单晶制绒工艺酸碱清洗液配比及浓度对清洗效果的影响

李雪方 武佳娜 郭丽 梁芳楠

【摘 要】 本文从单晶制绒酸碱清洗出发，结合扩散制结工艺，分析阐述制绒清洗效果对电池片性能与外观质量的影响。结果表明：碱清洗中KOH与H2O2在合适的配比下，绒面洁净度更高，绒面均匀性良好，电性能更优; 酸清洗液浓度应尽可能大，以保证硅片表面的二氧化硅层去除，同时保证HCL对金属离子的清洗效果;制绒清洗效果不良情况下，经过扩散制结后，PN结被破坏，外观呈现烧焦色斑不良，EL下呈现黑斑、黑点不良，导致电性能下降。

【关键词】 单晶PERC;酸碱清洗;PN结;电性能

【中图分类号】 TM914.4 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）04-0097-02

高效、低成本一直是光伏制造商追求的主要目标，单晶PERC已成为光伏行业的主流技术。清洗制绒是电池片制作的第一道工序。原料硅片经过多种加工工序后，表面残留有机械损伤层和各种有机化合物。如果原料硅片的表面质量达不到要求，那么剩余的工艺再精湛，也将无法获得高质量的成品电池片，硅片清洗的重要性即凸显出来。硅片的清洗方法有RCA清洗法、超声清洗法、机械刷片法等。随着光伏行业的发展，以RCA清洗理论为基础的各种化学清洗被开发并应用于规模化生产中。在单晶硅片制绒工艺中，常用H2O2为强氧化剂，选用OH-共同对硅片表面的有机污染物进行氧化—溶解—再氧化—再溶解的循环过程，最终达到污染物去除的目的，同时利用OH-对损伤层进行去除。制绒后的酸清洗一般选用HF与HCl的混合液，中和硅片上残留的碱液并去除金属离子。硅片清洗旨在制作精良的絨面结构，获得优质的电性能。

本文从制绒清洗液的配比浓度出发，再结合扩散工艺，阐述清洗对电池片电性能的影响。

1实验方法与方案

实验在PERC电池生产线上进行，使用槽式制绒设备做金字塔绒面的制备，并在管式扩散炉中做P掺杂沉积制备PN结。其他工艺均采用线上控制参数。

碱清洗实验方案：双氧水作为强氧化剂，对硅片表面的有机物清洗起着主要作用，所以本实验仅调整H2O2在混合液中的浓度，并通过添加H2O2的体积量来达到此目的。实验制得不同配比下的电池片进行电性能分析对比。实验仅调整碱洗槽，其他槽体保持不变。

酸清洗实验方案：通过调整HF与HCl在混合液中的比例，制得分组电池片，分析酸清洗对电池片电性能的影响。实验在同一制绒机台进行，其他槽体不做更改，仅手动更改酸洗槽的配方，每次换液正常后取用1000片的生产数据作对比。

2结果分析

2.1碱清洗的影响

碱洗实验所得电性能参数如表1。

碱性腐蚀液中的H2O2配液量翻倍、增加10L后，电池片转换效率分别下降约0.13%、0.08%，主要体现在开压与填充的下降。经测试，实验与生产片制绒后的反射率相差不大，可见双氧水主要贡献于硅片表面的清洁程度。合适配比下，H2O2在腐蚀液中可增加Si-O-Si键，使制绒微粗糙度降低。而H2O2过量时，可能造成碱液对硅片的腐蚀作用，金字塔成型不佳，表面微粗糙度高，少子寿命下降，开压降低;较高的微粗糙度在丝网印刷时形成的串联电阻较大，导致FF下降。

2.2酸清洗的影响

酸清洗实验所得电学性能参数如表2。

从电性能统计表中可以看出，在HF∶HCl配比为36L∶46L时，其电性能参数最优，而配比为18L∶25L时，电性能比较差。在电性能方面，主要体现在FF、Rsh、Isc、Voc的差别。制绒酸洗槽中HF的主要作用是去除硅片表面形成的氧化层，使硅片更易脱水，HCl去除硅片表面的金属杂质离子。而在B组中，酸浓度偏低，HF在混合液中主要是和SiO2反应，而该组HF含量占比较其他两组更低，硅片制绒后疏水性差，可能导致表面有酸渍残留，酸渍中含有金属杂质，可在晶硅中产生复合作用，导致少数载流子的扩散长度减小，降低电池转换效率。在扩散工艺中，酸渍残留区域经高温反应，表面的PN结被破坏，EL呈现即为黑斑黑点。

对比三组实验的转换效率散点图（见图1），制绒酸洗槽采用HF∶HCl=36L∶46L的配方下的电池片的转换效率更集中，低效片相对较少，电池片电性能更稳定。

2.3 扩散工艺影响

硅片制绒清洗效果不佳，即存在酸碱残留时，制绒后肉眼看不见，但经过后续扩散工艺后，外观即出现烧焦斑点，EL上为黑斑黑点。如图2所示。

扩散反应炉一般温度在600℃以上。若硅片在进入反应炉中，表面残留有化学品，而化学品的主要成分为水，水与三氯氧磷在氧气的氛围中会形成HPO3，其有腐蚀作用，在高温的作用下被烧焦，并附着于硅片表面，即呈现扩散后的烧焦状态。

扩散工艺是利用三氯氧磷作为磷源，改变硅片表面的P浓度，进而使P型硅片靠近表面的薄层变为N型，并高温推进，获得所需PN结。在本文中，因制绒清洗效果的影响，硅片表面残留物位置处在扩散炉中呈烧焦状态，且主要为偏磷酸，该处磷无法推进或者推进困难，方阻高，Rsh小，而Rsh是PN结形成的不完全部分所导致的漏电流，其越小漏电流越大，电池转换效率越低。

3结论

碱清洗步骤中应合理调配KOH与H2O2的比例，KOH∶H2O2=4.34L∶17L时，制得的绒面洁净度高，金字塔均匀，电性能更优。

酸液浓度在优选范围内应尽可能大，HF∶HCl=36L∶46L配比下，保证了足够的HF能将硅片表面的二氧化硅膜层去掉，使硅片的疏水性更佳，同时保证HCl对金属杂质离子的清洗效果。

制绒清洗效果不佳时，在扩散后硅片表面会出现烧焦外观不良，EL呈现黑斑黑点，电性能主要体现在漏电流大。

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