CN102938433A - 去除磷硅玻璃的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除磷硅玻璃的设备和方法，该方法包括：将扩散完成后的硅片放置在第二密封容器中；将N2通入到氢氟酸溶液中，通过N2将含水的氟化氢气体通入第二密封容器中，其中，所述氢氟酸溶液存储在第一密封容器中；在第二密封容器中，含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应，去除硅片表面的PSG；从第二密封容器中排出反应生成物。本发明提供的去除磷硅玻璃的方法，由于含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG的反应是在密封设备中进行的，因此，降低了人接触剧毒化学品氢氟酸的概率，增加了生产的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的生产加工领域，更具体地说，涉及一种去除磷硅玻璃的设备和方法。
背景技术
近年来，太阳能电池片生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，使光伏发电的应用日益普及并迅猛发展，逐渐成为电力供应的重要来源。太阳能电池片是一种能力转换的光电元件，它可以在太阳光的照射下，把光能转换为电能，实现光伏发电。
作为清洁环保的新能源，太阳能电池的应用越来越普及，但是太阳能电池片的生产工艺比较复杂，目前的太阳能电池片的生产过程可以分为以下几个主要步骤：
1）损伤层的去除及绒面制备，通过化学反应除去硅片表面的切割损伤层，同时得到合理的粗糙表面，以增强光的吸收；
2）扩散制作PN结，将P型的硅片放入扩散炉内，通过硅原子之间的空隙使N型杂质原子由硅片表面层向硅片内部扩散，形成PN结，使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样便形成电流，也就使硅片具有光伏效应；
3）表面PSG（phosphate silicate glass，即磷硅玻璃）的去除，去除硅片在扩散的过程中表面生成的PSG，避免因玻璃层的存在而影响金属电极与硅片的接触，从而提高电池的转换效率；
4）周边PN的去除，去除扩散过程中在硅片边缘形成的将PN结短路的导电层；
5）减反射层的制备，在硅片表面沉积一层氮化硅减反射层，利用薄膜干涉原理，减少光的反射，起到钝化作用，增大电池的短路电流和输出功率，提高转换效率；
6）金属化过程，即背电极、背电场和正电极的印刷和烧结过程，采用银浆印刷正电极和背电极，采用铝浆印刷背电场，以收集电流并起到导电的作用，烧结是在高温下使印刷的电极与硅片之间形成欧姆接触。
扩散制作PN结是太阳能电池生产的关键步骤，PN结的质量则直接决定着太阳能电池的电性能参数。而在PN结的制作过程中，硅片表面生成了氧化硅(SiO2)，它和磷的氧化物形成磷硅玻璃PSG，玻璃层的存在会在电极印刷过程中影响到金属电极和硅片的接触，降低电池的转换效率，同时玻璃层还有多种金属离子杂质，会降低少子寿命。
因此，为去除扩散过程中形成的PSG，现有技术采用槽式或者链式设备，通过人工操作，对硅片进行氢氟酸清洗。该方法中，需要人工配制氢氟酸溶液、清洗后取片等，人与氢氟酸接触的几率较大，而氢氟酸是高危险性化学药品，具有强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤，深度灼伤或处理不当时，可形成难以愈合的深溃疡，损及骨膜和骨质。因此，如何安全的去除PSG成为业内亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种去除磷硅玻璃PSG的设备和方法，通过N2将含水的氟化氢气体通入密封设备中，在密封设备中进行硅片与含水的氟化氢气体的反应，降低了生产过程中人与氟化氢接触的几率，提高了太阳能电池片生产过程中的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种密封设备，用于去除磷硅玻璃PSG，包括：存储氢氟酸溶液的第一密封容器和放置硅片的第二密封容器，其中，第一密封容器包括第一进气口和第一出气口，第二密封容器包括第二进气口和第二出气口，所述第一进气口连接N2输入管路，第一出气口连接第二进气口，第二出气口连接废气排放管路。
优选的，上述设备中，所述的第二密封容器为增加了一个进气口的扩散炉。
优选的，上述设备中，所述的第二密封容器为与扩散炉的硅片输出口相连的密封容器。
优选的，上述设备中，所述的第一密封容器的材料为聚丙烯。
本发明实施例还公开了一种去除磷硅玻璃PSG的方法，应用上述设备，该方法包括：将扩散完成后的硅片放置在第二密封容器中；将N2通入到氢氟酸溶液中，通过N2将含水的氟化氢气体通入第二密封容器中，其中，所述氢氟酸溶液存储在第一密封容器中；第二密封容器中，含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应，去除硅片表面的PSG；从第二密封容器中排出反应生成物。
优选的，上述方法中，所述的氢氟酸溶液的浓度为30%-40%。
优选的，上述方法中，所述的N2的流量为200sccm-1000sccm。
优选的，上述方法中，所述的含水的氟化氢与硅片表面的PSG反应的时间为10s-30s。
优选的，上述方法中，所述的含水的氟化氢与硅片表面的PSG反应的温度为650°C-800°C。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明提供的去除磷硅玻璃的方法，由于含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG的反应是在密封设备中进行的，因此，降低了人接触剧毒化学品氢氟酸的概率，增加了生产的安全性。
此外，本发明采用气态氟化氢与硅片反应，与现有技术中使用液态氢氟酸的方法相比，能节省氟化氢的用量，提高氟化氢的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的去除磷硅玻璃的设备图；
图2为本发明实施例二公开的去除磷硅玻璃的设备图；
图3为本发明实施例一公开的去除磷硅玻璃的方法流程图；
图4为本发明实施例二公开的去除磷硅玻璃的方法流程图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术采用槽式或者链式设备，对硅片进行氢氟酸清洗时，人与氢氟酸接触的几率较大，而氢氟酸具有强腐蚀性、强刺激性，是高危险性化学药品，可致人体灼伤。
基于此，本发明采用密封设备存储氢氟酸，利用含水的氟化氢气体来去除硅片表面的PSG，以克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于去除磷硅玻璃的设备，如图1所示，包括：
存储氢氟酸溶液的第一密封容器1和放置硅片的第二密封容器2，其中，第一密封容器1包括第一进气口3和第一出气口4，第二密封容器2包括第二进气口5和第二出气口6，所述第一进气口3连接N2输入管路，第一出气口3连接第二进气口5，第二出气口6连接废气排放管路。
由于第一密封容器存储的为氢氟酸溶液，而氢氟酸溶液具有强腐蚀性，因此第一密封容器的材料为抗腐蚀性材料。N2通过第一进气口3通入到氢氟酸溶液中，溢出时将溶液中的水和氟化氢气体带出，通过第二进气口5通入第二密封容器中，含水的氟化氢气体与放置在第二密封容器中的扩散后的硅片表面的PSG反应，生成气态四氟化硅，反应生成物气态四氟化硅通过第二出气口6随废气排放管路排出。由于整个设备中的容器和管路都是密封的，因此保证了去除PSG过程中人员的安全性问题。
应用上述设备，实现本发明去除磷硅玻璃的方法的步骤包括：
将扩散完成后的硅片放置在第二密封容器中；将N2通入到氢氟酸溶液中，通过N2将含水的氟化氢气体通入第二密封容器中，其中，所述氢氟酸溶液存储在第一密封容器中；在第二密封容器中，含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应，去除硅片表面的PSG；从第二密封容器中排出反应生成物。
本发明提供的去除磷硅玻璃的方法，由于含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG的反应是在密封设备中进行的，因此，降低了人接触剧毒化学品氢氟酸的概率，增加了生产的安全性。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例一
本实施例提供了一种去除磷硅玻璃的设备和方法，本实施例中的去除磷硅玻璃的设备示意图可参照图1，存储氢氟酸溶液的第一密封容器为聚丙烯（polypropylene，简称PP）容器，放置硅片的第二密封容器为增加了一个进气口的扩散炉，即图1中的第二密封容器2为扩散炉，其中，PP容器包括第一进气口和第一出气口，扩散炉包括第二进气口和第二出气口，即图1中的第二进气口5为在常规扩散炉上增加的进气口，所述第一进气口连接N2输入管路，第一出气口连接第二进气口，第二出气口连接废气排放管路。
由于氟化氢具有强刺激性，吸入后会对人体造成伤害，因此，本实施例中的容器和管路均为密封设备。
应用上述设备，实现本实施例方法的具体步骤参阅图3，包括：
步骤301：将硅片放置在扩散炉中；
由于氟化氢具有腐蚀性，进气管路的材料必须是抗腐蚀性材料，而现有扩散炉又只包括一个扩散过程中通源的进气口，因此，在不影响扩散过程的前提下，在扩散中又增加了一个进气口，即第二进气口。而硅片的扩散工艺是在扩散炉中进行的，标准的扩散步骤为升温-稳温-沉积-推进-降温，因此，扩散完成后，不需要移动硅片，只需在降温步骤完成后进入步骤302即可。
步骤302：将N2通入到氢氟酸溶液中；
其中，氢氟酸溶液的浓度为30%-40%，储存在密封的PP容器中，由于氢氟酸具有强腐蚀性，本实施例中采用了抗腐蚀的PP容器储存氢氟酸溶液，当然，也可以采用其他抗腐蚀性的容器。
步骤303：通过N2将含水的氟化氢气体通入扩散炉中；
整个过程中N2的流量是恒定的，为200sccm-1000sccm，N2通过第一进气口通到氢氟酸溶液中，N2溢出时会将氢氟酸溶液中的水和氟化氢带出，通过第二进气口通入到扩散炉中。
步骤304：在扩散炉中，含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应，去除硅片表面的PSG；
由于含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应是在扩散炉中进行的，而扩散炉在降温步骤后，炉内的温度是比常温高的650°C-800°C，此时氟化氢与PSG的反应较迅速，反应时间为10s-30s。
虽然扩散炉中有石英（主要成分为二氧化硅）部件，但石英部件的密度比硅片表面PSG的密度大得多，因此，含水的氟化氢气体对扩散炉内的石英部件的腐蚀能力很弱，即在扩散炉内通入含水的氟化氢气体去除硅片表面PSG的方式，对扩散炉内石英部件的损伤极小。
步骤305：从扩散炉中排出反应生成物。
氟化氢与PSG的反应生成物为气态四氟化硅，气态四氟化硅会随着第二出气口即扩散炉的废气管路被排出。
本实施例中，PP容器和扩散炉均为密封容器，密封容器之间也均采用密封管路连接，因此，相对于现有技术，本实施例中的设备提高了生产工艺的安全性，即由于操作人员不直接与腐蚀性氟化氢接触，保证了生产过程中操作人员的安全性。
此外，硅片扩散完成后，可以直接在扩散炉中进行PSG的去除反应，减少了生产工艺步骤；而由于不再采用单独的PSG去除设备，降低了设备的成本和人工的成本；相比于使用液态氢氟酸，采用气态氟化氢更能节省氟化氢的用量，提高氟化氢的利用率。
实施例二
本发明实施例二的设备与上述实施例一的设备结构类似，容器和管路也均为密封设备，如图2所示，区别仅在于所述第二密封容器2为与扩散炉7的硅片输出口8相连的密封容器。本实施例中的扩散炉7为常规扩散炉，为实现本实施例中的方法，在硅片的输出口处连接了一个单独的密封容器，其与扩散炉之间通过传输带传输硅片，即扩散完成后的硅片通过硅片输出口输出到与硅片输出口相连的第二密封容器中。其中，第二密封容器与扩散炉之间也可采用其他方式传输硅片。
实现本实施例方法的具体步骤参阅图4，包括：
步骤401：将扩散完成后的硅片输出到第二密封容器中；
本实施例中，第二密封容器是与扩散炉输出口相连的密闭容器，其与扩散炉之间硅片的传输可采用传输带，也可采用其它传输方式。将硅片放置到容器中后，密封容器，进入步骤402。
步骤402：将N2通入到氢氟酸溶液中；
其中，氢氟酸溶液的浓度为30%-40%，储存在第一密封容器PP容器中，PP容器具有很好的抗腐蚀性，当然，也可以采用其他抗腐蚀性的容器。
步骤403：通过N2将含水的氟化氢气体通入第二密封容器中；
整个过程中N2的流量是恒定的，为200sccm-1000sccm，N2通过第一进气口通到氢氟酸溶液中，N2溢出时会将氢氟酸溶液中的水和氟化氢带出，通过第二进气口通入到第二密封容器中。
步骤404：第二密封容器中，含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应，去除硅片表面的PSG；
本实施例中，第二密封容器为常温容器，在其它实施例中，为了加速氟化氢与PSG的反应，也可以在第二密封容器中增加一个加热装置，当容器内的温度为650°C-800°C时，反应时间约为10s-30s。
步骤405：从第二密封容器中排出反应生成物。
氟化氢与PSG的反应生成物为气态四氟化硅，气态四氟化硅会通过第二出气口随废气排放管路排出。
与实施例一相比，实施例二增加了一个单独的密封容器，本实施例不需对扩散炉进行改造，也不会对扩散炉内的石英部件造成损伤，保证了扩散炉结构的完整性和精密性。本实施例中第二密封容器为一个单独的密封设备，但其与第一密封容器之间均采用密封管路连接，因此，同样能提高生产工艺的安全性，也能节省氟化氢的用量，实现提高氟化氢的利用率的目的。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种密封设备，用于去除磷硅玻璃PSG，其特征在于，包括：
存储氢氟酸溶液的第一密封容器和放置硅片的第二密封容器，其中，第一密封容器包括第一进气口和第一出气口，第二密封容器包括第二进气口和第二出气口，所述第一进气口连接N2输入管路，第一出气口连接第二进气口，第二出气口连接废气排放管路。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二密封容器为增加了一个进气口的扩散炉。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二密封容器为与扩散炉的硅片输出口相连的密封容器。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一密封容器的材料为聚丙烯。
5.一种去除磷硅玻璃PSG的方法，应用权1所述的设备，其特征在于，该方法包括：
将扩散完成后的硅片放置在第二密封容器中；
将N2通入到氢氟酸溶液中，通过N2将含水的氟化氢气体通入第二密封容器中，其中，所述氢氟酸溶液存储在第一密封容器中；
第二密封容器中，含水的氟化氢气体与硅片表面的PSG反应，去除硅片表面的PSG；
从第二密封容器中排出反应生成物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的氢氟酸溶液的浓度为30%-40%。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的N2的流量为200sccm-1000sccm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的含水的氟化氢与硅片表面的PSG反应的时间为10s-30s。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的含水的氟化氢与硅片表面的PSG反应的温度为650°C-800°C。
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