清洗工艺在太阳能电池工业化生产中的应用

邱燕

摘要：太阳能电池工业化生产中采用前清洗工艺，可以有效地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进而增加对太阳光的吸收，增加PN结面积，最终提高硅晶体太阳电池的光电转换效率。后清洗工艺可以有效地进行湿法刻蚀和去除在扩散过程中形成的PSG。

关键词：前清洗；后清洗；制绒；刻蚀太阳能电池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。自哥哈本会议后，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，太阳能光伏发电成为了电力学科的一大研究热点。然而，我国太阳能发电却一直处于“花香却难满园”的尴尬处境，其主要原因在于居高不下的制造成本导致电价水平不能与其他发电方式形成竞争，目前太阳能电池大规模生产中大多采用的在硅衬底片表面制备高质量的减反绒面（制绒）来提高太阳能电池光电转换效率是解决这一问题的关键手段[1]。

1清洗工艺在硅晶体电池生产中的应用

前清洗（制绒）主要是去除硅片表面的机械损伤、硅片表面的油污和金属杂质和形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收。后清洗（刻蚀）主要是.去除背结和使边缘绝缘。

1.1 前清洗工艺

前清洗工艺中以HF-HNO3为基础的酸腐蚀技术制备出的mc-Si片的绒面是由很多半球形状的“凹陷”组成，这些凹陷具有很好的陷光作用，因此极大地提高了mc-Si太阳电池的性能。

多晶前清洗工艺以酸腐蚀液为HF、HNO3和去离子水按一定比例混合而成,其中HNO3为强氧化剂,在硅片表面形成SiO2；HF 的作用是与反应的中间产物SiO2反应生成络合物H2 SiF6以促进反应进行;水对反应起缓冲作用;反应中还会生成少量的HNO2,它能促进反应的发生,因此这是一种自催化反应。

单晶前清洗工艺利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌，以减少硅片表面的反射率。

反应式为：Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3+2H2 ↑

单晶前清洗常出现的异常现象及处理方式：1）出现雨点状的斑点，只要加入少量乙醇或异丙醇即可消除。2）硅片上端部分光亮，表明液位不够或溶液粘稠度过大，使篮框漂浮起来。3）硅片表面有流水印，说明溶液内硅酸钠过量，适当加大NaOH的用量；还有可能喷淋效果不理想。4）硅片局部或全部发白，说明硅片局部反应不均匀或表面反应受到抑制，可通过延长反应时间、提高溶液浓度等方法缓解。5）硅片表面残留硅酸钠，观察清洗效果，提高水洗温度或提高水洗流量。6）花篮印：一般为硅片与花篮接触阻碍硅片反应的速率，可以通过提过药液浓度、延长反应时间或清洗花篮等措施进行缓解。

前清洗设备的主体分为以下八个槽，此外还有滚轮、排风系统、自动及手动补液系统、循环和温控系统等，其中各槽体作用主要有：

Etch bath制绒槽，是整个设备的核心部分，作用是去除损伤层、形成绒面；主要含有DI水、HF、HNO3按一定比例混合均匀后配成。反应温度通常在7-9度。

Dry1 1号干燥槽，通过风刀将硅片上下表面溶液吹回制绒槽，这样做的目的是干燥表面的同时也降低了化学品的用量。

Rinse1 1号水洗槽，稀释硅片表面残留酸的浓度。

Alkaline rinse碱洗槽，主要作用是吃去由制绒时产生的多孔硅，以及中和剩余残留的酸。溶液为KOH与DI水的混合液，反应温度通常在22度左右。通常制绒后硅片表面发黄和碱槽都有关系。

Rinse2 2号水洗槽，冲洗硅片表面残留的碱。

Rinse3 3号水洗槽，去除硅片表面的酸。

Dry2 2号干燥槽，我们现在的新机台是采用热风吹干的，温度大概在35度左右。完成这道后制绒才算结束。

1.2 后清洗工艺

后清洗工艺利用HNO3和HF的混合液体对硅片表面进行腐蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。

后清洗设备各槽体的作用主要在于以下幾个方面：

Etch bath刻蚀槽，是整个设备的核心部分，作用是去除背结、边缘绝缘；主要含有DI水、H2SO4、HF、HNO3按一定比例混合均匀后配成。反应温度通常在7-9℃。与前清洗相比，后清洗硝酸与HF的比例要大的多，主要是目的不一样，后清洗要求背面做的越光越好，这样可以增加开压。

Dry1 1号干燥槽，通过风刀将硅片上下表面溶液吹回制绒槽，这样做的目的是干燥表面的同时也降低了化学品的用量。

Rinse1 1号水洗槽，稀释硅片表面残留酸的浓度。

Alkaline rinse碱洗槽，主要作用是中和剩余残留的酸。溶液为KOH与DI水的混合液，反应温度通常在22度左右。

Rinse2 2号水洗槽，冲洗硅片表面残留的碱。

Acid rinse酸洗槽；主要由HF、DI水按一定比例的混合液。HF的作用是去除表面的SiO2，同时硅片形成斥水效应，在后道中容易被吹干。

Rinse3 3号水洗槽，去除硅片表面的酸。

Dry2 2号干燥槽，我们现在的新机台是采用热风吹干的，温度大概在35度左右。完成这道后刻蚀才算结束。

[参考文献]

[1]谢健,马勇刚,廖华.太阳电池及其技术讲座（三）各种太阳能电池[J].可再生能源，2007，25（3）：108-112.