CN103774239A

CN103774239A - 一种单晶硅硅片清洗制绒工艺

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Publication number: CN103774239A
Application number: CN201310572106.4A
Authority: CN
Inventors: 赵宁; 安彩霞; 连照勋; 刘萍; 王天喜
Original assignee: Henan Institute of Science and Technology
Current assignee: Henan Institute of Science and Technology
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: CN103774239B

Abstract

本发明涉及一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，属于化工技术领域。具体步骤如下：(1)采用自制硅片清洗剂针对硅片进行预清洗。(2)预清洗后的硅片，进入制绒槽体；制绒槽体中配置好制绒液，制绒液按溶液质量百分比计添加0.1％～5％的氢氧化钠，0.1％～3％的氢氧化钾，1％～5％的异丙醇，以及0.02％～5％的自制制绒添加剂；采用升温至反应温度70℃～90℃，进行制绒；制绒过程中开启超声波设备。(3)制绒时，槽体封闭；投片前，开启搅拌装置进行搅拌；制绒反应时间为15～40min。本发明清洗剂和制绒添加剂的使用，使得工艺控制简单稳定，降低了能耗，增强了过程控制能力，从而大大提高了产品各方面的控制质量，降低了生产各方面的成本，提高了综合经济效益。

Description

一种单晶硅硅片清洗制绒工艺

技术领域

本发明涉及一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，属于化学工艺技术领域。

背景技术

硅片是一种硅材料通过加工切成一片一片而形成的。从而硅材料到可使用的硅片要经过切割、清洗等多道工序。随着社会的发展，硅片的使用越来越多，硅片的加工也受取更多的关注。清洗作为硅片的一个生产工序之一，其清洗的好坏对硅片的使用性能有着很大的影响。清洗的主要目的是为了清洗掉切割过程中的产生的砂粒、残留的切削磨料、金属离子及指纹等，使硅片表面达到无腐蚀氧化、无残留等技术指标。传统的硅片清洗，由于各方法不一样，采用的清洗液也不一样。大多采用盐酸进行清洗，盐酸为强腐蚀性物质，处理过后很难处理，如随意倒放，容易引起污染。

经切片、研磨、倒角、抛光等多道工序加工成的硅片，其表面已吸附了各种杂质，如颗粒、金属粒子、硅粉粉尘及有机杂质，硅片清洗的目的就是要消除各类污染物，且清洗的洁净程度直接影响着电池片的成品率和可靠率。在太阳能电池的制备过程中要进行多次清洗，其中，一次清洗(即扩散前清洗)，主要是利用NaOH、HF、HCL等化学液对硅片进行腐蚀处理，完成去损伤层、制绒、去硅酸钠、去金属离子等工艺。

目前，常规硅太阳能电池生产的工艺流程为表面预清洗、制绒去除损伤层并形成减反射的绒面结构、化学清洗并干燥；通过液态源扩散的方法在硅片表面各点形成均匀掺杂的PN结；去除扩散过程中形成的周边PN结和表面磷硅玻璃；表面沉积钝化和减反射膜；制作太阳电池的背面电极、背面电场和正面电极；烧结形成欧姆接触，从而完成整个电池片的制作过程。其中制绒去除损伤层并形成减反射的绒面结构这一步骤，目前大都采用化学腐蚀的方法来实现。

制绒是用化学或物理方法去除硅片表面损伤层并形成减反射的绒面结构的过程，目前常规制绒工艺一般采用氢氧化钠或氢氧化钾，并添加适当异丙醇和硅酸钠的混合溶液进行制绒。其缺点是：制绒时间较长，制绒金字塔大而不均匀，对原始硅片表面状态要高，化学品消耗也比较大，并且溶液寿命短，制绒重复性差，异丙醇等挥发量很大，需要不断调液，操作难度高，从而带来制绒外观不良率很高，电池片转换效率较低等问题。

制绒的目的在于减少光的反射率，提高短路电流(Isc)，最终提高电池的光电转换效率。制绒的原理是利用低浓度碱溶液对单晶硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌，就称为表面织构化。利用低浓度碱性腐蚀液对单晶硅的各向异性腐蚀原理，在硅表面形成金字塔的结构，使入射光的光程增加，增加光的吸收，降低反射率，提高太阳能电池的转化效率。目前，在单晶硅片的制绒液中，目前使用的制绒液主要包括：苛性碱氢氧化钠或氢氧化钾、缓冲助剂如异丙醇、酒精、硅酸钠等。现有制绒液及其制绒工艺存在以下问题：(1)硅片制绒减薄量大，电池片碎片率高、翘曲度大。(2)制绒效果不稳定，成品率难以控制。(3)制绒后硅表面金字塔偏大，均匀性差，不利于后道扩散结深的均匀性和丝印工序金属与硅的接触。因为硅片来料问题，需要进一步地针对硅片进行清洗，以便后续工艺获取更好的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，针对硅片进行清洗后进行制绒，制备出符合工艺要求的金字塔，便于提高扩散均匀性和丝网印刷的效果，制绒后形成的金字塔细小、均匀、成核密度提高，制绒减薄量小，其工艺稳定、操作方便、易于控制。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，具体步骤如下：

(1)采用自制硅片清洗剂针对硅片进行预清洗，预清洗的温度为70～90℃，时间为30～60min，并开启超声波功能，超声波功率为10～40W。

(2)预清洗后的硅片，进入制绒槽体；制绒槽体中配置好制绒液，制绒液按溶液质量百分比计添加0.1％～5％的氢氧化钠，0.1％～3％的氢氧化钾，1％～5％的异丙醇，以及0.02％～5％的自制制绒添加剂；采用升温至反应温度70℃～90℃，进行制绒；制绒过程中开启超声波设备，超声波功率为20～40W。

(3)制绒时，槽体封闭；投片前，开启搅拌装置进行搅拌；制绒反应时间为15～40min。

步骤(1)中所述自制硅片清洗剂，由以下成分组成(按重量份数计)：表面活性剂15～25份、乙二醇5～15份、氟化氢2～15份、硝酸3～15份、柠檬酸0.5～1.5份，余量为去离子水。上述混合液常温下混合，形成硅片清洗剂。其中，所述表面活性剂为烷基糖苷(APG)、聚山梨酸酯80、异构醇聚氧乙烯醚、葡萄糖酸内酯、脂肪醇聚环氧乙烷醚、十二烷基二醇酰胺或甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的一种或者几种。其中，乙二醇的浓度为80～100％(质量百分比)，柠檬酸的浓度为10～20％(质量百分比)。

步骤(2)中所述自制制绒添加剂，由以下成分组成(以质量百分比计)：葡萄糖酸钾0.01％～1％，柠檬酸钠0.01％～2％，维生素0.01％～2％，醋酸钠0.1～2％，硅酸氢钠0.01％～5％，碳酸钠0.01％～2％，其余为去离子水，混合均匀配置。

该发明的有益效果在于：本发明中的清洗液表面去污力强，可保持清洁度的持续性，具有良好的清洁效果，并且该清洗液对环境无不利影响。本清洗剂提高了清洗速度和耐用性能；通过乙二醇对硅片表面有机沾污进行清洗，另外，通过氟化氢对氧化层进行清洗，从而使硅片的清洗更加彻底，且对金属离子有较强的清洗作用，从而提高了硅片的后续使用性能。

在制绒添加剂中加入多羟基的葡萄糖类有机物、维生素，可在制绒过程中降低溶液的表面张力，为单晶硅片表面金字塔的形成提供起绒点，控制金字塔的尺寸和制绒过程的稳定性；柠檬酸钠可以除去硅片表面油污，使表面洁净状况均一，更有利于制绒的均匀性，提高制绒效果；硅酸氢钠作为绒面缓冲剂，使反应更加平缓均匀。制绒后金字塔角锥体边长变小，分布均匀，覆盖整个表面，金字塔塔尖清晰，绒面反射率低，经过检测，使用本发明制作的单晶硅片绒面反射率由目前的常规工艺的12％以上降到10％以下。

本发明工艺可有效去除原始硅片表面有机物沾污，去除手指印等，表面色泽细腻均匀，大大降低了制绒表面不良率，提高优质品率。本发明清洗剂和制绒添加剂的使用，使得工艺控制简单稳定，降低了能耗，增强了过程控制能力，从而大大提高了产品各方面的控制质量，降低了生产各方面的成本，提高了综合经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例1

一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，具体步骤如下：

(1)采用自制硅片清洗剂针对硅片进行预清洗，预清洗的温度为70℃，时间为60min，并开启超声波功能，超声波功率为40W。

(2)预清洗后的硅片，进入制绒槽体；制绒槽体中配置好制绒液，制绒液按溶液质量百分比计添加0.1％～5％的氢氧化钠，3％的氢氧化钾，5％的异丙醇，以及0.02％的自制制绒添加剂；采用升温至反应温度90℃，进行制绒；制绒过程中开启超声波设备，超声波功率为20W。

(3)制绒时，槽体封闭；投片前，开启搅拌装置进行搅拌；制绒反应时间为15min。

步骤(1)中所述自制硅片清洗剂，由以下成分组成(按重量份数计)：表面活性剂15份、乙二醇15份、氟化氢2份、硝酸3份、柠檬酸0.5份，余量为去离子水。上述混合液常温下混合，形成硅片清洗剂。其中，所述表面活性剂为烷基糖苷(APG)、聚山梨酸酯80、异构醇聚氧乙烯醚混合物。其中，乙二醇的浓度为80％(质量百分比)，柠檬酸的浓度为10％(质量百分比)。

步骤(2)中所述自制制绒添加剂，由以下成分组成(以质量百分比计)：葡萄糖酸钾1％，柠檬酸钠0.01％，维生素0.01％，醋酸钠2％，硅酸氢钠0.01％，碳酸钠0.01％，其余为去离子水，混合均匀。

使用上述工艺，单晶硅片绒面反射率为9.9％。

实施例2

一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，具体步骤如下：

(1)采用自制硅片清洗剂针对硅片进行预清洗，预清洗的温度为90℃，时间为30min，并开启超声波功能，超声波功率为10W。

(2)预清洗后的硅片，进入制绒槽体；制绒槽体中配置好制绒液，制绒液按溶液质量百分比计添加0.1％～5％的氢氧化钠，0.1％的氢氧化钾，1％的异丙醇，以及5％的自制制绒添加剂；采用升温至反应温度70℃，进行制绒；制绒过程中开启超声波设备，超声波功率为40W。

(3)制绒时，槽体封闭；投片前，开启搅拌装置进行搅拌；制绒反应时间为40min。

步骤(1)中所述自制硅片清洗剂，由以下成分组成(按重量份数计)：表面活性剂25份、乙二醇5份、氟化氢2份、硝酸15份、柠檬酸1.5份，余量为去离子水。上述混合液常温下混合，形成硅片清洗剂。其中，所述表面活性剂为葡萄糖酸内酯、脂肪醇聚环氧乙烷醚。其中，乙二醇的浓度为90％(质量百分比)，柠檬酸的浓度为20％(质量百分比)。

步骤(2)中所述自制制绒添加剂，由以下成分组成(以质量百分比计)：葡萄糖酸钾0.01％％，柠檬酸钠2％，维生素0.01％％，醋酸钠2％，硅酸氢钠5％，碳酸钠2％，其余为去离子水，混合均匀。

使用上述工艺，单晶硅片绒面反射率为9.6％。

实施例3

一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，具体步骤如下：

(1)采用自制硅片清洗剂针对硅片进行预清洗，预清洗的温度为80℃，时间为45min，并开启超声波功能，超声波功率为25W。

(2)预清洗后的硅片，进入制绒槽体；制绒槽体中配置好制绒液，制绒液按溶液质量百分比计添加0.1％～5％的氢氧化钠，1.5％的氢氧化钾，3％的异丙醇，以及2.5％的自制制绒添加剂；采用升温至反应温度80℃，进行制绒；制绒过程中开启超声波设备，超声波功率为30W。

(3)制绒时，槽体封闭；投片前，开启搅拌装置进行搅拌；制绒反应时间为25min。

步骤(1)中所述自制硅片清洗剂，由以下成分组成(按重量份数计)：表面活性剂20份、乙二醇10份、氟化氢8份、硝酸9份、柠檬酸1份，余量为去离子水。上述混合液常温下混合，制成硅片清洗剂。其中，所述表面活性剂为十二烷基二醇酰胺、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠。其中，乙二醇的浓度为80％(质量百分比)，柠檬酸的浓度为15％(质量百分比)。

步骤(2)中所述自制制绒添加剂，由以下成分组成(以质量百分比计)：葡萄糖酸钾0.5％，柠檬酸钠1％，维生素1％，醋酸钠1％，硅酸氢钠3％，碳酸钠1％，其余为去离子水，混合均匀配置。

使用上述工艺，单晶硅片绒面反射率为9.7％。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，其特征在于：具体步骤如下：

(1)采用自制硅片清洗剂针对硅片进行预清洗，预清洗的温度为70～90℃，时间为30～60min，并开启超声波功能，超声波功率为10～40W；

(2)预清洗后的硅片，进入制绒槽体；制绒槽体中配置好制绒液，制绒液按溶液质量百分比计添加0.1％～5％的氢氧化钠，0.1％～3％的氢氧化钾，1％～5％的异丙醇，以及0.02％～5％的自制制绒添加剂；采用升温至反应温度70℃～90℃，进行制绒；制绒过程中开启超声波设备，超声波功率为20～40W；

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的自制硅片清洗剂，由以下成分组成(按重量份数计)：表面活性剂15～25份、乙二醇5～15份、氟化氢2～15份、硝酸3～15份、柠檬酸0.5～1.5份，余量为去离子水；上述混合液常温下混合，形成硅片清洗剂；其中，所述表面活性剂为烷基糖苷(APG)、聚山梨酸酯80、异构醇聚氧乙烯醚、葡萄糖酸内酯、脂肪醇聚环氧乙烷醚、十二烷基二醇酰胺或甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的一种或者几种；所述乙二醇的浓度为80～100％(质量百分比)，所述柠檬酸的浓度为10～20％(质量百分比)。

3.根据权利要求1所述的一种单晶硅硅片清洗制绒工艺，其特征在于：所述步骤(2)中所述自制制绒添加剂，由以下成分组成(以质量百分比计)：葡萄糖酸钾0.01％～1％，柠檬酸钠0.01％～2％，维生素0.01％～2％，醋酸钠0.1～2％，硅酸氢钠0.01％～5％，碳酸钠0.01％～2％，其余为去离子水，混合均匀即可。