CN109698256A - 一种硅片表面氧化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅片表面氧化系统和方法，包括臭氧发生器，水槽，循环泵，浓度检测装置，气液混合器和冷却装置，所述臭氧发生器与气液混合器连通，气液混合器分别与水槽和冷却装置连通，硅片设置在水槽中，气液混合器、水槽和冷却装置之间形成臭氧水循环通道，浓度检测装置和循环泵设置在臭氧水循环通道中。本发明的一种硅片表面氧化系统和方法能够提高臭氧氧化水平和氧化均匀性，有利于改善氧化层的界面钝化效果，提高电池效率；可以根据实际的情况，通过调整水中的臭氧浓度、硅片在臭氧水中的时间，来调整氧化硅的厚度，便于控制氧化硅的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及光伏设备技术领域，特别涉及一种硅片表面氧化系统及方法。
背景技术
常规的晶体硅太阳能电池中,氮化硅膜作为减反射膜和钝化膜,氮化硅中含有氢原子,能钝化硅片的悬挂键和复合中心,起到界面钝化和体钝化的作用,有利于提高太阳能电池的效率,但氮化硅的界面钝化效果相比氧化硅仍存在一定差距。
在实验室高效太阳能电池中,往往采用高温热氧化的方式制备氧化硅,以实现更优异的界面钝化,但是高温热氧化过程能耗高,温度通过1000度,且速度较慢，工艺时间长,高温环境对于硅片质量存在不利影响,会导致一些低质量的硅片质量恶化,而且多晶硅的少子寿命也容易在高温下衰减。而可采用的低温氧化方式包括浓硝酸氧化、臭氧气体氧化等。其中，浓硝酸氧化需要高浓度的硝酸，这就存在安全风险，且成本较高；臭氧（O3）又称为超氧，是氧气（O2）的同素异形体，比氧气的氧化性更强。
现在技术中有一种用于硅片表面制作的表面处理及附属的工艺和设备，具体为将硅片放入师傅装置硅片台的支柱上，在关闭附属腔体的盖子，臭氧进入密封的腐蚀腔体内，与硅片表面接触，将硅片表面氧化成致密的氧化膜。但是技术存在如下缺点：由于在常温常压下，臭氧稳定性比较差，且可自行分解为氧气，导致氧化性能下降，而且反应是臭氧气体和硅片直接接触，气体氧化时靠气体喷射，相对不均匀，因此臭氧的氧化水平和均匀性不高。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种能够有效提升臭氧的氧化水平和均匀性的硅片表面氧化系统及方法。
具体技术方案如下：一种硅片表面氧化系统，包括臭氧发生器，水槽，循环泵，浓度检测装置，气液混合器和冷却装置，所述臭氧发生器与气液混合器连通，气液混合器分别与水槽和冷却装置连通，硅片设置在水槽中，气液混合器、水槽和冷却装置之间形成臭氧水循环通道，浓度检测装置和循环泵设置在臭氧水循环通道中。
以下为本发明的附属技术方案。
作为优选方案，所述水槽与循环泵连通，循环泵与冷却装置连通。
作为优选方案，所述浓度检测装置设置在冷却装置和循环泵之间。
作为优选方案，硅片表面氧化系统中的连接管道为316不锈钢或PFA材料。
作为优选方案，硅片表面氧化系统包括换热器，换热器设置在气液混合器和水槽之间。
作为优选方案，臭氧发生器为高压放电式的臭氧发生器，臭氧发生器的气体接触部件为板式陶瓷。
作为优选方案，硅片表面氧化系统包括臭氧破除器，臭氧破除器与气液混合器连通。
一种硅片表面氧化方法，其特征在于，包括以下步骤： S100）臭氧气体通过气液混合器把臭氧混合到水中形成臭氧水，同时检测臭氧浓度，确保臭氧浓度维持在设定的浓度范围；S200）把待氧化的硅片放入臭氧水槽中，使用循环泵使得臭氧水在气液混合器、水槽、冷却装置之间循环；S300）调整水中的臭氧浓度来调整氧化硅的厚度。
作为优选方案，所述气液混合器和水槽之间设有换热器，用于控制水槽温度。
作为优选方案，臭氧水的浓度为0-50ppm。
本发明的技术效果：本发明的一种硅片表面氧化系统和方法能够提高臭氧氧化水平和氧化均匀性，有利于改善氧化层的界面钝化效果，提高电池效率；可以根据实际的情况，通过调整水中的臭氧浓度、硅片在臭氧水中的时间，来调整氧化硅的厚度，便于控制氧化硅的厚度。
附图说明
图1是本发明实施例的硅片表面氧化系统的示意图。
图中：1、臭氧发生器；2、水槽；3、循环泵；4、浓度检测装置；5、气液混合器；6、冷却装置；7、换热器；8、臭氧破除器。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
如图1所示，本实施例的一种硅片表面氧化系统包括臭氧发生器1，水槽2，循环泵3，浓度检测装置4，气液混合器5和冷却装置6，所述臭氧发生器1与气液混合器5连通，气液混合器5分别与水槽2和冷却装置6连通。硅片设置在水槽2中，气液混合器5、水槽2和冷却装置6之间形成臭氧水循环通道10，浓度检测装置4和循环泵3设置在臭氧水循环通道中。上述技术方案中，把待氧化的硅片放入水槽中，相对于现有技术的直接向硅片释放臭氧的方案，利用臭氧在水中的高溶解度而且循环泵的不断循环的良好均匀性，从而有利的改善氧化层的界面钝化效果，提高太阳能电池的效果。上述技术方案中，通过臭氧水浓度检测装置4控制水中的臭氧浓度，确保水中臭氧的浓度稳定。然后将待氧化的硅片浸入制备好的臭氧水溶液中，在整个硅片浸入水槽的过程中，循环泵3在一直循环，确保整个水槽2各个位置的臭氧浓度均匀，同时维持水中臭氧浓度的稳定，臭氧浓度可以根据需要再0-50ppm的范围根据工艺需要进行调整。根据实际的情况，可以通过调整水中的臭氧浓度，来调整氧化硅的厚度；可以根据情况调整硅片在水中的时间，来调整氧化硅的厚度；本系统中，通过设置冷却装置6提升混合效果和保证水槽的温度稳定，冷却水通入冷却装置和臭氧发生器中进行冷却，调整冷却水的流量，来调整水槽温度的情况。为了确保循环泵的水冲击硅片，需要对泵出水口做匀流管。
本实施例中，所述水槽2与循环泵3连通，循环泵3与冷却装置6连通，从而通过循环泵使臭氧水循环。
本实施例中，所述浓度检测装置4设置在冷却装置6和循环泵3之间，从而便于检测臭氧水的浓度。
本实施例中，硅片表面氧化系统中的连接管道为316不锈钢或PFA材料，确保没有金属污染。
本实施例中，硅片表面氧化系统包括换热器7，换热器7设置在气液混合器5和水槽2之间，从而防止温度波动而导致臭氧浓度无法维持，确保槽体的温度稳定，同时水为去离子水。
本实施例中，臭氧发生器为高压放电式的臭氧发生器，臭氧发生器的气体接触部件为板式陶瓷，确保没有金属污染。
本实施例中，硅片表面氧化系统包括臭氧破除器8，臭氧破除器8与气液混合器5连通，通过臭氧破除器分解排出的尾气，避免臭氧污染。
一种硅片表面氧化方法，包括以下步骤：S100）臭氧气体通过气液混合器把臭氧混合到水中形成臭氧水，同时检测臭氧浓度，确保臭氧浓度维持在设定的浓度范围；S200）把待氧化的硅片放入臭氧水槽中，使用循环泵使得臭氧水在气液混合器、水槽、冷却装置之间循环；S300）调整水中的臭氧浓度来调整氧化硅的厚度。通过上述技术方案，能够通过臭氧水对硅片进行氧化，确保臭氧水的浓度稳定，循环泵在一直循环，确保各个位置的臭氧浓度均匀，同时维持臭氧浓度的稳定。通过上述方法，能够提高臭氧氧化水平和氧化均匀性，有利于改善氧化层的界面钝化效果，提高电池效率。本实施例的臭氧通过臭氧发生器产生，氧气和二氧化碳气体通入臭氧发生器中形成臭氧，臭氧发生器中可通入冷却水进行冷却。
本实施例中，所述气液混合器和水槽之间设有换热器，用于控制水槽温度。
本实施例中，臭氧水的浓度为0-50ppm。
本实施例的一种硅片表面氧化系统和方法能够提高臭氧氧化水平和氧化均匀性，有利于改善氧化层的界面钝化效果，提高电池效率；可以根据实际的情况，通过调整水中的臭氧浓度、硅片在臭氧水中的时间，来调整氧化硅的厚度，便于控制氧化硅的厚度。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅片表面氧化系统，其特征在于，包括臭氧发生器，水槽，循环泵，浓度检测装置，气液混合器和冷却装置，所述臭氧发生器与气液混合器连通，气液混合器分别与水槽和冷却装置连通，硅片设置在水槽中，气液混合器、水槽和冷却装置之间形成臭氧水循环通道，浓度检测装置和循环泵设置在臭氧水循环通道中。
2.根据权利要求1所述的硅片表面氧化系统，其特征在于，所述水槽与循环泵连通，循环泵与冷却装置连通。
3.根据权利要求2所述的硅片表面氧化系统，其特征在于，所述浓度检测装置设置在冷却装置和循环泵之间。
4.根据权利要求1所述的硅片表面氧化系统，其特征在于，硅片表面氧化系统中的连接管道为316不锈钢或PFA材料。
5.根据权利要求1所述的硅片表面氧化系统，其特征在于，硅片表面氧化系统包括换热器，换热器设置在气液混合器和水槽之间。
6.根据权利要求1所述的硅片表面氧化系统，其特征在于，臭氧发生器为高压放电式的臭氧发生器，臭氧发生器的气体接触部件为板式陶瓷。
7.根据权利要求1所述的硅片表面氧化系统，其特征在于，硅片表面氧化系统包括臭氧破除器，臭氧破除器与气液混合器连通。
8.一种硅片表面氧化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100）臭氧气体通过气液混合器把臭氧混合到水中形成臭氧水，同时检测臭氧浓度，确保臭氧浓度维持在设定的浓度范围；
S200）把待氧化的硅片放入臭氧水槽中，使用循环泵使得臭氧水在气液混合器、水槽、冷却装置之间循环；
S300）调整水中的臭氧浓度来调整氧化硅的厚度。
9.根据权利要求8所述的硅片表面氧化方法，其特征在于，所述气液混合器和水槽之间设有换热器，用于控制水槽温度。
10.根据权利要求9所述的硅片表面氧化方法，其特征在于，臭氧水的浓度为0-50ppm。
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