的作业提供标准的操作指导，使碱制绒工段的生产操作管理规范化、标准化，提高多晶硅电池的转换效率和降低成本。

[参考文献]

[1]魏奎先，戴永年，马文会，等.太阳能电池硅转换材料现状及发展趋势[J].轻金属，2006（2）：52-56.

[2]陈永生，王海燕，杨仕娥.光陷阱在鬼精太阳电池中的应用[J].激光与光电子学进展，2004，42（5）：56-57.