CN101276856A - 硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备，其工艺：先兆声波槽式清洗：利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加HF，在常温下进行清洗；再将硅片放入去离子水中进行超声清洗；通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。放置硅片的清洗篮，由传送机构分别按顺序送入到兆声波清洗槽、去离子水超声清洗槽，最后进入N2(IPA)氛围下的干燥装载系统。整个清洗、干燥过程只采用极少量的化学试剂，大大减少了环境污染，节约了水资源，工艺十分简单。
Description
技术领域
本发明涉及硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥方法及一体化处理机。
背景技术
太阳能光伏电池是新技术和可再生环保型能源的重要组成部分，是当今世界最有发展前景的能源技术。硅太阳能电池是光伏电池的核心部分，高效的硅太阳能电池需要通过一系列的技术来完成硅表面处理。目前在硅太阳能电池的表面处理上，主要沿用传统的RCA方法对硅片进行清洗，该工艺完成对硅片的清洗需要耗费大量的化学试剂和水源，其中大部分化学试剂对操作者和环境都会带来相当大污染和危险。目前的清洗是一个十分复杂的过程，清洁工艺采用搅拌、N2鼓泡的方法，高耗能，高污染，加工纹理容易出现粗糙度不一致现象。蚀刻清洗需消耗大量强酸强碱，用水量很大，工艺复杂，设备造价相当昂贵。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，具体的步骤为：
①兆声波槽式清洗：利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加HF，HF浓度为2～5％，在常温下进行清洗；
②将硅片放入去离子水中进行超声清洗，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调；
③通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。
进一步地，上述的硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，步骤①兆声波槽式清洗，其中O3的溶解度在10ppm以上，清洗温度控制在23℃。
更进一步地，硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺的设备，特点是：包括兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台，兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台三者呈并排布置，其中，兆声清洗槽配置有兆声波发生装置，去离子水清洗槽配置有超声装置，兆声清洗槽上方和去离子水清洗槽上方分别安装有清洗篮升降装置，两升降装置与横移装置驱动连接，另外，在去离子水清洗槽上方还安装有N2气氛装置。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明不仅包含水、HF、异丙醇(IPA)、O3、N2参与蚀刻清洗外，还包含兆声波产生O3并辅助清洗的过程。兆声波槽式清洗去损伤层、腐蚀磷硅玻璃，所用化学试剂为HF、IPA、O3、去离子水。由于整个过程中都采用槽式清洗，在生产上可以最大效益的节省成本，在清洗过程中采用兆声波，使清洗的均匀性得到很好保障，在清洗中使用氧化性极强的O3，可很好的去除各类有机物污染，HF对各类金属离子和SiO2有很好的清洗效果；干燥采用在N2气充入饱和的IPA进行脱水。整个清洗、干燥过程只采用极少量的化学试剂，大大减少了环境污染，节约了水资源，且工艺十分简单，显著降低生产成本，经济效益非常可观。该工艺可用于制绒前对硅片损伤层的清洗，也可用在注入后对硅片的清洗。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明清洗刻蚀、干燥设备的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | 兆声清洗槽 | 2 | 兆声波发生装置 | 3 | 清洗篮 |
| 4 | 去离子水清洗槽 | 5 | 超声装置 | 6 | 清洗篮升降装置 |
| 7 | 横移装置 | 8 | N2气氛装置 | 9 | 清洗篮升降装置 |
| 10 | 装片台 |
具体实施方式
硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，利用兆声能量产生O3，作为蚀刻液对硅片进行清洗，并加入HF去除金属离子和SiO2层，具体的步骤为：
①兆声波槽式清洗去损伤层：利用兆声在去离子水中产生O3，O3的溶解度在10ppm以上，并在去离子水中添加HF，HF浓度为2～5％，在常温下进行清洗，理想温度控制在23℃；兆声波一方面起到产生臭氧的作用，另一方面起到均匀清洗的作用；
②将硅片放入去离子水中进行超声清洗，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调；能够去除F离子的影响，达到均匀清洗效果，使清洗更加彻底；
③通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片；IPA起到脱水作用，N2氛围下防止硅片表面被氧化。
采用兆声波产生臭氧，利用气穴现象和声流高能量将水中O2转为O3，O3的特性为不稳定气体，具有强烈的蚀刻性和氧化性。在常温常压下，臭氧在水中的饱和水溶解度约为15×10^-6。臭氧的氧化还原势H2SO4、HCL、H2O2都要高，因此用臭氧超净水去除有机物及金属的效率比传统的SPM、HPM等方法要高。另外，该清洗方法可在室温下进行，比传统的RCA清洗法有较大优势。在溶液里面还含有一定比例的HF，硅片表面经过了O3的蚀刻氧化后，在表面形成一层自然氧化膜(SiO2)，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被HF蚀刻，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。同时在整个清洗过程都伴有兆声震动，表面清洁均匀度提高。在整个清洗制绒过程中，所用的化学试剂比较少，温度为室温。槽内的清洗对杂质离子的去除率可达90％以上，与传统的CR法媲美。第二步清洗是去除F离子的影响，采用常温下将硅片放入去离子水中清洗，利用超声波加大清洗均匀性。在经过一定时间的反应后，硅片被慢慢抬出液面立即进行干燥处理，采用IPA进行气相干燥法，为避免在空气中氧化，将IPA充入到N2气里面，在N2氛围下干燥。对酸碱用量非常的少，对水的耗量也相当小。
如图1所示，硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥的设备，主要包括兆声清洗槽1、去离子水清洗槽4及装片台10，兆声清洗槽1、去离子水清洗槽4及装片台10三者呈并排布置，其中，兆声清洗槽1配置有兆声波发生装置2，去离子水清洗槽4配置有超声装置5，兆声清洗槽1的上方安装有清洗篮升降装置6，去离子水清洗槽4的上方安装有清洗篮升降装置9，两升降装置与横移装置7驱动连接，另外，在去离子水清洗槽4的上方还安装有N2气氛装置8。放置硅片的清洗篮3，由传送机构分别按顺序送入到兆声波清洗槽、去离子水超声清洗槽，最后进入N2(IPA)氛围下的干燥装载系统。
具体应用时：将承载有硅片的清洗篮3由清洗篮升降装置6送入到兆声清洗槽1中，利用兆声波发生装置2在槽内产生O3，加入一定比例的HF，并在常温下对硅片进行清洗。完成清洗后由清洗篮升降装置6及横移装置7将清洗篮3移到去离子水清洗槽4内，利用超声装置5完成清洗。最后将清洗篮3提出液面，打开N2(IPA)气氛装置8，在N2氛围下完成装片工作，由清洗篮升降装置9转移清洗篮3，将清洗完成的硅片和硅片盒放入装片台10。
本发明工艺可在制绒前对硅片的损伤层进行清洗，也可以用在注入后对硅片的清洗。采用一体机完成对太阳能硅片的清洗、干燥工艺，不仅包含水、HF、异丙醇(IPA)、O3、N2参与蚀刻清洗外，还包含了兆声波产生O3并辅助清洗的过程。兆声波槽式清洗去损伤层、腐蚀磷硅玻璃，所用化学试剂为HF、IPA、O3、去离子水。由于整个过程中都采用槽式清洗，在生产上可以最大效益的节省成本，在清洗过程中采用了兆声波，使清洗的均匀性得到很好保障，在清洗中使用氧化性极强的O3，可以很好的去除各类有机物污染，其中HF对各类金属离子和SiO2有很好的清洗效果。干燥采用在N2气充入饱和的IPA进行脱水。整个清洗、干燥过程采用极少量的化学试剂，减少了环境污染，大量节约水资源，且工艺非常简单，大大节约生产成本。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (3)
1.硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，其特征在于：具体包括以下步骤——
①兆声波槽式清洗：利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加HF，HF浓度为2～5％，在常温下进行清洗；
②将硅片放入去离子水中进行超声清洗，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调；
③通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，其特征在于：步骤①兆声波槽式清洗，其中O3的溶解度在10ppm以上，清洗温度控制在23℃。
3.硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥的设备，其特征在于：包括兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台，兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台三者呈并排布置，其中，兆声清洗槽配置有兆声波发生装置，去离子水清洗槽配置有超声装置，兆声清洗槽上方和去离子水清洗槽上方分别安装有清洗篮升降装置，两升降装置与横移装置驱动连接，另外，在去离子水清洗槽上方还安装有N2气氛装置。
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