CN102888300B - 一种太阳能电池硅片清洗液及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体制造工艺中的硅片清洗技术领域，具体提供了一种太阳能电池硅片清洗液及使用方法。该太阳能电池硅片清洗液由硝酸、氢氟酸及去离子水混合配置而成；使得清洗液中硝酸的质量百分浓度为40%~60%，氢氟酸的质量百分浓度为0.025%~0.08%，余量为去离子水。该硅片清洗液的使用方法是：先用去离子水浸泡清洗硅片，再用该清洗液浸泡清洗。本发明不仅可以有效的去除硅片表面的有机、无机污染，而且可以去除附着在硅片表面的金属、非金属颗粒，从而提高了太阳能电池片的优质率与效率。本发明的清洗液配方简单，清洗效果好，且清洗方法简单，清洗时间短，清洗需要的温度不高。

Description

一种太阳能电池硅片清洗液及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺中的硅片清洗技术领域，尤其是涉及此种硅片清洗液的配制以及使用该清洗液清洗硅片的方法。

背景技术

随着常规能源的日益枯竭，清洁方便的太阳能越来越受到人们的关注。在太阳能电池制造工艺中，硅片作为太阳能电池的核心部件，其各项性能参数直接影响太阳能电池的发电效率。太阳能电池的制备过程一般为：前道化学预处理、扩散制备PN结、去边结处理、去磷硅玻璃、镀氮化硅薄膜、丝网印刷与烧结处理，其中前道化学预处理工艺包括硅片清洗工艺和制绒工艺。硅片清洗的好坏对后期制绒影响极大。好的绒面能提高太阳能电池对入射光的吸收效率，提高太阳能电池的发电效率，反之亦然。因此，硅片清洗的好坏对太阳能电池性能有着极大的影响。

一般来说，用于制备太阳能电池的硅片是由硅棒切割而成。目前工业中通常使用线切割技术，高速运动的金属切割线在辅助液、粘合剂的辅助下将硅棒切割成厚度为200微米左右的硅片。通常情况下，硅片表面会存在各种污染物，这些污染物一般来源于切割线与硅片磨损产生的金属颗粒、硅颗粒,切割过程中使用的辅助剂、粘合剂残留，以及搬运过程中的各种污染物沉淀等。在硅片储存、运输的过程中，由于污染物残留在硅片表面的时间过长，污染物发生氧化，氧化污染物强力吸附在硅片表面，通过目前的清洗方式无法清洗干净。这些污染物的存在将会影响后期的加工工艺，使制绒时硅片表面残留的化合物、金属污染物与酸碱残留过多，使硅片表面出现白斑，产生色差现象，降低太阳能电池的转换效率，影响成品率及产品质量。因此，硅片清洗工艺在太阳能电池制备工艺中至关重要。

本申请人在去年研制出了一种太阳能电池硅片清洗液及使用方法（CN201110326419.2），该清洗液由硝酸、氢氟酸、过氧化氢及去离子水混合配置而成，清洗液中硝酸的质量百分浓度为25%~32.5%，氢氟酸的质量百分浓度为0.1%~1%，过氧化氢的质量百分浓度为15%~25% ，余量为去离子水。

现在申请人在去年的基础上加以改进，旨在提供了一种清洗液更简单，清洗效果更好，清洗时间更短的太阳能电池硅片清洗液及使用方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种能够有效去除残留在硅片表面上的有机、无机污染物以及吸附颗粒的硅片，且清洗液更简单，清洗效果更好，清洗时间更短的太阳能电池硅片清洗液及使用方法。该清洗液配方简单，清洗效果好，且清洗方法简单，清洗时间短，清洗需要的温度不高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种太阳能电池硅片清洗液，由硝酸、氢氟酸以及去离子水混合配制而成，清洗液中硝酸的质量百分浓度为40%~60%，氢氟酸的质量百分浓度为0.025%~0.08%，余量为去离子水。

所述硝酸的质量百分浓度优选为50%，所述氢氟酸质量百分浓优选为0.1%，余量为所述去离子水。

本发明的太阳能电池硅片清洗液的使用方法，包括如下步骤：      （1）用去离子水浸泡清洗硅片，浸泡时间控制在3-5分钟；

（2）        采用上述太阳能电池硅片清洗液浸泡清洗硅片，浸泡温度为20℃~30℃，浸泡时间为0.5 ~2.5分钟。

    下面对本发明做进一步的解释和说明：

硅片上残留的有机污染物主要有胶水、合成蜡、油脂、纤维机切削液残留。在硅片储存、运输的过程中，由于污染物残留在硅片表面的时间过长，污染物发生氧化，氧化污染物强力吸附在硅片表面，通过目前的清洗方式无法清洗干净。

上个专利研发的清洗液（CN201110326419.2），使用这种清洗液清洗硅片的过程包含两个化学过程，第一：硝酸依靠其强氧化性和强酸性腐蚀掉硅片表面的胶水、合成蜡、油脂等污染物。第二：双氧水会缓慢的与硅发生反应，在硅片表面形成一层二氧化硅薄层。在氢氟酸的作用下，双氧水与硅片反应生成的二氧化硅薄层不断溶解，吸附在硅片表面的颗粒随之从硅片表面剥离落入溶液中。硝酸也能够与硅片反应生成二氧化硅，但是这个反应过于剧烈，不易控制，所以在溶液中加入双氧水，双氧水在阻止硝酸与硅片反应的同时又能够缓慢氧化硅片表面，起到去除颗粒的作用。在这种清洗液中，双氧水起到的作用至关重要。

在实际生产过程中，双氧水容易分解，需要不断向清洗液内补加双氧水，增加操作环节，同时由于双氧水的分解，溶液内双氧水的浓度不稳定，如果溶液内双氧水的浓度过低则无法有效去除硅片表面吸附的颗粒。

本申请的清洗液由硝酸、氢氟酸以及去离子水混合配制而成，清洗液中硝酸的质量百分浓度为40%~60%，氢氟酸的质量百分浓度为0.025%~0.08%，余量为去离子水。与之前的清洗液（CN201110326419.2）相比，改进后的清洗液增加了硝酸的浓度，降低了氢氟酸的浓度，取消了双氧水。

在硝酸、氢氟酸和双氧水的体系中，双氧水抑制了硝酸对硅片的氧化作用，同时双氧水对硅片的氧化速度远低于氢氟酸对硅片表面二氧化硅的溶解速度，所以清洗后的硅片表面无二氧化硅残留。在生产中发现，硅片表面疏水，而二氧化硅亲水，在硅片表面保留一定的二氧化硅薄层能够让制绒液体对硅片浸润的更加彻底，使得绒面更加均匀。本发明在之前清洗液的基础上增加了硝酸的浓度，降低了氢氟酸的浓度，取消了双氧水。取消双氧水，使得硝酸在除去硅片表面的胶水、合成蜡、油脂等污渍的同时，与硅片发生反应，在硅片表面生成二氧化硅。降低氢氟酸的浓度，降低了氢氟酸对硅片表面的溶解速度，溶解速度成为了反应速度的瓶颈，通过控制氢氟酸的浓度来控制清洗液对硅片的腐蚀速度。由于在整个反应过程中硅片表面二氧化硅的生成速度大于溶解速度，这也就在除去硅片表面颗粒的同时在硅片表面保留了一层二氧化硅薄膜。亲水性二氧化硅薄膜的存在有利于后续的制绒过程，使制绒液对硅片表面浸润的更加充分，绒面更加均匀。

上述清洗液可以一次性有效去除硅片表面的各种污染与吸附颗粒，并且操作简单，适应大规模生产的需要。清洗液中硝酸的量不能太少，太少的话不能有效的清洗掉硅片表面的污染，清洗液中硝酸的质量百分浓度为40%~60%较为适宜。清洗液中的氢氟酸的浓度既不能太少也不能太多，太少的话无法有效的清洗掉硅片表面由于与硝酸发生反应生成的二氧化硅，太多的话无法抑制清洗液对硅片的腐蚀。去除了双氧水，节约了成本。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、                  本发明提供了一种硅片清洗液以及使用该清洗液清洗硅片的方法，可以有效的去除硅片表面的各种污染与吸附颗粒，为硅片的制绒工艺创造了良好的条件，从而提高了太阳能电池片的优质率与效率。

2、                  本发明的清洗液配方更简单，清洗效果更好，清洗时间更短，清洗需要的温度不高。

3、                  清洗后的硅片表面有一层亲水的二氧化硅薄层，更加有利于后续的制绒过程，使制绒液对硅片表面浸润的更加充分，绒面更加均匀。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明对进一步的解释和说明

实施例1：

本发明的一种太阳能电池硅片清洗剂，由硝酸、氢氟酸、去离子水经混合配制而成，其中硝酸的质量百分浓度为40%，氢氟酸质量百分浓度为0.025%，余量为所述去离子水。

实施例2：

本发明的一种太阳能电池硅片清洗剂，由硝酸、氢氟酸及去离子水经混合配制而成，其中硝酸的质量百分浓度为50%，氢氟酸质量百分浓度为0.05%，余量为所述去离子水。

实施例3：

本发明的一种太阳能电池硅片清洗剂，由硝酸、氢氟酸、过氧化氢及去离子水经混合配制而成，其中硝酸的质量百分浓度为60%，氢氟酸质量百分浓度为0.08%，余量为所述去离子水。

实施例4：

一种使用实施例1-3所述的清洗剂清洗太阳能电池硅片的方法，包括以下步骤：

1.首先在一个清洗槽内通入一定量的去离子水，去离子水在清洗槽中的高度需超过硅片的高度，确保整个硅片浸泡于去离子水中，浸泡时间控制在3-5分钟，对硅片进行初步的清洗。

    2.然后在另一个清洗槽中通入上述硅片清洗液，将硅片放入硅片清洗液中进行清洗。硅片清洗液中的硝酸具有强酸性与强氧化性，可以有效的除去硅片表面的有机、无机污染。清洗液中的过氧化氢可以有效的抑制清洗液中硝酸对硅片的腐蚀，同时过氧化氢与硅片发生反应，生成亲水性的氧化膜，该氧化膜随后又被清洗液中的氢氟酸腐蚀，腐蚀后立刻又发生氧化，氧化与腐蚀反复进行，附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液中。

在此具体实施例中，清洗硅片时硅片清洗液的温度可控制在20~30℃，清洗硅片的时间可控制在0.5~2.5分钟范围内。

统计数据如表1：

表1  使用实施例1-3的效果对比

使用本发明清洗液后，与未使用清洗液相比，制绒不良率大幅度降低，太阳能电池的平均转换效率也有所提高。与使用氢氟酸、硝酸、双氧水的清洗液相比，虽然制绒不良率没有明显变化，但是转换效率明显提高。总之，本发明的太阳能电池硅片清洗液，配方简单，清洗效果好，能有效的去除硅片表面的有机、无机沾污，提高制绒质量与良品率，并最终提高太阳能电池的转换效率，并且本发明的清洗过程简单，清洗时间短，清洗温度低，有利于大规模生产。

Claims (2)

1.一种太阳能电池硅片清洗液的使用方法，包括如下步骤： 

（1）用去离子水浸泡清洗硅片，浸泡时间控制在3-5分钟；

（2）采用太阳能电池硅片清洗液浸泡清洗硅片；浸泡温度为20℃~30℃，浸泡时间为0.5分钟~2.5分钟；所述太阳能电池硅片清洗液由硝酸、氢氟酸、去离子水混合配制而成，使得清洗液中硝酸的质量百分浓度为40%~60%，氢氟酸的质量百分浓度为0.025%~0.08%，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池硅片清洗液的使用方法，其特征在于，所述硝酸的质量百分浓度为40%，所述氢氟酸质量百分浓度为0.05%，余量为所述去离子水。