CN109585272A - 一种提高光电效率的硅片清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了硅片制造领域内的一种提高光电效率的硅片清洗方法，流程为：上料—纯水漂洗—碱洗—活性剂—碱洗（加活性剂）—纯水漂洗—纯水漂洗——预脱水（慢提拉）—烘干—下料，此工艺耗时少、生产效率高、清洗药剂用量小成本低，本新工艺发明为将切片下机的硅片先自动预清洗（脱胶机），经过插片后再到清洗机药剂槽内添加一定比例的表面活性剂，设置工艺温度和清洗时间，调整换水频次，操作简便、运行成本低，能获得高洁净度的硅片表面，可用于硅片生产制造中。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅片生产工艺，特别涉及一种硅片清洗方法。
背景技术
目前太阳能硅片已普遍使用金刚石线切割，其切割速度是原SiC结构线切割的2-3倍，金刚线切割能力强、效率高、硅耗低，切割中无SiC和聚乙二醇，在成本和环保安全上更具优势。因其工作原理不同，砂浆线切割硅片表面不存在光滑区，且分布较均匀。金刚石切割硅片表面的形状和分布是沿着划痕方向条状分布且存在粗糙区、凹坑、平行断线线痕等不同形貌。硅片表面外在的杂质和缺陷不易清洗和腐蚀，会给后道工序制绒、电池片有一定影响。
硅片表面上的杂质可分为分子型、离子型和原子型三类。其中分子型杂质与硅片表面之间的吸附力较弱、易清除，而离子型和原子型吸附的杂质属于化学吸附杂质，其吸附力都较强。目前清洗工艺和清洗剂对硅片表面杂质清理不够彻底，易残留杂质，导致后道制绒不完全、白斑，绒面生长不好等异常，影响光电转化效率低。
为解决上述问题，目前常用的清洗设备主要是脱胶机和清洗机。脱胶机的主要流程为：上料—喷淋—喷淋—超声清洗—脱胶—脱胶—超声清洗—下料。清洗机的主要清洗流程为：上料—纯水漂洗—纯水漂洗—纯水漂洗—碱洗—碱洗—碱洗—纯水漂洗—纯水漂洗—纯水漂洗—预脱水（慢提拉）—烘干—烘干—下料。如公布号为CN 102225406 A和CN102294332 A发明专利所述的清洗方法，因工艺耗时长、生产效率低、清洗药剂用量大、成本高，且工序中均缺少对硅片表面进行活化处理的步骤，硅片表面洁净度不高，影响后续制绒效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高光电效率的硅片清洗方法，工艺耗时少、生产效率高、清洗药剂用量小成本低。
本发明的目的是这样实现的：一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）上料：将插有硅片的片盒放入清洗篮框中；
2）纯水漂洗：将装有硅片的篮筐送入超声纯水漂洗槽，清除硅片表面残留的硅粉和金属颗粒；
3）一次药剂超声清洗：将上述纯水漂洗结束后的硅片送入第一个药剂槽进行超声清洗，药剂选用氢氧化钠混合物；
4）二次药剂超声清洗：接着进入第二个药剂槽进行超声清洗，药剂选用活性剂混合物；
5）三次药剂超声清洗：再进入第三个药剂槽进行超声清洗，药剂选用活性剂混合物和氢氧化钠混合物；
6）纯水漂洗：药剂槽清洗结束后，再进入纯水溢流漂洗槽进行漂洗；
7）预脱水：漂洗结束后进入慢提拉槽进行预脱水；
8）烘干：预脱水后的硅片进入烘干槽进行烘干；
9）检测打包：烘干后的硅片逐片经过分选机检测，按等级分类，人工再次复检无异常后打包入库。
作为本发明的进一步限定，步骤1）前还需对硅片预处理，具体包括：
A、将切片下机的晶棒每30-50mm插好隔板，需30min内放进自动脱胶机内喷淋，喷淋时间为6-10min，水压为0.10-0.15 Mpa，水温为25-40℃，水质可用自来水、回用水等不限；
B、脱完胶的硅片放置周转小车，拉至插片机台开始装片自动插片，装片时一次性拿片不要超过50mm，线痕方向朝承载器两侧，插片水槽需使用自来水或清洗机漂洗槽溢流水，水温要求在30-40℃。
作为本发明的进一步限定，步骤2具体参数设置为：漂洗时间2.5-3.5min，水温控制在45-50℃，超声功率为18-22KHz、超声电流为3-3.5A。
作为本发明的进一步限定，步骤3具体参数设置为：根据槽体容积每槽需加入浓度1.0-1.5%氢氧化钠混合物，每洗100±5框需重新换水，此槽清洗时间2.5-3.5min，水温控制在45-55℃，超声功率为18-22KHz，超声电流为3A-3.5A，药剂槽水质为纯水或自来水均可。
作为本发明的进一步限定，步骤4具体参数设置为：根据槽体容积每槽需加入浓度2.0-2.1%活性剂混合物，另每洗50±5框再补加浓度0.25±0.05%的活性剂，依次类推洗至200±5框需重新换水，水温控制在50-60℃，通过验证55℃为最佳，此温度对非离子表面活性剂的去污能力最强，清洗效果最好，清洗时间2.5-3.5min，超声功率为18-22KHz、超声电流为3A-3.5A，药剂槽水质为纯水或自来水均可。
作为本发明的进一步限定，步骤5具体参数设置为：根据槽体容积每槽需加入浓度2.0-2.1%活性剂混合物和1.0-1.5%氢氧化钠混合物，另每洗50±5框再补加浓度0.25±0.05%的活性剂，依次类推洗至200±5框需重新换水，清洗时间2.5-3.5min，水温控制在50-60℃，超声功率为18-22KHz、超声电流为3A-3.5A，药剂槽水质为纯水或自来水均可。
作为本发明的进一步限定，步骤6具体参数设置为：所述溢流漂洗槽设置两组，溢流量控制在8-11L/min，清洗时间2.5-3.5min，水温控制在45-50℃，超声功率为18-22KHz、超声电流为3A-3.5A。
作为本发明的进一步限定，步骤7具体参数设置为：水温控制在75±2℃，慢提拉时间60-90s，慢提拉时间短速度快易出边缘水印污。
作为本发明的进一步限定，步骤8具体参数设置为：烘干时间3.5-4.5min，温度设定80-90℃，时间短和温度低易导到湿片异常。时间越长理论清洗效果更好，但产能损失大增加成本，温度高低对药剂活性和清洗能力起关键因素，另对硅片品质和能耗都有一定影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明工艺适用性强，清洗时间短、对硅片清洗能力强、清洗成本低，对硅片表面增强活性处理后提高硅片清洁度；
本发明所使用的活性剂主要成分为金属离子络合剂、非离子表面活性剂、表面活性助剂、有机溶剂、分散悬浮剂和五水偏硅酸钠等；其目的在于通过乳化、分散等作用，将吸附在硅片表面的油污、金属颗粒、切割液残留的有机物等杂质清除干净；
本发明清洗后获得的硅片具有更高的洁净度，增加多晶硅片绒面陷光能力，降低光反射率，可将电池的光电转换效率提升0.03%-0.05%；
本发明所使用的活性剂可在不增加设备投入的前提下使用，活性剂用量低、废水对环境污染小；
本发明将切片下机的硅片先自动预清洗（脱胶机），经过插片后再到清洗机药剂槽内添加一定比例的表面活性剂，设置工艺温度和清洗时间，调整换水频次，操作简便、运行成本低，能获得高洁净度的硅片表面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
1）预清洗（脱胶机）、插片
A、将切片下机的晶棒每30mm插好隔板，需30min内放进自动脱胶机内喷淋，喷淋时间为6min，水压为0.1Mpa，水温为25℃，水质可用自来水、回用水等不限；
B、脱完胶的硅片放置周转小车，拉至插片机台开始装片自动插片，装片时一次性拿片不要超过50mm，注意线痕方向朝承载器（工装）两侧，插片水槽需使用自来水或清洗机漂洗槽溢流水，水温要求在30℃；
2）清洗：
本新工艺发明的清洗机的主要清洗流程为：上料—纯水漂洗—碱洗—活性剂洗—碱洗加活性剂洗—纯水漂洗—纯水漂洗—预脱水（慢提拉）—烘干—下料，此工艺耗时少、生产效率高、清洗药剂用量小成本低；
A、已插片的片盒或花篮通过机械自动放入篮框中，一般300片一框。然后上述硅片进入到超声纯水漂洗槽，清除硅片表面残留的硅粉和金属颗粒，漂洗时间2.5min，水温控制在45℃，超声功率为18KHz、超声电流为3A；
B、漂洗槽结束后进入第1个碱洗药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度1.0%氢氧化钠混合物，另每洗95框需重新换水，此槽清洗时间2.5min，水温控制在45℃，超声功率为18KHz、超声电流为3A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
C、接着进入第2个药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度2.0%活性剂混合物，另每洗45框再补加浓度0.20%的活性剂，依次类推洗至195框需重新换水，水温控制在50℃，此槽清洗时间2.5min，超声功率为18KHz、超声电流为3A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
D、再进入第3个药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度2.0%活性剂混合物和1.0%氢氧化钠混合物，另每洗45框再补加浓度0.20%的活性剂，依次类推洗至195框需重新换水，此槽清洗时间2.5min，水温控制在50℃，超声功率为18KHz、超声电流为3A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
E、药剂槽清洗结束后，再进入2个纯水溢流漂洗槽，溢流量控制在8L/min，清洗时间2.5min，水温控制在45℃，超声功率为18KHz、超声电流为3A；
F、漂洗结束后进入慢提拉槽，水温控制在73℃，慢提拉时间60s，慢提拉时间短速度快易出边缘水印污；
G、最后硅片进入烘干槽，烘干时间3.5min，温度设定80℃，时间短和温度低易导到湿片异常；
H、烘干后的硅片逐片经过分选机检测，按等级分类，人工再次复检无异常后打包入库。
实施例2
1）预清洗（脱胶机）、插片
A、将切片下机的晶棒每40mm插好隔板，需30min内放进自动脱胶机内喷淋，喷淋时间为8min，水压为0.13 Mpa，水温为32℃，水质可用自来水、回用水等不限；
B、脱完胶的硅片放置周转小车，拉至插片机台开始装片自动插片，装片时一次性拿片不要超过50mm，注意线痕方向朝承载器（工装）两侧，插片水槽需使用自来水或清洗机漂洗槽溢流水，水温要求在35℃；
2）清洗：
本新工艺发明的清洗机的主要清洗流程为：上料—纯水漂洗—碱洗—活性剂洗—碱洗加活性剂洗—纯水漂洗—纯水漂洗—预脱水（慢提拉）—烘干—下料，此工艺耗时少、生产效率高、清洗药剂用量小成本低；
A、已插片的片盒或花篮通过机械自动放入篮框中，一般300片一框。然后上述硅片进入到超声纯水漂洗槽，清除硅片表面残留的硅粉和金属颗粒，漂洗时间3min，水温控制在48℃，超声功率为20KHz、超声电流为3.2A；
B、漂洗槽结束后进入第1个碱洗药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度1.35%氢氧化钠混合物，另每洗100框需重新换水，此槽清洗时间3min，水温控制在50℃，超声功率为20KHz、超声电流为3.2A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
C、接着进入第2个药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度2.05%活性剂混合物，另每洗50框再补加浓度0.25%的活性剂，依次类推洗至200框需重新换水，水温控制在55℃，通过验证55℃为最佳，此温度对非离子表面活性剂的去污能力最强，清洗效果最好，此槽清洗时间3min，超声功率为20KHz、超声电流为3.2A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
D、再进入第3个药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度2.05%活性剂混合物和1.35%氢氧化钠混合物，另每洗50框再补加浓度0.25%的活性剂，依次类推洗至200框需重新换水，此槽清洗时间3min，水温控制在55℃，超声功率为20KHz、超声电流为3.2A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
E、药剂槽清洗结束后，再进入2个纯水溢流漂洗槽，溢流量控制在9L/min，清洗时间3min，水温控制在47℃，超声功率为20KHz、超声电流为3.2A；
F、漂洗结束后进入慢提拉槽，水温控制在75℃，慢提拉时间75s，慢提拉时间短速度快易出边缘水印污；
G、最后硅片进入烘干槽，烘干时间4min，温度设定85℃，时间短和温度低易导到湿片异常；
H、烘干后的硅片逐片经过分选机检测，按等级分类，人工再次复检无异常后打包入库。
实施例3
1）预清洗（脱胶机）、插片
A、将切片下机的晶棒每50mm插好隔板，需30min内放进自动脱胶机内喷淋，喷淋时间为10min，水压为0.15 Mpa，水温为40℃，水质可用自来水、回用水等不限；
B、脱完胶的硅片放置周转小车，拉至插片机台开始装片自动插片，装片时一次性拿片不要超过50mm，注意线痕方向朝承载器（工装）两侧，插片水槽需使用自来水或清洗机漂洗槽溢流水，水温要求在40℃；
2）清洗：
本新工艺发明的清洗机的主要清洗流程为：上料—纯水漂洗—碱洗—活性剂洗—碱洗加活性剂洗—纯水漂洗—纯水漂洗—预脱水（慢提拉）—烘干—下料，此工艺耗时少、生产效率高、清洗药剂用量小成本低；
A、已插片的片盒或花篮通过机械自动放入篮框中，一般300片一框。然后上述硅片进入到超声纯水漂洗槽，清除硅片表面残留的硅粉和金属颗粒，漂洗时间3.5min，水温控制在50℃，超声功率为22KHz，超声电流为3.5A；
B、漂洗槽结束后进入第1个碱洗药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度1.5%氢氧化钠混合物，另每洗105框需重新换水，此槽清洗时间3.5min，水温控制在55℃，超声功率为22KHz、超声电流为3.5A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
C、接着进入第2个药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度2.1%活性剂混合物，另每洗55框再补加浓度0.30%的活性剂，依次类推洗至205框需重新换水，水温控制在60℃，此槽清洗时间3.5min，超声功率为22KHz，超声电流为3.5A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
D、再进入第3个药剂槽，根据槽体容积每槽需加入浓度2.1%活性剂混合物和1.5%氢氧化钠混合物，另每洗55框再补加浓度0.30%的活性剂，依次类推洗至205框需重新换水，此槽清洗时间3.5min，水温控制在60℃，超声功率为22KHz、超声电流为3.5A，药剂槽水质为纯水或自来水均可；
E、药剂槽清洗结束后，再进入2个纯水溢流漂洗槽，溢流量控制在11L/min，清洗时间3.5min，水温控制在50℃，超声功率为22KHz、超声电流为3.5A；
F、漂洗结束后进入慢提拉槽，水温控制在77℃，慢提拉时间90s，慢提拉时间短速度快易出边缘水印污；
G、最后硅片进入烘干槽，烘干时间4.5min，温度设定90℃，时间短和温度低易导到湿片异常；
H、烘干后的硅片逐片经过分选机检测，按等级分类，人工再次复检无异常后打包入库。
下面结合现有技术对上述三个实施例获得的产品进行对比测试，测试结果如下表：光电转换效率
从上述表格可以看出，三个实施例获得的产品的药剂用量更少，脏污率更低，清洗产量更高，光电转换效率更高，其效果明显优于现有工艺。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）上料：将插有硅片的片盒放入清洗篮框中；
2）纯水漂洗：将装有硅片的篮筐送入超声纯水漂洗槽，清除硅片表面残留的硅粉和金属颗粒；
3）一次药剂超声清洗：将上述纯水漂洗结束后的硅片送入第一个药剂槽进行超声清洗，药剂选用氢氧化钠混合物；
4）二次药剂超声清洗：接着进入第二个药剂槽进行超声清洗，药剂选用活性剂混合物；
5）三次药剂超声清洗：再进入第三个药剂槽进行超声清洗，药剂选用活性剂混合物和氢氧化钠混合物；
6）纯水漂洗：药剂槽清洗结束后，再进入纯水溢流漂洗槽进行漂洗；
7）预脱水：漂洗结束后进入慢提拉槽进行预脱水；
8）烘干：预脱水后的硅片进入烘干槽进行烘干；
9）检测打包：烘干后的硅片逐片经过分选机检测，按等级分类，人工再次复检无异常后打包入库。
2.根据权利要求1所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤1）前还需对硅片预处理，具体包括：
A、将切片下机的晶棒每30-50mm插好隔板，需30min内放进自动脱胶机内喷淋，喷淋时间为6-10min，水压为0.10-0.15 Mpa，水温为25-40℃，水质可用自来水、回用水等不限；
B、脱完胶的硅片放置周转小车，拉至插片机台开始装片自动插片，装片时一次性拿片不要超过50mm，线痕方向朝承载器两侧，插片水槽需使用自来水或清洗机漂洗槽溢流水，水温要求在30-40℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤2具体参数设置为：漂洗时间2.5-3.5min，水温控制在45-50℃，超声功率为18-22KHz、超声电流为3-3.5A。
4.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤3具体参数设置为：根据槽体容积每槽需加入浓度1.0-1.5%氢氧化钠混合物，每洗100±5框需重新换水，此槽清洗时间2.5-3.5min，水温控制在45-55℃，超声功率为18-22KHz，超声电流为3A-3.5A。
5.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤4具体参数设置为：根据槽体容积每槽需加入浓度2.0-2.1%活性剂混合物，另每洗50±5框再补加浓度0.25±0.05%的活性剂，依次类推洗至200±5框需重新换水，水温控制在50-60℃，清洗时间2.5-3.5min，超声功率为18-22KHz、超声电流为3A-3.5A。
6.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤5具体参数设置为：根据槽体容积每槽需加入浓度2.0-2.1%活性剂混合物和1.0-1.5%氢氧化钠混合物，另每洗50±5框再补加浓度0.25±0.05%的活性剂，依次类推洗至200±5框需重新换水，清洗时间2.5-3.5min，水温控制在50-60℃，超声功率为18-22KHz、超声电流为3A-3.5A。
7.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤6具体参数设置为：所述溢流漂洗槽设置两组，溢流量控制在8-11L/min，清洗时间2.5-3.5min，水温控制在45-50℃，超声功率为18-22KHz、超声电流为3A-3.5A。
8.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤7具体参数设置为：水温控制在75±2℃，慢提拉时间60-90s。
9.根据权利要求1或2所述的一种提高光电效率的硅片清洗方法，其特征在于，步骤8具体参数设置为：烘干时间3.5-4.5min，温度设定80-90℃。
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