CN108649098A - 一种硅片单面刻蚀抛光的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片单面刻蚀抛光的方法，包括：步骤1、使用碱液对硅片进行碱洗；2、使用去离子水对硅片进行清洗；3、使用碱液对硅片的下表面及侧面边缘进行刻蚀抛光；4、清洗硅片去除表面污染物；5、使用酸液对硅片进行酸洗；6、清洗硅片去除残留药液；7、烘干硅片。本发明使用碱性体系实现硅片单面刻蚀抛光，安全环保、成本低且品质好。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，尤其涉及一种硅片单面刻蚀抛光的方法。
背景技术
常规太阳能电池的生产流程一般包括：制绒、扩散、刻蚀去PSG、镀膜、丝网印刷及烧结、测试分选等工序；部分高效电池还增加了INK、激光刻蚀、退火、原子层沉积背面镀氧化铝薄膜、PECVD、激光开孔等涉及到高效电池的步骤。
其中，现有的刻蚀去PSG工艺通常是利用HNO3和HF的混合溶液对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀，去除边缘的N型硅，使得硅片的上下表面相互绝缘。去PSG是利用HF去除硅片表面的磷硅玻璃，避免发射区电子的复合，导致少子寿命的降低，进而降低电池片效率。
但是这种酸刻蚀方法有如下问题：
1、环保问题：使用HNO3和HF的混合溶液，其中废液部分绝对不允许直接排放，必须经过生化处理，将销氮转化为氮气才能排放到大气中；废气部分也必须经过气体处理，才能排放到大气中；随着未来国家环保压力越来越大，使用酸刻蚀的环保问题将越来越突出，目前各大电池厂都在寻求解决措施；
2、化学品成本问题：常规工艺减重要在0.1g左右，而高效PERC工艺减重要达到0.3g以上，这主要因为目前硅片基本都是金刚线切割的硅片，损伤层较薄、腐蚀的速率减慢，要达到目标减重，酸的耗量就急剧增加；高效电池的酸刻蚀耗量是常规电池的4-5倍，仅化学品的成本在已经达到7分~8分人民币每片；
3、品质问题：目前高效PERC电池量产过程中电池成品良率偏低，主要为EL不良，电池出现黑斑、皮带印、滚轮印、脏片等均与刻蚀工序相关。普通光伏电池产品不良在1%以内，但PERC电池的不良比例达到了5%~20%，有时甚至更高，尤其是在刻蚀换液、PM或停机时间较久时，复机后EL不良爆发，不良比例40%以上。由于PERC电池EL不良比例过高，导致电池片EL需要全检，1台丝网需配备2台EL测试机；PERC电池片成品良率和刻蚀工艺息息相关，三氧化二铝背镀膜前，硅片背表面不能有任何沾污和摩擦，刻蚀工段已经成为制约PERC产能和产品良率的瓶颈工序。
因此，如何设计一种使用碱性体系实现刻蚀抛光的方法是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种硅片单面刻蚀抛光的方法，该方法使用碱液及槽式设备对硅片进行下表面刻蚀抛光处理，既能有效解决环保及化学品耗量问题，又能避免因硅片的表面与工装夹具接触而带来的各种品质问题。
本发明采用的技术方案是，设计一种硅片单面刻蚀抛光的方法，硅片的上表面覆盖有PSG层，硅片的下表面及侧面边缘已去除PSG层。该方法包括：
步骤1、利用硅片花篮将硅片放入第一碱洗槽，硅片浸泡在第一碱洗槽内的碱液中碱洗，去除硅片表面的污染物并形成一层氧化层；
步骤2、将硅片放入第一水槽，硅片浸泡在第一水槽内的去离子水中清洗，去除硅片表面的碱液残留；
步骤3、将硅片放入刻蚀抛光槽，硅片浸泡在刻蚀抛光槽内的碱液中，对硅片下表面及侧面边缘进行刻蚀，使得硅片上下表面绝缘以及下表面抛光；
步骤4、将硅片放入清洗槽组中清洗，去除硅片表面的污染物；
步骤5、将硅片放入酸洗槽，硅片浸泡在酸洗槽内的酸液中酸洗，去除硅片上表面的PSG层；
步骤6、将硅片放入水洗槽中清洗，去除硅片表面的酸液残留；
步骤7、将硅片放入烘干槽组中干燥。
其中，第一碱洗槽内的碱液使用KOH和H2O2的混合溶液、或使用NaOH和H2O2的混合溶液。KOH或NaOH浓度为0.1%~5%，H2O2浓度为0.5%~10%，碱液的温度为20℃~40℃，反应时间为30秒~90秒。
刻蚀抛光槽内的碱液使用KOH溶液和抛光添加剂、或使用NaOH溶液和抛光添加剂。KOH或NaOH浓度为0.5%~10%，碱液的温度为60℃~80℃，反应时间为60秒~240秒。
酸洗槽内的酸液使用HF和HCl的混合溶液。HF浓度为1%-5%，HCl浓度为0%-10%。
在一实施例中，步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽、第二碱洗槽、第三水槽。步骤4包括：步骤4.1、将硅片放入第二水槽中清洗，去除硅片表面的药液残留；步骤4.2、将硅片放入第二碱洗槽，硅片浸泡在第二碱洗槽内的碱液中碱洗，清洗硅片表面的污染物；步骤4.3、将硅片放入第三水槽中清洗，去除硅片表面的碱液残留。
在另一实施例中，步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽、第二碱洗槽、第三水槽、RCA清洗槽。步骤4包括：步骤4.1、将硅片放入第二水槽中清洗，去除硅片表面的药液残留；步骤4.2、将硅片放入第二碱洗槽，硅片浸泡在第二碱洗槽内的碱液中碱洗，清洗硅片表面的污染物；步骤4.3、将硅片放入第三水槽中清洗，去除硅片表面的碱液残留；步骤4.4、将硅片放入RCA清洗槽，硅片浸泡在RCA清洗槽内的清洗液中进行RCA清洗，清洗硅片表面的污染物。
上述两个实施例中，第二碱洗槽内的碱液使用KOH和H2O2的混合溶液、或使用NaOH和H2O2的混合溶液。KOH或NaOH浓度为0.1%~5%，H2O2浓度为0.5%~10%，碱液的温度为40℃~60℃。
在再一实施例中，步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽和RCA清洗槽。步骤4包括：步骤4.1、将硅片放入第二水槽中清洗，去除硅片表面的药液残留；步骤4.2、将硅片放入RCA清洗槽，硅片浸泡在RCA清洗槽内的清洗液中进行RCA清洗，清洗硅片表面的污染物。
优选的，步骤7中烘干槽组包括依次排列的慢提拉槽和烘干槽。步骤7包括：步骤7.1、将硅片放入慢提拉槽，硅片浸泡在高纯水中，慢慢提拉硅片出水；步骤7.2、将硅片放入烘干槽中烘干。
更优的，慢提拉槽内的高纯水温度为60℃~80℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用碱液进行刻蚀抛光，完全不使用HNO3，太阳能电池刻蚀工序实现氮的零排放，不需要经过厂务端的生化处理，有效解决了环保问题；
2、采用碱液刻蚀抛光还可以降低化学品耗量，与酸刻蚀抛光相比降低了70%~80%，极大的降低了化学品的成本；
3、本发明使用槽式设备实现刻蚀抛光，生产过程中有效避免了现有技术中链式设备对硅片表面造成的伤害；
4、本发明的刻蚀抛光方法可以实现更高的反射率水平，与酸刻蚀抛光可提高5%~15%，搭配更高效的电池工艺，如PERC工艺可以获得更高的电池效率。
附图说明
下面结合优选实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明处理的是晶硅电池片生产制造过程中非扩散面的刻蚀抛光，晶硅硅片在扩散工序完成之后，硅片的上表面为PN结层及PSG层，下表面以及侧面边缘也存在少量多余的PN结层及PSG层，这些多余的PSG层在做刻蚀抛光前需要完全去除，而上表面的PSG层需要保留，去除的方法可以使用现有技术，即用链式设备去除PSG层。
如图1所示，本发明提出的方法包括：
步骤1、将硅片放入硅片花篮内，通过机械手将硅片花篮放入到第一碱洗槽，硅片浸泡在第一碱洗槽内的碱液中碱洗，去除硅片表面的污染物，并在硅片表面形成一层氧化层，通过该氧化层保护硅片上表面的PSG层，碱液使用KOH和H2O2的混合溶液、或使用NaOH和H2O2的混合溶液。
KOH或NaOH浓度为0.1%~5%，H2O2浓度为0.5%~10%，如果浓度偏低会起不到清洗表面污染物的效果。碱液的温度为20℃~40℃，反应时间需在30秒~90秒内，反应时间过久会使碱液破坏硅片上表面的PSG层，导致后续的刻蚀抛光工艺中上表面也会被抛光，造成硅片外观不良。同样的，如果浓度过高、温度过高、时间过久均会破坏硅片上表面的PSG层，起不到保护的效果，造成硅片外观不良。
步骤2、机械手提起硅片花篮放入第一水槽，硅片浸泡在第一水槽内的高纯度去离子水中清洗，去除硅片表面的碱液残留，反应温度为常温，反应时间可为60秒到180秒。
步骤3、机械手提起硅片花篮放入刻蚀抛光槽，硅片浸泡在刻蚀抛光槽内的碱液中，对硅片下表面及侧面边缘进行刻蚀，使得硅片上下表面绝缘以及下表面抛光，碱液使用KOH溶液和抛光添加剂、或使用NaOH溶液和抛光添加剂。
KOH或NaOH浓度为0.5%~10%，碱液的温度需在60℃~80℃内，温度太低达不到抛光的效果，温度太高反应就会非常剧烈，导致下表面刻蚀抛光的局部不均匀，同时会破坏上表面效果。反应时间需在60秒~240秒内，反应时间太长也会破坏上表面效果，反应时间太短也会达不到抛光的效果。
步骤4、将硅片放入清洗槽组中清洗，去除硅片表面的污染物；
步骤5、机械手提起硅片花篮放入酸洗槽，硅片浸泡在酸洗槽内的酸液中酸洗，去除硅片上表面的PSG层。酸洗槽内的酸液使用HF和HCl的混合溶液，HF浓度为1%-5%，HCl浓度为0%-10%，酸液的温度为常温，反应时间可为60秒~180秒。
步骤6、机械手提起硅片花篮放入水洗槽，硅片浸泡在水洗槽的水中清洗，去除硅片表面的酸液残留，反应温度常温到50℃，反应时间可为60秒到180秒。
步骤7、机械手提起硅片花篮放入烘干槽烘干。
较优的，烘干槽组包括依次排列的慢提拉槽和烘干槽。步骤7包括：步骤7.1、将硅片放入慢提拉槽，硅片浸泡在高纯水中，慢慢提拉硅片出水，使得水尽可能的脱离硅片表面及花篮，能够起到缩短烘干时间的目的，该步是在烘干前对硅片及硅片花篮做预处理用，高纯水的温度需要在60°-80°内，脱水效果好；步骤7.2、将硅片放入烘干槽中烘干。
本发明的步骤4有多种清洗方式，下面详细叙述：
第一实施例中，步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽、第二碱洗槽、第三水槽。
步骤4包括：步骤4.1、机械手提起硅片花篮放入第二水槽，硅片浸泡在第二水槽的水中清洗，去除硅片表面的药液残留，清洗温度为常温到50℃。本次水洗在抛光步骤之后，抛光使用的添加剂为有机物，使用高温清洗效果会好，但超过50℃后水温较高，导致耗水量比较大，清洗时间可为60秒到180秒。
步骤4.2、机械手提起硅片花篮放入第二碱洗槽，硅片浸泡在第二碱洗槽内的碱液中碱洗，以彻底清洗硅片表面的有机物。碱液使用KOH和H2O2的混合溶液、或使用NaOH和H2O2的混合溶液。KOH或NaOH浓度为0.1%~5%，H2O2浓度为0.5%~10%，碱液的温度需在40℃~60℃内，温度过低会导致有机物清洗不干净，温度过高会破坏抛光面，会让抛光面变得粗糙。
步骤4.3、机械手提起硅片花篮放入第三水槽，硅片浸泡在第三水槽的水中清洗，去除硅片表面的碱液残留，清洗温度为常温到50℃，清洗时间可为60秒到180秒。
在第二实施例中，步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽、第二碱洗槽、第三水槽、RCA清洗槽。在该实施例中前面的三个清洗步骤与第一实施例完全相同，不同点在于新增了RCA清洗步骤。
步骤4包括：步骤4.1至步骤4.3参见第一实施例；
步骤4.4、机械守提起硅片花篮放入RCA清洗槽，硅片浸泡在RCA清洗槽内的清洗液中进行RCA清洗，提升清洗效果，去除硅片表面的污染物和金属颗粒。
标准RCA清洗可以拆分为两部分：1、SC1清洗后进行水洗；2、SC2清洗后进行水洗，SC1清洗、SC2清洗的温度为40-80℃，清洗时间为0秒到180秒，水洗的温度为室温，清洗时间为0秒到180秒，实际使用时RCA可以只进行第二部分，也可以用整套。
在第三实施例中，步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽和RCA清洗槽。在该实施例中RCA清洗用整套标准工艺，去除了第二实施例内中间的两个清洗步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅片单面刻蚀抛光的方法，所述硅片的上表面覆盖有PSG层，所述硅片的下表面及侧面边缘已去除PSG层，其特征在于包括：
步骤1、利用硅片花篮将硅片放入第一碱洗槽，硅片浸泡在第一碱洗槽内的碱液中碱洗，去除硅片表面的污染物并形成一层氧化层；
步骤2、将硅片放入第一水槽，硅片浸泡在第一水槽内的去离子水中清洗；
步骤3、将硅片放入刻蚀抛光槽，硅片浸泡在刻蚀抛光槽内的碱液中，对硅片下表面及侧面边缘进行刻蚀抛光；
步骤4、将硅片放入清洗槽组中清洗；
步骤5、将硅片放入酸洗槽，硅片浸泡在酸洗槽内的酸液中酸洗；
步骤6、将硅片放入水洗槽中清洗；
步骤7、将硅片放入烘干槽组中干燥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一碱洗槽内的碱液使用KOH和H2O2的混合溶液、或使用NaOH和H2O2的混合溶液；
KOH或NaOH浓度为0.1%~5%，H2O2浓度为0.5%~10%，碱液的温度为20℃~40℃，反应时间为30秒~90秒。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀抛光槽内的碱液使用KOH溶液和抛光添加剂、或使用NaOH溶液和抛光添加剂；
KOH或NaOH浓度为0.5%~10%，碱液的温度为60℃~80℃，反应时间为60秒~240秒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸洗槽内的酸液使用HF和HCl的混合溶液，HF浓度为1%-5%，HCl浓度为0%-10%。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽、第二碱洗槽、第三水槽；
所述步骤4包括：步骤4.1、将硅片放入第二水槽中清洗，去除硅片表面的药液残留；步骤4.2、将硅片放入第二碱洗槽，硅片浸泡在第二碱洗槽内的碱液中碱洗，清洗硅片表面的污染物；步骤4.3、将硅片放入第三水槽中清洗，去除硅片表面的碱液残留。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽、第二碱洗槽、第三水槽、RCA清洗槽；
所述步骤4包括：步骤4.1、将硅片放入第二水槽中清洗，去除硅片表面的药液残留；步骤4.2、将硅片放入第二碱洗槽，硅片浸泡在第二碱洗槽内的碱液中碱洗，清洗硅片表面的污染物；步骤4.3、将硅片放入第三水槽中清洗，去除硅片表面的碱液残留；步骤4.4、将硅片放入RCA清洗槽，硅片浸泡在RCA清洗槽内的清洗液中进行RCA清洗，清洗硅片表面的污染物。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第二碱洗槽内的碱液使用KOH和H2O2的混合溶液、或使用NaOH和H2O2的混合溶液；
KOH或NaOH浓度为0.1%~5%，H2O2浓度为0.5%~10%，碱液的温度为40℃~60℃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中清洗槽组包括依次排列的第二水槽和RCA清洗槽；
所述步骤4包括：步骤4.1、将硅片放入第二水槽中清洗，去除硅片表面的药液残留；步骤4.2、将硅片放入RCA清洗槽，硅片浸泡在RCA清洗槽内的清洗液中进行RCA清洗，清洗硅片表面的污染物。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中烘干槽组包括依次排列的慢提拉槽和烘干槽；
步骤7包括：步骤7.1、将硅片放入慢提拉槽，硅片浸泡在高纯水中，慢慢提拉硅片出水；步骤7.2、将硅片放入烘干槽中烘干。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述慢提拉槽内的高纯水温度为60℃~80℃。
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