CN108447943A - 一种硅片清洗后简单有效的保存方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片清洗后简单有效的保存方法，在对硅片进行彻底清洗后，用68%HNO3生长一层界面态密度低的二氧化硅隔绝层，然后保存到无水乙醇溶液、异丙醇溶液或自然密封袋中，待使用前再用1%的HF溶液浸泡180s，去离子水冲洗后用氮气吹干，即可投入工艺使用。本发明通过浓硝酸生长的二氧化硅致密性良好，界面态密度低，可以很好地隔绝硅片与外界空气的接触。
Description
技术领域
本发明属于太阳能级硅片的制造技术领域，特别涉及到硅片湿化学预处理的保存问题，通过加入界面态密度低的二氧化硅来实现硅片的有效保存。
背景技术
太阳能级硅片尤其是非晶硅(a-Si:H)和晶体硅晶片(c-Si)组成的带有本征非晶硅薄层的异质结电池(heterojunction with intrinsic thin-layer,HIT)对界面问题非常敏感，晶体硅衬底表面作为异质结界面的一部分对其界面态要求非常高。因此，超清洁、光滑和未损坏的衬底是非晶硅薄膜沉积的基础。
在HIT太阳能电池制造中使用硅表面的湿化学氧化，主要用于获得清洁，光滑，未损坏的表面并减少界面问题，这有助于避免载体的复合，通常使用RCA清洗法获得清洁表面，然后用1％的HF溶液去除硅片表面的氧化层。但是经过RCA标准处理的表面在空气中极易沉淀污染物，并且自然氧化，该氧化膜是一种极其疏松的无定形二氧化硅，致密度差，所以必须要在清洗后快速转移到工艺步骤。因此，我们需要寻找一种简单有效的方法来保存硅片，使硅片表面保持 RCA清洗后的清洁表面，以备随时使用。
SiO2薄膜是多功能材料，SiO2对氧气和水的高耐受性和高气体选择性导致它们用作防潮层，保护层和气体分离膜。在清洁硅片表面沉积一层致密度较高、界面态密度较小的二氧化硅，使得硅片表面污染物难以进入硅片，并且将清洁表面与自然氧化层及污染物隔绝，使得清洁表面得以保持。在硅片投入使用前用1％HF溶液完全去除二氧化硅，可以得到与清洗后相同的清洁表面。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种硅片清洗后简单有效的保存方法，其特征在于：包括如下步骤：通过丙酮和无水乙醇去表面油污，然后用25wt％NaOH溶液对硅片进行去损伤层30μm，再用标准RCA清洗法对硅片进行清洗，然后用1％HF 去除硅片氧化层，得到干净疏水的硅片表面，将其浸泡于质量浓度为 68％的HNO3中，121℃油浴加热10min，从而在清洁硅片表面生长一层二氧化硅层，以隔绝硅片表面与外界的接触，然后用氮气吹干保存于自然密封袋中，待使用前用1％HF溶液完全去除二氧化硅层，氮气吹干即可投入下一步工艺使用。
本发明对比了清洗后无二氧化硅层和有二氧化硅层的硅片保存效果，并且将两种方案处理后的硅片分别放在无水乙醇、异丙醇(IPA)、自然密封袋中进行保存24h，并对自然密封袋保存效果进行了实时监控，分别测量了保存12h、24h、36h、48h、60h、72h的保存效果，其保存效果通过准稳态少子寿命测量法测量得到的有效少子寿命进行表征(在测量前均需用1％HF完全去除二氧化硅层)。
少子寿命测量结果表明，硅片清洗后有效少子寿命可达到111μs，将清洗后的硅片直接保存于无水乙醇、IPA、自然密封袋中24h，测得的少子寿命分别为81μs、76μs、65μs。而有二氧化硅层隔绝的硅片在无水乙醇、IPA、自然密封袋中保存24h后少子寿命分别为110μs、 112μs、113μs(该数据差值可忽略，仪器的每次测量也会产生偏差)，可以有效保持硅片清洗后的状态，这得益于致密度良好，界面态较低的二氧化硅的隔绝保护作用。这种保存方法简单有效，提高了清洗的效率，为后续电池工艺的进行提供了便利。
本发明的有益效果在于：该方法通过浓硝酸生长的二氧化硅致密性良好，界面态密度低，可以很好地隔绝硅片与外界空气的接触。生长二氧化硅后，无论保存在乙醇中、异丙醇中还是空气中，均可以有效保持硅片清洗后的状态48h，与无二氧化硅保护层的硅片相比，大大减少了硅片保存的不稳定性。该方法简单有效，提高了清洗的效率，为后续电池工艺的进行提供了便利。
附图说明
图1为有无二氧化硅隔绝层的清洁硅片在对照组(a)、无水乙醇 (b)、IPA(c)、自然密封袋(d)中保存24h的平均有效少子寿命的对比图；其中黑色柱状图为无二氧化硅状态，白色柱状图为有二氧化硅状态。
图2为有无二氧化硅隔绝层的清洁硅片在对照组(a)、无水乙醇 (b)、IPA(c)、自然密封袋(d)中保存24h的有效少子寿命分布对比图；同一张图中左侧为无二氧化硅状态，右侧为有二氧化硅状态。
图3为有无二氧化硅隔绝层的清洁硅片在自然密封袋中保存不同时长的平均有效少子寿命图；其中S1为无二氧化硅状态，S2为有二氧化硅状态。
具体实施方式
本发明所用样品均为面积40mm*40mm，厚190μm的N<100>型单晶非抛光硅片，电阻率为1～5Ω·cm，在清洗前随机选取6片进行少子寿命测试，所得的平均少子寿命为1.21μs。以下将结合具体实施例，进一步阐述本发明的具体内涵。
实施例一
无二氧化硅保护层的硅片保存：
1.选取30片N<100>型单晶硅片为样品，每六片样品分为一组。
2.对硅片统一进行去损伤层和RCA法清洗，每一步之间均用去离子水(DIW)超声清洗2min，具体步骤如下：
1)丙酮超声清洗10min；
2)无水乙醇超声清洗10min；
3)配制浓度为25％的NaOH溶液，80℃水浴加热20min；
4)以(29％)NH4OH:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；
5)以(37％)HCl:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；
6)浸泡于1％HF溶液中180s；
7)氮气吹干。
3.将样品分为五组，一组为对照组，记为A1，另外三组样品分别放入无水乙醇、IPA、自然密封袋中保存，对应标记为B1、C1、D1，另一组样品E1分别放置于自然密封袋中保存12h、24h、36h、48h、 60h、72h。
4.A1样品清洗完后立即测量其少子寿命，并且求其平均值。
5.B1、C1、D1样品保存24h后，以及样品E1保存时长到时，均取出用1％HF浸泡180s，再用去离子水冲洗，氮气吹干，然后测量其少子寿命，并且求其平均值。
实施例二
有二氧化硅保护层的硅片保存：
1.选取30片N<100>型单晶硅片为样品，每六片样品分为一组。
2.对硅片统一进行去损伤层和RCA法清洗，每一步之间均用 DIW超声清洗2min，具体步骤如下：
1)丙酮超声清洗10min；
2)无水乙醇超声清洗10min；
3)配制浓度为25％的NaOH溶液，80℃水浴加热20min；
4)以(29％)NH4OH:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液， 80℃水浴加热10min；
5)以(37％)HCl:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；
6)浸泡于1％HF溶液中180s；
7)将样品分为五组，其中一组样品用氮气吹干，记为A2，另外四组样品浸泡于68％的HNO3中，121℃油浴加热10min；
8)氮气吹干。
3.样品A2为对照组，另外三组样品分别放入无水乙醇、IPA、自然密封袋中保存，对应标记为B2、C2、D2，另一组样品E2分别放置于自然密封袋中保存12h、24h、36h、48h、60h、72h。
4.A2样品清洗完后立即测量其少子寿命，并且求其平均值。
5.B2、C2、D2样品保存24h后，以及样品E2保存时长到时，均取出用1％HF浸泡180s，再用去离子水冲洗，氮气吹干，然后测量其少子寿命，并且求其平均值。
实施例三
少子寿命测量表征：
对于实施例一和实施例二中的60个样品，均通过用准稳态光电导法(QSSPC)测指定少数载流子浓度为1E16cm-3时的有效少子寿命，得到A1、B1、C1、D1、E1和A2、B2、C2、D2、E2十组硅片的有效少子寿命，再取其平均值。
表1为使用QSSPC测量时设置的参数。
表1测量参数
图1为有无二氧化硅隔绝层的清洁硅片在对照组(a)、无水乙醇 (b)、IPA(c)、自然密封袋(d)中保存48h的平均有效少子寿命的对比图，其中黑色柱状图为无二氧化硅状态，白色柱状图为有二氧化硅状态。从图中可得，有二氧化硅隔绝层保护的硅片无论在无水乙醇中、IPA中以及吹干保存在自然密封袋中，其保存后的平均少子寿命均高于保存于相同条件下的无二氧化硅层保护的清洁裸硅，且于清洗后直接测量的硅片的少子寿命相近，这说明在清洁硅片表面生长一层二氧化硅作为隔绝层，可以有效保存硅片。
图2为有无二氧化硅隔绝层的清洁硅片在对照组(a)、无水乙醇 (b)、IPA(c)、自然密封袋(d)中保存24h的有效少子寿命分布对比图，同一张图中左侧为无二氧化硅状态，右侧为有二氧化硅状态。从图中可得，有二氧化硅隔绝层保护的硅片无论在哪种环境下保存，其少子寿命离散度很小，而无二氧化硅层保护的清洁裸硅在不同环境下保存的少子寿命离散度很大，且少子寿命均小于有二氧化硅隔绝层保护的硅片值，这说明有二氧化硅隔绝层保护的硅片在保存中更具有稳定性，不易受外界环境干扰。
图3为有无二氧化硅隔绝层的清洁硅片在自然密封袋中保存不同时长的平均有效少子寿命图，其中S1为无二氧化硅状态，S2为有二氧化硅状态。从图中可得，有二氧化硅隔绝层保护的硅片可以有效保存48h，少子寿命变化小，在48h以后少子寿命稍微有所降低。而无二氧化硅隔绝层保护的硅片无法有效保持12h，少子寿命变化明显，界面易受污染。
Claims (1)
1.一种硅片清洗后简单有效的保存方法，其特征在于：包括如下步骤：通过丙酮和无水乙醇去表面油污，然后用25wt％NaOH溶液对硅片进行去损伤层30μm，再用标准RCA清洗法对硅片进行清洗，然后用1％HF去除硅片氧化层，得到干净疏水的硅片表面，将其浸泡于质量浓度为68％的HNO3中，121℃油浴加热10min，从而在清洁硅片表面生长一层二氧化硅层，以隔绝硅片表面与外界的接触，然后用氮气吹干保存于自然密封袋中，待使用前用1％HF溶液完全去除二氧化硅层，氮气吹干即可投入下一步工艺使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180824 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |