CN103240666A - 一种太阳能电池锗衬底片的研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池锗衬底片的研磨方法，按顺时针方向在下研盘上依次放入游星轮，使游星轮与下研盘中心的内齿圈以及下研盘一周边缘的外齿圈相啮合，将锗片主面向下分别放入游星轮凹槽内；放下上研盘使其紧贴下研盘及游星轮的上表面，向上研盘中通入研磨液，研磨液流经上研盘的通孔至游星轮的锗片上；启动研磨机，研磨过程分为轻压、中压、低压和修研阶段；在上下研盘的磨面及研磨液的作用下，研磨压力均匀，故锗片加工量易于控制，研磨精度高，研磨过程的锗片掉量在12～15μm，与人工研磨相比，TTV可以控制在2μm以内，粗糙度可控制在0.8μm以内，而且研磨效率是手工研磨效率的2倍，碎片率是手工研磨的1/10。

Description

一种太阳能电池锗衬底片的研磨方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的锗衬底片，具体涉及一种太阳能锗衬底片的研磨工艺。

背景技术

在太阳能光伏电池生产中，以锗片为能量转换元件可达到30%以上的能量转换效率，而太阳能电池的发展一方面要求芯片面积越来越大，另一方面为了形成性能良好的PN结，还要对这种大面积半导体工件进行研磨和抛光，这些大面积锗片如具有较好的表面粗糙度，就能获得较高的成像质量并大幅度提高能量转换率，因此，迫切需要一种技术满足实际生产和科研领域中锗片的需求。在生产太阳能锗衬底片的加工过程中，研磨工艺相当重要，一方面去除多线切割表面损伤层，达到加工厚度要求；另外一方面获得较好的粗糙度为进一步的化学机械抛光做好基础。传统手工研磨利用Template对晶片进行手工研磨，而因为个人施力不无法完全一致，造成Template受力不均，带来晶片掉量不均，难以控制，也会因为施力不均造成晶片TTV较差，给后道抛光带来影响，晶片碎片率很高，且人工一盘一盘的手工研磨效率也很低。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种表面掉量易于控制且研磨效率高的太阳能电池锗衬底片的研磨方法。

技术方案：本发明提供了一种太阳能电池锗衬底片的研磨方法，包括以下步骤：

（1）按顺时针方向在下研盘上依次放入游星轮，使游星轮与下研盘中心的内齿圈以及下研盘一周边缘的外齿圈相啮合，将锗片主面向下分别放入游星轮凹槽内，并用手指轻轻转动晶片以确定晶片完全放置进凹槽中；

（2）启动研磨机，调整下研盘的转速保持在15~25 rpm，观察有无跑偏现象；

（3）关闭研磨机，放下上研盘使其紧贴下研盘及游星轮的上表面，设置下研盘的转速为15~25 rpm，向上研盘中通入研磨液，研磨液流经上研盘的通孔至游星轮的锗片上；

（4）启动研磨机，研磨过程分为以下四个阶段：

a、轻压阶段：上研盘对锗片的压力为20~25kg，下研盘转速为40~45 rpm，研磨液流量为2~3ml/s，研磨时间50~60s；

b、中压阶段：上研盘对锗片的压力为45~50kg，下研盘转速为80~90 rpm，研磨液流量为4~5ml/s，研磨时间275~300s；

c、重压阶段：上研盘对锗片的压力为45~50kg，下研盘转速为80~90rpm，研磨液流量为4~5ml/s，研磨时间275~300s；

d、修研阶段：上研盘对锗片的压力为45~50kg，下研盘转速为80~90 rpm，研磨液流量为4~5ml/s，研磨时间150~200s；

研磨时，下研盘的内齿圈及外齿圈分别自转，游星轮在下研盘内齿圈的齿形及外齿圈的齿形带动下，一边自转一边沿着下研盘的一周作圆周运动，在运动过程中，游星轮中的锗片上表面与上研盘接触，下表面与下研盘接触，完成双面研磨加工；研磨过程分为四个阶段是由于刚开始研磨时，压力值要低一点，压力过大对锗片产生过大的冲击力，容易将锗片压碎，因此第一阶段为轻压，然后随着研磨时间延长逐渐增加压力，提升研磨效果，最终达到所需锗片掉量。

进一步，在研磨之前还包括修盘过程：升起上研盘，在下研盘上注入20~30ml的研磨液均匀覆盖下研盘的表面，在下研盘上依次放入修正轮，使修正轮与下研盘中心的内齿圈以及下研盘一周边缘的外齿圈相啮合，缓降上研盘至距下研盘20cm处，缓降上研盘并校正对准使其落于修正轮上，确认上研盘和修正轮之间以及修正轮和下研盘之间吻合良好后，启动研磨机进行修盘操作，修盘的目的是为了去除研磨盘上的锈迹以及杂物，以免在研磨过程中，使锗片表面划伤，甚至崩边碎片。

优选的，修盘操作中上研盘对锗片的压力为10~20kg，下研盘转速为30~40rpm，研磨液流量为2~4ml/s，修盘时间为40~50s，因修盘时研磨机上未放置锗片，为空载运行，故压力值及转速都不宜过大，防止上研盘的下表面及下研盘的上表面过度磨损，而影响在实际研磨时对锗片的研磨效率及掉量，上述修盘时间可彻底磨碎研磨盘上的杂物，同时保证上研盘及下研盘的研磨轨迹顺畅，为之后的研磨过程提供良好的研磨环境。

所述研磨液的配制方法为将（按重量配比）2~3份的三氧化二铝粉和7份的纯水混合，搅拌10min后，加入0.6~1.0份的洗涤剂，再搅拌10min，使三者混合均匀，避免结块，待研磨使用，所述研磨液能够软化锗片表面，易于上研盘和下研盘将锗片表面磨去，提高研磨效率，同时增加润滑效果，减缓相互之间的撞击，使锗片得到光洁的表面，锗片的TTV良好，达到2μm。

所述洗涤剂的成分（按重量配比）为三氧化二铝2~3份、碳化硅1~2份、氧化铈0.5~1份、碳化硼1.5~2份和去离子水8~12份，所述洗涤剂增加了研磨料浆的悬浮性，产生极强的带浆能力，具有良好的润滑性，减少锗片表面划伤，此外，可清除上研盘及下研盘的油污，并在研磨后的短时间内保持一定的防锈作用。

为了保证研磨运动状态平衡，每个游星轮上设有5个凹槽，每个凹槽至少放置3片锗片，每个游星轮一次研磨的投放量在15～25片，最少不得少于15片。

有益效果：通过设置研磨机的压力、转速、时间及研磨液的流量进行双面研磨，在上下研盘的磨面及研磨液的作用下，研磨压力均匀，故锗片加工量易于控制，研磨精度高，研磨过程的锗片掉量在12～15μm，与人工研磨相比，TTV可以控制在2μm以内，粗糙度可控制在0.8μm以内，而且研磨效率是手工研磨效率的2倍，碎片率是手工研磨的1/10。

附图说明

图1为本发明所述研磨机的结构示意图；

图2为本发明所述游星轮及下研盘的俯视局部放大图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：

实施例1：来料锗片为4吋，厚度为285μm，双面研磨机型号X61 850B—1型（兰州瑞德），如图1、图2所示，采用规格为13DPb×0.25×φ100.5mm的游星轮3，其研磨方法包括以下步骤：

首先，进行研磨机的调试，检测下研盘2上端面的跳动情况，使下研盘2的跳动不大于0.06mm，同时，保证研磨机各研磨阶段的压力值不得超过上研盘1的系统重量，否则研磨机无法正常运行。

其次，研磨液的配制：按重量配比将2份的三氧化二铝粉和7份的纯水混合，搅拌10min后，加入0.6份的洗涤剂，再搅拌10min，使三者混合均匀，避免结块，待研磨使用，所述研磨液能够软化锗片表面，易于上研盘1和下研盘2将锗片表面磨去，提高研磨效率，同时增加润滑效果，减缓相互之间的撞击，使锗片得到光洁的表面，锗片的TTV良好，达到2μm以下。

具体的，洗涤剂的成分（按重量配比）为三氧化二铝2份、碳化硅1份、氧化铈0.5份、碳化硼1.5份和去离子水8份，将上述成分搅拌均匀，可增加了研磨料浆的悬浮性，产生极强的带浆能力，具有良好的润滑性，减少锗片表面划伤，此外，可清除上研盘1及下研盘2的油污，并在研磨后的短时间内保持一定的防锈作用。

然后进行修盘过程：升起上研盘1，在下研盘2上注入20ml的研磨液直至均匀覆盖下研盘2的上表面，在下研盘2上依次放入修正轮，使修正轮与下研盘2中心的内齿圈5以及下研盘2一周边缘的外齿圈4相啮合，缓降上研盘1至距下研盘2下方30cm处，缓降上研盘1并校正对准使其落于修正轮上，确认上研盘1和修正轮之间以及修正轮和下研盘2之间的齿形吻合良好后，向上研盘1中通入研磨液，启动研磨机进行修盘操作，修盘操作中上研盘1对锗片的压力为10kg，下研盘2转速为30rpm，研磨液流量为2ml/s，修盘时间为40s，可去除上研盘1及下研盘2上的锈迹以及杂物，以免在研磨过程中，使锗片表面划伤甚至崩边碎片，同时保证研磨过程顺利，不会被杂物卡住或磕绊，为正式研磨提供良好保障。

最终，研磨过程：修盘结束后，依次上升上研盘1，下降外齿圈4，取出修正轮，随后使用水枪冲洗上、下研盘，待洗净后依次上升外齿圈4，按顺时针方向在下研盘2上依次放入游星轮3，使游星轮3与下研盘2中心的内齿圈5以及下研盘2一周边缘的外齿圈4相啮合，将锗片主面向下分别放入游星轮3凹槽6内，并用手指轻轻转动晶片以确定晶片完全放置进凹槽6中；启动研磨机，调整下研盘2的转速保持在15 rpm，观察有无跑偏现象；如无跑偏现象则关闭研磨机，放下上研盘1使其紧贴下研盘2及游星轮3的上表面，设置下研盘2的转速为15 rpm，向上研盘1中通入研磨液，研磨液流经上研盘1的通孔渗透到游星轮3上，故锗片与上研盘1的接触面及锗片与下研盘2的接触面上均填充有研磨液；

启动研磨机，研磨过程分为以下四个阶段：

a、轻压阶段：上研盘1对锗片的压力为20kg，下研盘2转速为45 rpm，研磨液流量为2ml/s，研磨时间50s；

b、中压阶段：上研盘1对锗片的压力为45kg，下研盘2转速为90 rpm，研磨液流量为4ml/s，研磨时间275s；

c、重压阶段：上研盘1对锗片的压力为45kg，下研盘2转速为90 rpm，研磨液流量为4ml/s，研磨时间275s；

d、修研阶段：上研盘1对锗片的压力为45kg，下研盘2转速为90 rpm，研磨液流量为4ml/s，研磨时间150s；

研磨时，下研盘2的内齿圈5及外齿圈4分别自转，游星轮3在下研盘2内齿圈5的齿形及外齿圈4的齿形带动下，一边自转一边沿着下研盘2的一周作圆周运动，在运动过程中，游星轮3中的锗片上表面与上研盘1接触，下表面与下研盘2接触，完成双面研磨加工；研磨完毕后，锗片掉量为15μm， TTV为1.5μm，锗片表面粗糙度为0.5μm，研磨压力均匀，达到所需加工厚度，锗片表面达到TTV要求，平整光洁。 

实施例2：

来料锗片为6吋，厚度为320μm，双面研磨机型号X61 850B—1型（兰州瑞德），如图1、图2所示，采用规格为13DPb×0.28×φ151.5mm的游星轮3，其研磨方法包括以下步骤：

首先，进行研磨机的调试，检测下研盘2上端面的跳动情况，使下研盘2的跳动不大于0.06mm，同时，保证研磨机各研磨阶段的压力值不得超过上研盘1的系统重量，否则研磨机无法正常运行。

其次，研磨液的配制：按重量配比将2.5份的三氧化二铝粉和7份的纯水混合，搅拌10min后，加入0.8份的洗涤剂，再搅拌10min，使三者混合均匀，避免结块，待研磨使用，所述研磨液能够软化锗片表面，易于上研盘1和下研盘2将锗片表面磨去，提高研磨效率，同时增加润滑效果，减缓相互之间的撞击，使锗片得到光洁的表面，锗片的TTV良好，达到2μm以下。

具体的，洗涤剂的成分（按重量配比）为三氧化二铝2.5份、碳化硅1.5份、氧化铈0.8份、碳化硼1.7份和去离子水10份，将上述成分搅拌均匀，可增加了研磨料浆的悬浮性，产生极强的带浆能力，具有良好的润滑性，减少锗片表面划伤，此外，可清除上研盘1及下研盘2的油污，并在研磨后的短时间内保持一定的防锈作用。

然后进行修盘过程：升起上研盘1，在下研盘2上注入25ml的研磨液直至均匀覆盖下研盘2的上表面，在下研盘2上依次放入修正轮，使修正轮与下研盘2中心的内齿圈5以及下研盘2一周边缘的外齿圈4相啮合，缓降上研盘1至距下研盘2下方30cm处，缓降上研盘1并校正对准使其落于修正轮上，确认上研盘1和修正轮之间以及修正轮和下研盘2之间的齿形吻合良好后，向上研盘1中通入研磨液，启动研磨机进行修盘操作，修盘操作中上研盘1对锗片的压力为15kg，下研盘2转速为35rpm，研磨液流量为3ml/s，修盘时间为45s，可去除上研盘1及下研盘2上的锈迹以及杂物，以免在研磨过程中，使锗片表面划伤甚至崩边碎片，同时保证研磨过程顺利，不会被杂物卡住或磕绊，为正式研磨提供良好保障。

最终，研磨过程：修盘结束后，依次上升上研盘1，下降外齿圈4，取出修正轮，随后使用水枪冲洗上、下研盘，待洗净后依次上升外齿圈4，按顺时针方向在下研盘2上依次放入游星轮3，使游星轮3与下研盘2中心的内齿圈5以及下研盘2一周边缘的外齿圈4相啮合，将锗片主面向下分别放入游星轮3凹槽6内，并用手指轻轻转动晶片以确定晶片完全放置进凹槽6中；启动研磨机，调整下研盘2的转速保持在20 rpm，观察有无跑偏现象；如无跑偏现象则关闭研磨机，放下上研盘1使其紧贴下研盘2及游星轮3的上表面，设置下研盘2的转速为20 rpm，向上研盘1中通入研磨液，研磨液流经上研盘1的通孔渗透到游星轮3上，故锗片与上研盘1的接触面及锗片与下研盘2的接触面上均填充有研磨液；

启动研磨机，研磨过程分为以下四个阶段：

a、轻压阶段：上研盘1对锗片的压力为22kg，下研盘2转速为43 rpm，研磨液流量为2.5ml/s，研磨时间55s；

b、中压阶段：上研盘1对锗片的压力为47kg，下研盘2转速为85 rpm，研磨液流量为4.5ml/s，研磨时间285s；

c、重压阶段：上研盘1对锗片的压力为48kg，下研盘2转速为85rpm，研磨液流量为4.5ml/s，研磨时间290s；

d、修研阶段：上研盘1对锗片的压力为47kg，下研盘2转速为85 rpm，研磨液流量为4.5ml/s，研磨时间170s；

研磨时，下研盘2的内齿圈5及外齿圈4分别自转，游星轮3在下研盘2内齿圈5的齿形及外齿圈4的齿形带动下，一边自转一边沿着下研盘2的一周作圆周运动，在运动过程中，游星轮3中的锗片上表面与上研盘1接触，下表面与下研盘2接触，完成双面研磨加工；研磨完毕后，锗片掉量为13μm， TTV为1.7μm，锗片表面粗糙度为0.7μm，研磨压力均匀，锗片表面TTV良好，平整光洁，且加工效率是手工研磨的2倍。

实施例3：

来料锗片为8吋，厚度为400μm，双面研磨机型号X61 850B—1型（兰州瑞德），如图1、图2所示，采用规格为13DPb×0.35×φ202.5mm的游星轮3，其研磨方法包括以下步骤：

首先，进行研磨机的调试，检测下研盘2上端面的跳动情况，使下研盘2的跳动不大于0.06mm，同时，保证研磨机各研磨阶段的压力值不得超过上研盘1的系统重量，否则研磨机无法正常运行。

其次，研磨液的配制：按重量配比将3份的三氧化二铝粉和7份的纯水混合，搅拌10min后，加入1份的洗涤剂，再搅拌10min，使三者混合均匀，避免结块，待研磨使用，所述研磨液能够软化锗片表面，易于上研盘1和下研盘2将锗片表面磨去，提高研磨效率，同时增加润滑效果，减缓相互之间的撞击，使锗片得到光洁的表面，锗片的TTV良好，达到2μm以下。

具体的，洗涤剂的成分（按重量配比）为三氧化二铝3份、碳化硅2份、氧化铈1份、碳化硼2份和去离子水12份，将上述成分搅拌均匀，可增加了研磨料浆的悬浮性，产生极强的带浆能力，具有良好的润滑性，减少锗片表面划伤，此外，可清除上研盘1及下研盘2的油污，并在研磨后的短时间内保持一定的防锈作用。

然后进行修盘过程：升起上研盘1，在下研盘2上注入30ml的研磨液直至均匀覆盖下研盘2的上表面，在下研盘2上依次放入修正轮，使修正轮与下研盘2中心的内齿圈5以及下研盘2一周边缘的外齿圈4相啮合，缓降上研盘1至距下研盘2下方30cm处，缓降上研盘1并校正对准使其落于修正轮上，确认上研盘1和修正轮之间以及修正轮和下研盘2之间的齿形吻合良好后，向上研盘1中通入研磨液，启动研磨机进行修盘操作，修盘操作中上研盘1对锗片的压力为20kg，下研盘2转速为40rpm，研磨液流量为4ml/s，修盘时间为50s，可去除上研盘1及下研盘2上的锈迹以及杂物，以免在研磨过程中，使锗片表面划伤甚至崩边碎片，同时保证研磨过程顺利，不会被杂物卡住或磕绊，为正式研磨提供良好保障。

最终，研磨过程：修盘结束后，依次上升上研盘1，下降外齿圈4，取出修正轮，随后使用水枪冲洗上、下研盘，待洗净后依次上升外齿圈4，按顺时针方向在下研盘2上依次放入游星轮3，使游星轮3与下研盘2中心的内齿圈5以及下研盘2一周边缘的外齿圈4相啮合，将锗片主面向下分别放入游星轮3凹槽6内，并用手指轻轻转动晶片以确定晶片完全放置进凹槽6中；启动研磨机，调整下研盘2的转速保持在25 rpm，观察有无跑偏现象；如无跑偏现象则关闭研磨机，放下上研盘1使其紧贴下研盘2及游星轮3的上表面，设置下研盘2的转速为25rpm，向上研盘1中通入研磨液，研磨液流经上研盘1的通孔渗透到游星轮3上，故锗片与上研盘1的接触面及锗片与下研盘2的接触面上均填充有研磨液；

启动研磨机，研磨过程分为以下四个阶段：

a、轻压阶段：上研盘1对锗片的压力为25kg，下研盘2转速为40 rpm，研磨液流量为3ml/s，研磨时间60s；

b、中压阶段：上研盘1对锗片的压力为50kg，下研盘2转速为80 rpm，研磨液流量为5ml/s，研磨时间300s；

c、重压阶段：上研盘1对锗片的压力为50kg，下研盘2转速为80rpm，研磨液流量为5ml/s，研磨时间300s；

d、修研阶段：上研盘1对锗片的压力为50kg，下研盘2转速为80rpm，研磨液流量为5ml/s，研磨时间200s；

研磨时，下研盘2的内齿圈5及外齿圈4分别自转，游星轮3在下研盘2内齿圈5的齿形及外齿圈4的齿形带动下，一边自转一边沿着下研盘2的一周作圆周运动，在运动过程中，游星轮3中的锗片上表面与上研盘1接触，下表面与下研盘2接触，完成双面研磨加工；研磨完毕后，锗片掉量为12μm， TTV为2μm，锗片表面粗糙度为0.8μm。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种太阳能电池锗衬底片的研磨方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按顺时针方向在下研盘上依次放入游星轮，使游星轮与下研盘中心的内齿圈以及下研盘一周边缘的外齿圈相啮合，将锗片主面向下分别放入游星轮凹槽内；

（2）启动研磨机，调整下研盘的转速保持在15~25 rpm，观察有无跑偏现象；

（3）关闭研磨机，放下上研盘使其紧贴下研盘及游星轮的上表面，设置下研盘的转速为15~25 rpm，向上研盘中通入研磨液，研磨液流经上研盘的通孔至游星轮的锗片上；

（4）启动研磨机，研磨过程分为以下四个阶段：

a、轻压阶段：上研盘对锗片的压力为20~25kg，下研盘转速为40~45 rpm，研磨液流量为2~3ml/s，研磨时间50~60s；

b、中压阶段：上研盘对锗片的压力为45~50kg，下研盘转速为80~90 rpm，研磨液流量为4~5ml/s，研磨时间275~300s；

c、重压阶段：上研盘对锗片的压力为45~50kg，下研盘转速为80~90rpm，研磨液流量为4~5ml/s，研磨时间275~300s；

d、修研阶段：上研盘对锗片的压力为45~50kg，下研盘转速为80~90 rpm，研磨液流量为4~5ml/s，研磨时间150~200s。

2.根据权利要求1所述的太阳能锗衬底片的研磨方法，其特征在于：在研磨之前还包括修盘过程：升起上研盘，在下研盘上注入20~30ml的研磨液均匀覆盖下研盘的表面，在下研盘上依次放入修正轮，使修正轮与下研盘中心的内齿圈以及下研盘一周边缘的外齿圈相啮合，缓降上研盘至距下研盘20cm处，缓降上研盘并校正对准使其落于修正轮上，确认上研盘和修正轮之间以及修正轮和下研盘之间吻合良好后，启动研磨机进行修盘操作。

3.根据权利要求2所述的太阳能锗衬底片的研磨方法，其特征在于：修盘操作中上研盘对锗片的压力为10~20kg，下研盘转速为30~40rpm，研磨液流量为2~4ml/s，修盘时间为40~50s。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能锗衬底片的研磨方法，其特征在于：所述研磨液的配制方法为将（按重量配比）2~3份的三氧化二铝粉和7份的纯水混合，搅拌10min后，加入0.6~1.0份的洗涤剂，再搅拌10min，使三者混合均匀，待研磨使用。

5.根据权利要求4所述的太阳能锗衬底片的研磨方法，其特征在于：所述洗涤剂的成分（按重量配比）为三氧化二铝2~3份、碳化硅1~2份、氧化铈0.5~1份、碳化硼1.5~2份和去离子水8~12份。

6.根据权利要求1所述的太阳能锗衬底片的研磨方法，其特征在于：每个游星轮上设有5个凹槽，每个凹槽至少放置3片锗片，每个游星轮一次研磨的投放量在15～25片。

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