CN215266340U - 一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机，包括：若干放置不同清洗溶液的槽体；每个槽体内均配置有用于支撑硅片的滚轮；每个滚轮外壁均具有若干齿槽；齿槽可在硅片被架设平放于滚轮上时从槽体内载入清洗溶液对硅片背面及外缘面处的磷硅玻璃层进行清洗，并推动硅片沿滚轮形成的链式传输结构上依次经过不同清洗溶液的槽体，以去除硅片表面及外缘面处的磷硅玻璃层；其中，至少其中一个槽体内滚轮中的所有齿槽的齿距和齿深与其它所有槽体内滚轮中的所有齿槽不同。本实用新型仅通过在不同槽体内设置不同齿槽尺寸的链式滚轮传输结构，以去除硅片背面及边缘面上的PSG和PN结，获得硅片平整度和抛光度较现有工艺分别提高24‑27％和25‑28％。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能电池制造技术领域，尤其是涉及一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机。
背景技术
由于扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层SiO2，在高温下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成一层含有磷元素的SiO2，即称为PSG(磷硅玻璃层)。硅片的背面及边缘部分一旦出现PSG，使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减，降低电池的转换效率。
同时在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式，硅片的所有表面包括侧壁面的边缘部分都将不可避免地扩散上磷，而且在硅片的背面及边缘面上也扩散有PN结。而PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到具有PN结的背面，而造成短路，此短路通道等效于降低并联电阻。
现有的常规去除方法是采用槽式刻蚀的方式进行，即所有硅片均是立放设置在花篮中进行清洗去除，且刻蚀是采用HF+HNO3+H2SO4的混合溶液进行，既要去除硅片背面及外缘面上的磷硅玻璃，也要去除硅片背面及外缘面上的PN结，这种混合式去除方式虽然能去除磷硅玻璃层和PN结层，但获得的硅片的平整度和抛光度较差，无法达到标准要求，成本增加2-3倍。若直接更换设备，则需要增加多种工序的机器，且整条生产线都需要改变，生产成本较高。
因此，如何设计一种在保留现有刻蚀机主体结构不变的条件下，改变其刻蚀装置及刻蚀工艺，在完全且快速精准地去除硅片背面及侧壁面上的磷硅玻璃层和PN结层的基础上，获得更好平整度和抛光度的硅片，以提高刻蚀效果，是本申请实用新型的重点。
实用新型内容
本实用新型提供一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机，主要是解决如何在去除太阳能电池片背面及外缘面上的磷硅玻璃和PN结的基础上，获得合格平整度和抛光度的硅片的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种太阳能电池片清洗装置，包括：
若干个放置不同清洗溶液的槽体；
每个所述槽体内均配置有由若干间隔设置的滚轮；
每个所述滚轮的外壁均具有若干齿槽；
所述齿槽可在硅片被架设平放于所述滚轮上时从所述槽体内载入清洗溶液对所述硅片背面及外缘面处的磷硅玻璃层进行清洗，并推动所述硅片沿所述滚轮形成的链式传输结构上依次经过不同清洗溶液的所述槽体，以去除所述硅片表面及外缘面处的磷硅玻璃层；
其中，至少其中一个所述槽体内所述滚轮中的所有所述齿槽的齿距和齿深与其它所有所述槽体内所述滚轮中的所有所述齿槽不同。
进一步的，每个所述滚轮中的所有所述齿槽均沿所述滚轮的轴线绕设于所述滚轮外壁面呈螺旋结构设置；并
均垂直于所述滚轮轴线均匀间隔设置；
且所有所述滚轮的最大外径及长度均相同。
进一步的，所述至少其中一个所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距较所述其它所有所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距小；并
置于第一个所述槽体内所述滚轮中的所述齿槽的齿深较其它所有所述槽体内所述滚轮中的所述齿槽的齿深大。
进一步的，所述至少其中一个所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距相同，范围为1.75-3.75mm。
进一步的，所述至少其中一个所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿深相同，范围为2.05-3.65mm。
进一步的，所述其它所有所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距相同，范围为1.95-3.95mm。
进一步的，所述其它所有所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿深相同，范围为1.9-3.5mm。
进一步的，在所述其它所有所述槽体内还配设有与所述滚轮上下相对设置的辊轴；所述辊轴与所述滚轮旋转配合以防止所述硅片偏移；
所述辊轴包括若干活动连接设置的短轴；
在相邻所述短轴的连接处设有凸台；
所述辊轴与所述滚轮之间具有间隙；
所述辊轴端部设有与置于所述滚轮端部的从动齿轮相啮合的联动齿轮。
进一步的，还包括：
用于驱动所述滚轮与所述辊轴同步旋转的驱动轴；
所述驱动轴被设于所述滚轮和所述辊轴的同一端侧；
所述驱动轴上设有与所述从动齿轮啮合的驱动齿轮。
一种刻蚀机，至少包括如上任一项所述的清洗装置，还包括：
设于所述清洗装置之前的氧化装置；以及
设于所述清洗装置之后的碱抛装置；
其中，所述碱抛装置采用花篮承载立放的所述硅片的方式对所述硅片的背面及外缘面上的PN结进行去除；
所述至少其中一个所述槽体被设于靠近所述氧化装置一侧设置；所述其它所有所述槽体均被置于靠近所述碱抛装置一侧设置。
与现有技术相比，采用本实用新型设计的一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机，获得的硅片平整度和抛光度分别提高了24-27％和25-28％。本实用新型提出的清洗装置，结构设计合理，在不改变原有刻蚀机主体结构的条件下，仅通过在不同槽体内设置不同齿槽尺寸的链式滚轮传输结构，以改变不同液体对硅片背面的清洗效果，即可先完全去除硅片背面及其边缘上的PSG，然后再在碱洗装置中对硅片背面及边缘上的PN结进行去除，分批次精准去除硅片背面及边缘面上的PSG和PN结，以获得完全且干净的具有正面PN结的硅片，清洗效率高且清洗效果好，同时亦不会出现过刻现象。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的一种太阳能电池片清洗装置的结构示意图；
图2是本实用新型一实施例的齿槽一和齿槽二的结构示意图；
图3是本实用新型一实施例的A部放大的结构示意图；
图4是本实用新型另一实施例的一种太阳能电池片清洗装置的结构示意图；
图5是本实用新型一实施例的刻蚀机的结构示意图；
图6是本实用新型一实施例的刻蚀工艺的流程图。
图中：
10、槽体一 11、滚轮一 12、齿槽一
20、槽体二 21、滚轮二 22、齿槽二
23、辊轴 24、短轴 25、凸台
30、槽体三 40、驱动轴 50、主动齿轮
60、从动齿轮 70、联动齿轮 80、驱动源
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
本实施例提出一种太阳能电池片清洗装置，如图1所示，包括若干个放置不同清洗溶液的槽体；每个槽体内均配置有用于支撑并带动硅片移动的且并排间隔设置的若干滚轮。其中，硅片的背面与旋转的滚轮的外径面接触，并沿滚轮的长度方向上可设置若干组并排且间隔设置。受滚轮旋转的作用力，硅片被滚轮带动逐步向前平移，硅片移动的方向垂直于滚轮的长度设置。在每个滚轮的外壁径向周缘均设置有若干用于暂存溶液与硅片接触的齿槽，所有齿槽均沿滚轮的轴线长度方向绕设于滚轮外壁面呈螺旋结构设置，并均匀间隔地垂直于滚轮的轴线上，且所有滚轮的最大外径及长度均相同，且所有槽体的长度也都相同。齿槽可在硅片被架设平放于滚轮上时从槽体内载入清洗溶液对硅片背面及外缘面处的磷硅玻璃层进行清洗，并推动硅片沿滚轮形成的链式传输结构上依次经过不同清洗溶液的槽体，以去除硅片表面及外缘面处的磷硅玻璃层。旋转的滚轮不仅可带动硅片逐步向前移动，同时设置的齿槽可暂存清洗溶液随滚轮的旋转使得其内的清洗溶液对硅片的下端面及外缘面进行完全接触，以去除硅片背面及外缘面的PSG，在保证硅片放置稳定性和安全性的同时，还可最大限度地使清洗溶液去除PSG并完全清洗掉PSG。
具体地，至少其中一个槽体内的滚轮中的所有齿槽的齿距和齿深与其它所有槽体内滚轮中的所有齿槽的齿距和齿深尺寸不同。这一结构根据不同槽体内清洗溶液对去除PSG的强度程度不同而设置不同齿槽结构的滚轮，以获得快速且精准地对硅片的背面及其外壁周缘上的PSG做完整地处理，从而获得合格且优质的待刻蚀硅片。
在本实施例中，各槽体主要是在刻蚀电池片之前先将硅片背面及侧壁面上的PSG去除掉，设有三个槽体，分别是用于腐蚀PSG的槽体一10、和清洗硅片的槽体二20和槽体三30，并基于硅片传递的方向，槽体一10被设于靠近硅片初始下料位置一侧设置；槽体二20和槽体三30依次设置在槽体一10远离硅片初始下料位置一侧设置。其中，槽体一10内的清洗溶液为酸洗溶液，是质量分数为3-5％的HF，主要用于去除PSG。由于由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层SiO2，在高温下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG。通过HF可去除硅片背面及外缘面的SiO2。HF去除PSG的化学原理是：
SiO2+4HF＝SiF4+2H2O
SiF4+2HF＝H2[SiF6]
SiO2+6HF＝H2[SiF6]+2H2O
在槽体一10中HF与SiO2反应，最终形成可溶性的H2[SiF6]而去除掉，当硅片从HF溶液的槽体一10出来时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净，可在槽体一10中适当补些HF。
槽体二20和槽体三30中的清洗溶液均为超纯水，槽体二20中的超纯水主要用于清洗去除硅片表面残留的酸液HF，并对硅片背面及外缘面的H2[SiF6]进行清洗。槽体三30中的超纯水主要是用于进一步清洗硅片，使其背面及侧壁面的边缘完全被清洗干净，为后续的刻蚀硅片背面及边缘面的PN结的去除奠定基础。
进一步的，槽体一10中设有滚轮一11和齿槽一12；槽体二20和槽体三30中具有相同的滚轮二21和齿槽二22；所有槽体结构和尺寸均相同，所有滚轮的最大外径和长度均相同，即槽体一10、槽体二20和槽体三30的结构和尺寸都相同；滚轮一11和滚轮二21的外径相同，且其长度与槽体一10的长度都相同。所有滚轮中的齿槽均垂直于滚轮的轴线设置，并配置于所有槽体内的所有滚轮均位于同一高度位置设置。
如图2所示，槽体一10中的滚轮一11上的所有齿槽一12的齿距W1较槽体二20和槽体三30中的滚轮二21上的所有齿槽二22的齿距W2小；并槽体一10中的滚轮一11上的所有齿槽一12的齿深H1较槽体二20和槽体三30中的滚轮二21上的所有齿槽二22的齿深H2大。齿槽一12齿距W1较小，则相应地，对于同外径结构的滚轮而言，滚轮一11上的齿槽数量较多，齿槽分布较密集，也就是用于盛放酸性清洗溶液的数量增加，相对于同一位置放置的同一尺寸型号的硅片，酸性清洗溶液与硅片的接触面积增加，相应地，可提高硅片背面及侧壁面外缘上的PSG被HG腐蚀的速度。槽体一10中滚轮一11上的所有齿槽一12的齿距W1均相同，范围为1.75-3.75mm；若齿距W1的范围大于3.75mm，使得齿槽一12的齿深H1就会变浅，则无法达到HF酸液增量去除PSG的目的；若齿距W1的范围小于1.75mm，使得齿槽一12较薄，不易于加工，且其强度也会变弱。优选地，齿槽一12的齿距W1为2.75mm，对硅片背面及侧壁面外缘上的PSG的腐蚀效果最好。
同时，齿槽一12的齿深高度H1较齿槽二22的齿深高度大，无论是滚轮一11是静置或是旋转，则表示齿槽一12中HF溶液的存储量可进一步加大，当与硅片背面接触时，齿槽一12在受滚轮一11旋转力的作用会使被甩出的HF溶液的流量及续增加，从而可进一步提高对硅片背面及侧壁面外缘上的PSG的腐蚀速度，提高去除质量。其中，槽体一10中的滚轮一11上的所有齿槽一12的齿深H1均相同，范围为2.05-3.65mm；当齿槽一12的齿深大于3.65mm时，则会导致相邻齿槽一12会使滚轮一11的轴杆直径变细，会降低滚轮一11的旋转强度和齿槽一12的支撑强度，导致硅片放置不稳；当齿槽一12的深度小于2.05mm时，则会削弱齿槽一12存储HF溶液的存储量，降低其与硅片持续接触的效果。优选地，齿槽一12的齿深H1为2.85mm，在保证滚轮一11自身强度的同时，还可最大限度地提高齿槽一12存放HF溶液的容量，可持续不断地提供空间存储HF溶液，以加速对硅片背面及侧壁面外缘上的PSG的腐蚀质量，提高腐蚀效率。
如图2所示，因槽体二20和槽体三30均设存储超纯水，分别对硅片表面上的HF酸性溶液和表面杂质进行清洗，则槽体二20和槽体三30中滚轮二21上的所有齿槽二22的齿距W2均相同，范围为1.95-3.95mm；这是由于，若齿槽二22的齿距W2的尺寸大于3.95mm，则会使得其齿深H2较浅，无法存放过多的超纯水清洗溶液，从而会减弱对硅片的清洗效果；若齿槽二22的齿距W2的尺寸小于1.95mm，则会提高齿槽二22的加工难度，同时还会加重滚轮二21的重量，不利于滚轮二21的驱动，同时亦会加重滚轮二21的旋转速度，会对硅片产生很大的作用力驱动硅片移动，导致硅片裂片较多；优选地，齿槽二22的齿距W2为2.95mm，清洗效果较好。同时，槽体二20和槽体三30中的滚轮二21上的所有齿槽二22的齿深H2均相同，范围为1.9-3.5mm；若齿槽二22的齿深H2大于3.5mm，则会降低滚轮二21的强度；若齿槽二22的齿深H2小于1.9mm，则会导致齿槽二22中存储清洗溶液的容量较小，会减弱对硅片的清洗效果；优选地，齿槽二22的齿深H2为2.7mm，在保证滚轮二21旋转强度和齿槽二22支撑强度的同时，还可进一步加大超纯水存储的容量和清洗效果。
进一步的，在槽体二20和槽体三30中还配设有与滚轮二21上下相对设置的辊轴23，辊轴23与滚轮二21旋转配合夹持硅片，以防止在超纯水清洗过程中硅片偏移。
如图1和图3所示，辊轴23包括若干活动连接设置的短轴24，活动连接的短轴24可使辊轴23整体旋转过程中有一定幅度的偏移，以降低其对硅片的压力。同时，在相邻短轴24的连接处设有凸台25，凸台25的直径大于短轴24的直径，使得在辊轴23旋转过程中，仅仅是凸台25与硅片轻触，而不是整个短轴24与硅片表面接触，这样不仅可减轻辊轴23整体的重量，而且还可提高其旋转的灵活性，降低驱动力，节约能源。辊轴23与滚轮二21之间具有间隙，有利于硅片沿传输的方向向前移动。
进一步的，清洗装置还包括用于驱动滚轮一11、滚轮二21和辊轴23同步旋转的驱动轴40，在滚轮二21的端部设有从动齿轮60，在辊轴23的端部设有联动齿轮70，驱动轴40在与从动齿轮60所在的位置处设有与从动齿轮60啮合的主动齿轮50，结构如图1所示，从动齿轮60和从动齿轮60相啮合连接；且驱动轴40和所有齿轮均设置在槽体的同一侧，即设置在滚轮和辊轴23的同一端侧，有利于节约空间和工作的观察。
在本实施例中，只有一个驱动源80带动驱动轴40进行驱动，主动齿轮50与驱动轴40同轴设置，且为锥台面设置的齿轮结构；相应地，从动齿轮60与并行设置的滚轮一11和滚轮二21的轴上设置，从动齿轮60包括直齿段和斜齿段，直齿段与设置在辊轴23端部上的联动齿轮70啮合，其斜齿段与主动齿轮50啮合，且从动齿轮60中的斜齿段与主动齿轮50啮合角度为90°。驱动轴40的旋转带动主动齿轮50驱动从动齿轮60中的斜齿段旋转，从而带动滚轮一11和滚轮二21同步旋转，相应地，滚轮二21中的直齿段与辊轴23端部的联动齿轮70啮合，从而使联动齿轮70带动辊轴23旋转，进而使滚轮一11和滚轮二22同步同向旋转，并使滚轮二22和辊轴23同步逆向旋转，从而带动硅片同步向远离槽体一10的方向移动。
如图4所示，为不同驱动源80带动驱动轴40驱动，槽体一10、槽体二20和槽体三30分别被三个不同的驱动源80带动三个驱动轴40，分别用于驱动槽体一10中的滚轮一11、槽体二20中的滚轮二21和槽体三30中的滚轮二21。这样设置的目的是可设置不同旋转速度的滚轮带动硅片移动，优选地，为了防止随硅片移动的方向出现硅片堆积或撞片风险，采用差异带速的分段设置，即槽体一10、槽体二20和槽体三30中的硅片移动速度逐步提高，可进一步拉开硅片的间距，降低撞片的发生，在保证清洗效果的前提下，提高传输效率，节约清洗时间。
一种刻蚀机，结构如图5所示，至少包括如上所示的清洗装置，在清洗装置之前还设有氧化装置，在清洗装置之后还设有碱抛装置。
其中，氧化装置是采用激光重掺的工艺在硅片正面上生长一层SiO2氧化层，主要用于保护硅片正面PN结在后续碱洗装置过程中不被腐蚀掉；碱抛装置主要是去除硅片背面及边缘面上的PN结，采用花篮承载硅片的方式使硅片立放于槽体内的药液中进行碱腐抛光。具体地，氧化装置和碱抛装置均为本领域中的常用结构，详细附图在此省略。
进一步的，清洗装置中的设有HF清洗溶液的槽体一10靠近氧化装置一侧设置；清洗装置中的设有超纯水清洗溶液的槽体三30靠近碱抛装置一侧设置。
一种刻蚀工艺，至少采用如上所述的清洗装置，流程如图6所示，步骤包括：
S1、在硅片正面生长一层氧化层。
采用激光重掺的工艺在硅片的正面上进行氧化，生长一层SiO2氧化层，目的是保护硅片正面上的PN结在后续去除硅片背面及边缘面上的PN结时防止被腐蚀掉；其中，激光重掺氧化工艺为本领域中的常规氧化工艺，在此不再详述。
S2、去除硅片背面及外缘面上的磷硅玻璃层。
S21、先执行对硅片背面及外缘面进行酸液清洗。
具体地，在槽体一10内放置酸性清洗溶液HF，目的是去除硅片背面及外壁面边缘的PSG，为后续刻蚀工序提供质量合格的硅片。其中，HF酸液清洗槽体一10中的滚轮一11的齿槽一12的齿距W1和齿深H1与除酸清洗槽体二20和净液清洗槽体三30中的滚轮二21的齿槽二22的齿距W2和齿深H2不同。目的是使每个硅片背面与酸液清洗中的清洗溶液HF接触的面积大于其与除酸清洗和净液清洗中的清洗溶液超纯水接触的面积。
酸液清洗中的清洗溶液HF的质量分数为3-5％，且滚轮一11带动硅片的设定速度为2.2-2.4m/min；优选地，滚轮带动硅片在酸液清洗、除酸清洗和净液清洗的速度依次增大；也即是硅片在槽体一10、槽体二20和槽体三30中的速度逐步提高，但其范围均在2.2-2.4m/min内，目的是扩大两排硅片之间的间距，防止出现撞片风险。此时，采用三种驱动源80控制三个驱动轴40，以分别控制槽体一10中的滚轮一11、槽体二20中的滚轮21和槽体三30中的滚轮二21以不同的速度进行旋转，以保证硅片在槽体一10、槽体二20和槽体三30中的速度逐步提高，结构如图4所示。
当然，对于相邻两排的硅片间隔距离较大的清洗装置，硅片在槽体一10中的速度可以与其在槽体二20、槽体三30中的速度相同，此时槽体一10中的滚轮一11、槽体二20和槽体三30中的滚轮二21可使用同一个驱动源80驱动同一个驱动轴40进行操作，如图1所示，以满足所有硅片同步移动。
在槽体一10中HF与SiO2反应，最终形成可溶性的H2[SiF6]而去除掉，当硅片从HF溶液的槽体一10出来时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净，可在槽体一10中适当补些HF。
进一步的，如图2所示，槽体一10中的滚轮一11上的所有齿槽一12的齿距W1较槽体二20和槽体三30中的滚轮二21上的所有齿槽二22的齿距W2小；并槽体一10中的滚轮一11上的所有齿槽一12的齿深H1较槽体二20和槽体三30中的滚轮二21上的所有齿槽二22的齿深H2大。齿槽一12齿距W1较小，则相应地，对于同外径结构的滚轮而言，滚轮一11上的齿槽数量较多，齿槽分布较密集，也就是用于盛放酸性清洗溶液的数量增加，相对于同一位置放置的同一尺寸型号的硅片，酸性清洗溶液与硅片的接触面积增加，相应地，可提高硅片背面及侧壁面外缘上的PSG被HG腐蚀的速度。槽体一10中滚轮一11上的所有齿槽一12的齿距W1均相同，范围为1.75-3.75mm；若齿距W1的范围大于3.75mm，使得齿槽一12的齿深H1就会变浅，则无法达到HF酸液增量去除PSG的目的；若齿距W1的范围小于1.75mm，使得齿槽一12较薄，不易于加工，且其强度也会变弱。优选地，齿槽一12的齿距W1为2.75mm，对硅片背面及侧壁面外缘上的PSG的腐蚀效果最好。
同时，齿槽一12的齿深高度H1较齿槽二22的齿深高度大，无论是滚轮一11是静置或是旋转，则表示齿槽一12中HF溶液的存储量可进一步加大，当与硅片背面接触时，齿槽一12在受滚轮一11旋转力的作用会使被甩出的HF溶液的流量及续增加，从而可进一步提高对硅片背面及侧壁面外缘上的PSG的腐蚀速度，提高去除质量。其中，槽体一10中的滚轮一11上的所有齿槽一12的齿深H1均相同，范围为2.05-3.65mm；当齿槽一12的齿深大于3.65mm时，则会导致相邻齿槽一12会使滚轮一11的轴杆直径变细，会降低滚轮一11的旋转强度和齿槽一12的支撑强度，导致硅片放置不稳；当齿槽一12的深度小于2.05mm时，则会削弱齿槽一12存储HF溶液的存储量，降低其与硅片持续接触的效果。优选地，齿槽一12的齿深H1为2.85mm，在保证滚轮一11自身强度的同时，还可最大限度地提高齿槽一12存放HF溶液的容量，可持续不断地提供空间存储HF溶液，以加速对硅片背面及侧壁面外缘上的PSG的腐蚀质量，提高腐蚀效率。
如图2所示，因槽体二20和槽体三30均设存储超纯水，分别对硅片表面上的HF酸性溶液和表面杂质进行清洗，则槽体二20和槽体三30中滚轮二21上的所有齿槽二22的齿距W2均相同，范围为1.95-3.95mm；这是由于，若齿槽二22的齿距W2的尺寸大于3.95mm，则会使得其齿深H2较浅，无法存放过多的超纯水清洗溶液，从而会减弱对硅片的清洗效果；若齿槽二22的齿距W2的尺寸小于1.95mm，则会提高齿槽二22的加工难度，同时还会加重滚轮二21的重量，不利于滚轮二21的驱动，同时亦会加重滚轮二21的旋转速度，会对硅片产生很大的作用力驱动硅片移动，导致硅片裂片较多；优选地，齿槽二22的齿距W2为2.95mm，清洗效果较好。同时，槽体二20和槽体三30中的滚轮二21上的所有齿槽二22的齿深H2均相同，范围为1.9-3.5mm；若齿槽二22的齿深H2大于3.5mm，则会降低滚轮二21的强度；若齿槽二22的齿深H2小于1.9mm，则会导致齿槽二22中存储清洗溶液的容量较小，会减弱对硅片的清洗效果；优选地，齿槽二22的齿深H2为2.7mm，在保证滚轮二21旋转强度和齿槽二22支撑强度的同时，还可进一步加大超纯水存储的容量和清洗效果。
S22、对酸洗后的硅片进行除酸清洗。
除酸清洗中槽体二20的清洗溶液为超纯水溶液，由于硅片被HF的槽体一10中移出后，在硅片背面还残留一部分的酸液被带到槽体二20中，故需要用超纯水对硅片进行除酸清洗，同时还可将硅片背面和侧壁面外边缘的未清洗掉的可溶性的H2[SiF6]进行去除，从而可完全将硅片完全清洗掉。
S23、再对硅片进行净液清洗。
槽体三30中的清洗溶液也为超纯水溶液，所有硅片同向以设定速度依次经过酸液清洗的槽体一10、除酸清洗的槽体二20，再进入净液清洗的槽体三30中，以测底清洗硅片表面，完全将硅片表面清洗干净，以获得硅片背面及外缘面无PSG、无酸洗液及其它杂质的硅片，为下一步的刻蚀工序奠定基础。
在本实施例中，硅片的边长尺寸为158-166mm，当然，也可以适用于尺寸大于166mm的大硅片尺寸，都在本案保护范围之内。
S3、去除硅片背面及外缘面上的PN结。
硅片依次通过刻蚀槽、碱洗槽、除碱槽和净水槽，其中，刻蚀槽中的溶液为HF+HNO3+H2SO4形成的混合溶液，对硅片背面及边缘面进行刻蚀，除去背面及边缘面上的PN结，使电流朝同一方向流动，发生的化学反应：
3Si+18HF+4HNO3→3H2SiF6+8H2O+4NO↑
在刻蚀过程中，H2SO4硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，增加溶液黏度，以增大溶液与硅片背面的界面张力和溶液密度，使硅片很好的浮于反应液上。
碱洗槽中设有如KOH或NaOH的清洗溶液，主要是中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液，去除硅片表面的多孔硅及其杂质，去除扩散形成的染色，KOH或NaOH溶液依靠冷却水降温保持在20℃左右。
以KOH溶液为例，主要发生的化学反应：
Si+2KOH+H2O＝K2SiO3+2H2↑
再使碱洗过的硅片再进入超纯水中的除碱槽中去除多余的碱液，并同时对硅片表面进行清洗；再使硅片进入超纯水中的净水槽中清洗硅片，使硅片的背面及边缘面完全去除PN结。在这一过程中，所有硅片均立放在片篮中，并被各槽体内的清洗溶液浸没，以完成去除硅片背面及边缘面上的PN结。
至此，完全将硅片背面及侧壁边缘面上的磷硅玻璃层和PN结全部清除，并且不影响硅片正面的PN结的质量，获得符合标准要求的电池片，为后续二次扩散做基础。
下面对同种硅片的清洗工艺做实施例：
实施例一：
S1、在硅片正面生长一层氧化层。
硅片边长尺寸为158mm。
S2、去除硅片背面及外缘面上的磷硅玻璃层。
S21、先执行对硅片背面及外缘面进行酸液清洗。
其中，槽体一10中滚轮一11的齿槽一12的齿距W1为1.75mm，齿深H1为2.05mm；槽体二20中滚轮二21的齿槽二22的齿距W2为1.95mm和齿深H2为1.9mm。
相应地，滚轮一11旋转速度均相同，为2.2m/min。
S22、对酸洗后的硅片进行除酸清洗。
其中，滚轮二21的旋转速度与滚轮一11的旋转速度相同，也为2.2m/min。
S23、再对硅片进行净液清洗。
S3、去除硅片背面及外缘面上的PN结。
最终，边长尺寸为158mm的硅片，采用现有工艺和本实施例工艺后，获得其平整度和抛光度的对比值如表1所示，由表1可知，采用本申请工艺获得的硅片的平整度和抛光度的值较现有技术好。
表1硅片边长尺寸为158mm获得的平整度和抛光度的对比值
实施例二：
S1、在硅片正面生长一层氧化层。
硅片边长尺寸为166mm。
S2、去除硅片背面及外缘面上的磷硅玻璃层。
S21、先执行对硅片背面及外缘面进行酸液清洗。
其中，槽体一10中滚轮一11的齿槽一12的齿距W1为3.75mm，齿深H1为3.65mm；槽体二20中滚轮二21的齿槽二22的齿距W2为3.95mm和齿深H2为3.5mm。
相应地，滚轮一11旋转速度均相同，为2.4m/min。
S22、对酸洗后的硅片进行除酸清洗。
其中，滚轮二21的旋转速度与滚轮一11的旋转速度相同，也为2.4m/min。
S23、再对硅片进行净液清洗。
S3、去除硅片背面及外缘面上的PN结。
最终，边长尺寸为166mm的硅片，采用现有工艺和本实施例工艺后，获得其平整度和抛光度的对比值如表2所示，由表2可知，采用本申请工艺获得的硅片的平整度和抛光度的值较现有技术好。
表2硅片边长尺寸为166mm获得的平整度和抛光度的对比值
实施例三：
S1、在硅片正面生长一层氧化层。
硅片边长尺寸为162mm。
S2、去除硅片背面及外缘面上的磷硅玻璃层。
S21、先执行对硅片背面及外缘面进行酸液清洗。
其中，槽体一10中滚轮一11的齿槽一12的齿距W1为2.75mm，齿深H1为2.85mm；槽体二20中滚轮二21的齿槽二22的齿距W2为2.95mm和齿深H2为2.7mm。
相应地，滚轮一11旋转速度均相同，为2.3m/min。
S22、对酸洗后的硅片进行除酸清洗。
其中，滚轮二21的旋转速度与滚轮一11的旋转速度相同，也为2.3m/min。
S23、再对硅片进行净液清洗。
S3、去除硅片背面及外缘面上的PN结。
最终，边长尺寸为162mm的硅片，采用现有工艺和本实施例工艺后，获得其平整度和抛光度的对比值如表3所示，由表3可知，采用本申请工艺获得的硅片的平整度和抛光度的值较现有技术好。
表3硅片边长尺寸为162mm获得的平整度和抛光度的对比值
采用本实用新型设计的一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机及刻蚀工艺，获得的硅片平整度和抛光度较现有工艺分别提高了24-27％和25-28％；本实用新型提出的清洗装置，本实用新型提出的清洗装置，结构设计合理，在不改变原有刻蚀机主体结构的条件下，仅通过在不同槽体内设置不同齿槽尺寸的链式滚轮传输结构，以改变不同液体对硅片背面的清洗效果，即可先完全去除硅片背面及其边缘上的PSG，然后再在碱洗装置中对硅片背面及边缘上的PN结进行去除，分批次精准去除硅片背面及边缘面上的PSG和PN结，以获得完全且干净的具有正面PN结的硅片，清洗效率高且清洗效果好，同时亦不会出现过刻现象。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，包括：
若干个放置不同清洗溶液的槽体；
每个所述槽体内均配置有由若干间隔设置的滚轮；
每个所述滚轮的外壁均具有若干齿槽；
所述齿槽可在硅片被架设平放于所述滚轮上时从所述槽体内载入清洗溶液对所述硅片背面及外缘面处的磷硅玻璃层进行清洗，并推动所述硅片沿所述滚轮形成的链式传输结构上依次经过不同清洗溶液的所述槽体，以去除所述硅片表面及外缘面处的磷硅玻璃层；
其中，至少其中一个所述槽体内所述滚轮中的所有所述齿槽的齿距和齿深与其它所有所述槽体内所述滚轮中的所有所述齿槽不同。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，每个所述滚轮中的所有所述齿槽均沿所述滚轮的轴线绕设于所述滚轮外壁面呈螺旋结构设置；并
均垂直于所述滚轮轴线均匀间隔设置；
且所有所述滚轮的最大外径及长度均相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，所述至少其中一个所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距较所述其它所有所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距小；并
置于第一个所述槽体内所述滚轮中的所述齿槽的齿深较其它所有所述槽体内所述滚轮中的所述齿槽的齿深大。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，所述至少其中一个所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距相同，范围为1.75-3.75mm。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，所述至少其中一个所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿深相同，范围为2.05-3.65mm。
6.根据权利要求4或5所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，所述其它所有所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿距相同，范围为1.95-3.95mm。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，所述其它所有所述槽体中的所述滚轮上的所有所述齿槽的齿深相同，范围为1.9-3.5mm。
8.根据权利要求1-2、4-5、7任一项所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，在所述其它所有所述槽体内还配设有与所述滚轮上下相对设置的辊轴；所述辊轴与所述滚轮旋转配合以防止所述硅片偏移；
所述辊轴包括若干活动连接设置的短轴；
在相邻所述短轴的连接处设有凸台；
所述辊轴与所述滚轮之间具有间隙；
所述辊轴端部设有与置于所述滚轮端部的从动齿轮相啮合的联动齿轮。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能电池片清洗装置，其特征在于，还包括：
用于驱动所述滚轮与所述辊轴同步旋转的驱动轴；
所述驱动轴被设于所述滚轮和所述辊轴的同一端侧；
所述驱动轴上设有与所述从动齿轮啮合的驱动齿轮。
10.一种刻蚀机，其特征在于，至少包括如权利要求1-9任一项所述的清洗装置，还包括：
设于所述清洗装置之前的氧化装置；以及
设于所述清洗装置之后的碱抛装置；
其中，所述碱抛装置采用花篮承载立放的所述硅片的方式对所述硅片的背面及外缘面上的PN结进行去除；
所述至少其中一个所述槽体被设于靠近所述氧化装置一侧设置；所述其它所有所述槽体均被置于靠近所述碱抛装置一侧设置。
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| CN202121734243.XU CN215266340U (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 一种太阳能电池片清洗装置、刻蚀机 |
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| CN114883190A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-09 | 江苏亚电科技有限公司 | 一种硅晶片单面去psg层方法 |
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