CN206098429U - 一种用于晶体硅片的刻蚀装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于晶体硅片的刻蚀装置，包括依次排列的用于去除杂质玻璃层的酸洗槽、氧化槽、水膜槽、刻蚀槽、碱槽、第一水槽、酸槽。本实用新型采用了用于去除杂质玻璃层的酸洗槽和氧化槽，先去除PSG、再重新制备氧化层，而对硅片N面进行氧化制备氧化层，不仅可以将硅片表面的非有效磷氧化，而且还会将绒面尖峰区域与正常区域差异化，从而在碱洗时，碱液会透过绒面尖峰区域上的疏松的氧化层与尖峰区域反应将尖峰区域平坦化，并在后续的酸洗中将氧化膜及连带的非活性磷去除，从而实现了彻底去除硅片表面非活性磷的目的，降低表面复合，提升电池片的电性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于晶体硅片的刻蚀装置，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。其中，晶体硅太阳能电池由于丰富的硅储量得到了广泛应用。
现有的晶体硅太阳能电池的制备工艺如下：清洗制绒→扩散→刻蚀/去PSG→PECVD→丝网印刷→烧结→测试分档→分选→包装。其中，刻蚀/去PSG步骤主要是用来去除周边结和杂质玻璃（如磷硅玻璃PSG），以获得良好物理形貌。现有的刻蚀方法有很多，如干法刻蚀和湿法刻蚀，其中以湿法刻蚀应用最为广泛。湿法刻蚀的工艺流程如下：(1)在制绒扩散后的硅片表面形成水膜（保护N面）；(2)刻蚀（一般采用硝酸和氢氟酸的混酸溶液），刻蚀边缘和P面，使P、N面绝缘；(3)水洗；(4)碱洗（洗去P面、边缘的多孔硅）；(5)水洗；(6)酸洗（去除PSG）；(7)水洗；(8)风干。因此，其相应的刻蚀装置包括依次排列的水膜槽、刻蚀槽、水槽、碱槽、水槽、酸槽、水槽、风干槽。
然而，研究发现，硅片在制绒后在晶界、位错处容易形成不规则绒面，其中较尖锐处会影响后续的扩散、SiNx膜沉积及电极接触特性，因此需要进行改进。此外，采用现有的刻蚀装置在去除PSG后仍有较多的非活性磷残留，给电池片的电性能带来了不利影响。
因此，开发一种用于晶体硅片的刻蚀装置，以彻底去除硅片表面非活性磷，降低表面复合，提升电池片的电性能，显然具有积极的现实意义。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种用于晶体硅片的刻蚀装置。
为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于晶体硅片的刻蚀装置，包括依次排列的用于去除杂质玻璃层的酸洗槽、氧化槽、水膜槽、刻蚀槽、第一碱槽、第一水槽、酸槽。
上文中，所述去除杂质玻璃层的酸洗槽是用来将制绒、扩散后的晶体硅片的N面的杂质玻璃层去除。采用的酸洗的药液为氢氟酸与纯水的混合液，处理时间为50~120s，温度为19~25℃；氢氟酸与纯水的体积比为1：5~5.5。
所述氧化槽是用来将晶体硅片的N面进行氧化，在硅片的N面形成二氧化硅氧化层。优选的，所述氧化槽为臭氧氧化槽。即可以采用臭氧氧化法在硅片的N面形成二氧化硅氧化层。优选的，二氧化硅氧化层的厚度为5~30纳米。其作用为：①用于水膜的浸润成膜；②保护硅片N面除绒面尖峰外区域不被碱液腐蚀；③氧化去除PSG后硅片表面残留的非活性磷。
所述水膜槽是用来在上述二氧化硅氧化层上形成水膜。用于保护N面PN结不被刻蚀槽腐蚀。
所述刻蚀槽采用“水上漂”方式腐蚀，硅片在液面之上，通过液体的张力使液面与硅片P面及边缘接触去除PN结。刻蚀的药液为硝酸、氢氟酸和纯水的混合液，处理时间为30~60s，温度为6~10℃；或者，所述步骤（4）中，刻蚀的药液为浓碱液，所述浓碱液为氢氧化钾或者氢氧化钠、纯水的混合液，处理的时间为50~100s，温度为22~28℃。
所述第一碱槽采用浸没或者喷淋方式药液接触硅片N面去除绒面尖峰。碱洗的药液为氢氧化钾或者氢氧化钠溶液，处理时间为时间10~30s，温度为19~25℃。
所述酸槽的作用为将硅片表面的氧化膜及连带的非活性杂质原子（如磷）去除，中和掉微量的碱液（如钾离子）。酸洗的药液为氢氟酸与纯水的混合液，处理时间为40~80s，温度为19~25℃。优选的，所述氢氟酸与纯水的体积比为1：5.5~6。
上文中，p是positive，正极的意思；P面即为正极面；n即是negative，负极的意思，N面即为负极面。
本实用新型采用先去除PSG、再重新制备氧化层的方式；对硅片N面进行氧化，可以将硅片表面的非有效磷氧化；重新制备的氧化层还会将绒面尖峰区域与正常区域差异化，从而在碱洗时将尖峰区域平坦化，并在后续的酸洗中将氧化膜及连带的非活性磷去除。
优选的，所述用于去除杂质玻璃层的酸洗槽、氧化槽之间还设有干燥设备。
上文中，刻蚀之前可以先进行制绒和扩散，制绒后的绒面为黑硅绒面。可以采用金属催化腐蚀法来制备黑硅绒面，也可以采用其他现有的方法。当然，制绒后的绒面也可以是常规绒面。
上述技术方案中，所述刻蚀槽为酸槽，所述刻蚀槽和碱槽之间还设有第二水槽。
或者，所述刻蚀槽为碱槽，且碱槽中碱溶液的浓度大于第一碱槽中溶液的浓度。
优选的，所述刻蚀槽和碱槽之间还设有第二水槽。
上述技术方案中，所述酸槽之后还设有第三水槽和风干槽。
上述技术方案中，所述氧化槽为臭氧氧化槽。可以使用射频、UV等方式制备出臭氧通入，以喷淋气体方式接触硅片并形成氧化层。
上述技术方案中，所述臭氧氧化槽包括设于槽体上方的臭氧气体喷淋装置。
上述技术方案中，所述水膜槽包括设于槽体上方的喷淋机构。
上述技术方案中，所述酸洗槽和所述氧化槽之间还设有用于干燥硅片表面药液的干燥装置，所述干燥装置为风刀或者压杆。
上述技术方案中，刻蚀装置为水平传输的链式结构。
上述技术方案中，所述晶体硅片传输时浸没在所述第一碱槽的溶液中。
或者，所述刻蚀装置包括设于第一碱槽上方的喷淋机构。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、本实用新型采用了用于去除杂质玻璃层的酸洗槽和氧化槽，先去除PSG、再重新制备氧化层，而对硅片N面进行氧化制备氧化层，不仅可以将硅片表面的非有效磷氧化，而且还会将绒面尖峰区域与正常区域差异化，从而在碱洗时，碱液会透过绒面尖峰区域上的疏松的氧化层与尖峰区域反应将尖峰区域平坦化，并在后续的酸洗中将氧化膜及连带的非活性磷去除，从而实现了彻底去除硅片表面非活性磷的目的，降低表面复合，提升电池片的电性能，显然具有积极的现实意义；
2、本实用新型通过用于去除杂质玻璃层的酸洗槽和氧化槽，实现了去除PSG后的再次氧化，绒面的尖端区域至少部分被氧化为氧化层，后续最后的酸洗步会去除在氧化工艺中形成在硅片表面的氧化层，因此，进一步完成了去除了绒面中的不规则尖峰区域，有利于后续SiNx膜沉积及电极的良好接触，有利于电池片的电性能的提升；
3、实验证明，与现有技术相比，采用本实用新型的装置得到的电池片的电池的效率有0.07~0.1%左右的提升，取得了极佳的效果；
4、本实用新型的设备结构简单，与现有工业化生产工艺兼容性较好，可以快速移植到工业化生产中，适于推广应用。
附图说明
图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
图2是本实用新型实施例二的结构示意图。
其中：1、用于去除杂质玻璃层的酸洗槽；2、氧化槽；3、水膜槽；4、刻蚀槽；5、第二水槽；6、第一碱槽；7、第一水槽；8、酸槽；9、第三水槽；10、风干槽。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进一步描述。
实施例一：
参见图1所示，一种用于晶体硅片的刻蚀装置，包括依次排列的用于去除杂质玻璃层的酸洗槽1、氧化槽2、水膜槽3、刻蚀槽4、第二水槽5、第一碱槽6、第一水槽7、酸槽8、第三水槽9和风干槽10。
该刻蚀装置为水平传输的链式结构。
所述酸洗槽1和所述氧化槽2之间还设有用于干燥硅片表面药液的干燥装置。该干燥装置为风刀或者压杆，以将酸洗后的硅片干燥后再进入氧化槽中。
所述氧化槽为臭氧氧化槽。所述臭氧氧化槽包括设于槽体上方的臭氧气体喷淋装置。
所述水膜槽包括设于槽体上方的喷淋机构。
酸洗槽1采用酸洗的方法，时间50~120s，温度22±3℃，药液为氢氟酸与纯水的混合液，槽内8~10wt%左右；（换算成体积比HF：H2O≈1：5~5.5，HF原液，49wt%）；
氧化槽2：采用臭氧氧化，时间20~60s，臭氧浓度为200~800ppm，流量为30~50L/min，氧化膜厚约20nm；
水膜槽3：采用纯水进行喷淋，喷淋量：10~40ml/pcs；
刻蚀槽4：药液成分为硝酸（原液69 wt%）、氢氟酸（原液49 wt%），纯水，体积比HNO3：HF：H2O=4.7：1：3.3；刻蚀时间30~60s，温度控制在8±2℃；
第二水槽5：水洗时间20~50s，浸没、喷淋纯水冲洗药液；
第一碱槽6：碱洗时间10~30s，温度为22±3℃，药液成分为氢氧化钾或者氢氧化钠、纯水，使用氢氧化钾（原液48 wt%），与纯水的体积比为KOH：H2O=1：70；
第一水槽7：水洗时间20~50s，浸没、喷淋纯水冲洗药液；
酸槽8：酸洗时间40~80s，温度22±3℃，药液为氢氟酸与纯水的混合液，槽内7wt%；
第三水槽9：水洗时间20~50s，浸没、喷淋纯水冲洗药液；
风干槽10：通过50~60℃的CDA使用风刀干燥。
实施例二：
参见图2所示，一种用于晶体硅片的刻蚀装置，包括依次排列的用于去除杂质玻璃层的酸洗槽1、氧化槽2、水膜槽3、刻蚀槽4、第一碱槽6、第一水槽7、酸槽8、第三水槽9和风干槽10。
该刻蚀装置为水平传输的链式结构。
所述酸洗槽1和所述氧化槽（2）之间还设有用于干燥硅片表面药液的干燥装置。该干燥装置为风刀或者压杆，以将酸洗后的硅片干燥后再进入氧化槽中。
所述氧化槽为臭氧氧化槽。所述臭氧氧化槽包括设于槽体上方的臭氧气体喷淋装置。
所述水膜槽包括设于槽体上方的喷淋机构。
酸洗槽1采用酸洗的方法，时间50~120s，温度22±3℃，药液为氢氟酸与纯水的混合液，槽内8~10wt%左右；（换算成体积比HF：H2O≈1：5~5.5，HF原液，49wt%）；
氧化槽2：采用臭氧氧化，时间20~60s，臭氧浓度为200~800ppm，流量为30~50L/min，氧化膜厚约20nm；
水膜槽3：采用纯水进行喷淋，喷淋量：10~40ml/pcs；
刻蚀槽4：刻蚀：药液为浓碱液（浓度：15~20wt%），氢氧化钾（KOH原液浓度为48wt%）、纯水，体积比约KOH:H2O=1:2.5~3.5，处理温度为22~28℃，处理时间为50s~100s；
第一碱槽6：碱洗时间10~30s，温度为22±3℃，药液为稀碱液（2~5wt%），药液成分为氢氧化钾或者氢氧化钠、纯水，使用氢氧化钾（原液48 wt%），与纯水的体积比为KOH：H2O=1：70；
第一水槽7：水洗时间20~50s，浸没、喷淋纯水冲洗药液；
酸槽8：酸洗时间40~80s，温度22±3℃，药液为氢氟酸与纯水的混合液，槽内7wt%；
第三水槽9：水洗时间20~50s，浸没、喷淋纯水冲洗药液；
风干槽10：通过50~60℃的CDA使用风刀干燥。
Claims (10)
1.一种用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：包括依次排列的用于去除杂质玻璃层的酸洗槽(1)、氧化槽(2)、水膜槽(3)、刻蚀槽(4)、第一碱槽(6)、第一水槽(7)、酸槽(8)。
2.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述刻蚀槽为酸槽，所述刻蚀槽和碱槽之间还设有第二水槽(5)。
3.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述刻蚀槽为碱槽，且碱槽中碱溶液的浓度大于第一碱槽（6）中溶液的浓度。
4.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述酸槽之后还设有第三水槽(9)和风干槽(10)。
5.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述氧化槽为臭氧氧化槽。
6.根据权利要求5所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述臭氧氧化槽包括设于槽体上方的臭氧气体喷淋装置。
7.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述水膜槽包括设于槽体上方的喷淋机构。
8.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述酸洗槽（1）和所述氧化槽（2）之间还设有用于干燥硅片表面药液的干燥装置，所述干燥装置为风刀或者压杆。
9.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：刻蚀装置为水平传输的链式结构。
10.根据权利要求1所述的用于晶体硅片的刻蚀装置，其特征在于：所述晶体硅片传输时浸没在所述第一碱槽（6）的溶液中。
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| CN109119338A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-01-01 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种高背抛光与高效单晶工艺 |
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