单晶硅电池片工艺.docx
- 文档编号:14010134
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:87.38KB
单晶硅电池片工艺.docx
《单晶硅电池片工艺.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单晶硅电池片工艺.docx(19页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
单晶硅电池片工艺
单晶硅电池片工艺(初稿)
工艺流程图:
硅片检验→硅片插入片盒→去除损伤层→制绒面→淋洗→中和→三级串连阶梯式清洗→烘干→扩散→周边刻蚀→硅片插入片盒→去除氧化层→三级串连阶梯式清洗→烘干→制备氮化硅→背面银铝浆→烘干→背面铝浆→烘干→正面银浆→烧结→测试分选→检验入库
1.单晶硅片质量检验标准
1.1外观检验
1.1.1基片大小:
125×125mm±0.5mm
1.1.2形状:
准方片
1.1.3直径:
∮150±1.0mmΦ165±1.0mm
1.1.4厚度:
280±30μm;在所规定区域内5个测量值的平均值。
1.1.5TTV(μm)totalthicknessvariation在选定圆片区域内,最大厚度变化值≤50μm
1.1.6表面缺陷:
≤2个深度不大于0.05mm
1.1.7破损及针孔:
无可见破损和针孔
1.1.8边缘缺损:
长度小于5mm,深度0.5的破损≤1个
1.1.9钜痕:
<5μm
1.1.10表面状况:
表面颜色均匀一致,无残留硅粉,无水迹
1.2电特性:
1.2.1晶体:
无位错直拉(CZ)单晶
1.2.2晶向:
(100)±3°
1.2.3导电类型:
P型(硼掺杂)
1.2.4电阻率(Ω·CM)0.5~2.0用四探针测量平均晶体电阻
1.2.5少子寿命:
>15μS
使用微波光电导方法,在未钝化区域内,扫描2×2mm区域,去2000次测量平均值,硅锭边缘部分红区内数据不包括在平均值的计算内。
1.2.6碳浓度:
≤5×10
1.2.7氧浓度:
≤1×10
1.3质量判断标准:
AQL2.5
2.硅片插入片盒:
2.1工具仪器:
25片片盒工作桌,凳子,真空吸附镊子
2.2原材料:
125×125mm硅片
2.3工艺过程:
把一定高度的硅片放于工作桌上,在操作者面前,用真空镊子把硅片吸起,把硅片放于片盒的最下一层,释放真空,硅片脱离真空吸附落于硅片盒的槽中。
重复上述动作,直至把任务完成。
2.4注意事项:
2.4.1人是最大的污染源,不要面对硅片说话,不要用手直接拿片盒,手上有钠离子、油类污染;
2.4.2操作人员要戴口罩、手套操作;
2.4.3硅片易碎,在操作过程中,工作人员要轻拿轻放,尽量减少碎片;
2.4.4真空吸头经常用酒精擦拭,在工作过程中,保持清洁。
3.硅片清洗:
3.1去除损伤层:
3.1.1目的:
在硅片切割过程中,引起晶体表面晶格损伤,为把PN结制作在良好的晶体上,去除硅片表面的损伤层。
3.1.2溶液浓度的配比:
NaOH:
H2O=8500:
34000(重量比)
在实际工作中,34000克纯水,添加10000克的氢氧化钠
3.1.3溶液的配制过程:
根据资料查明:
NaOH的融解热,10.4千卡/摩尔
8500÷40×10400=2210000卡
2210000÷34000=65(度)
结论:
8500克氢氧化钠,可以使34000克纯水温升65度,理论计算要与实践相结合,只要把纯水从室温升高至25℃左右凭借着氢氧化钠的温升就可以达到85℃了。
3.1.4试剂纯度:
纯水,18MΩ/CM氢氧化钠,电子纯
3.1.5溶液温度:
85±1℃
3.1.6腐蚀速率:
条件:
20%NaOH溶液,85℃,经验数据表明4μm/min(两边共同去除);内圆切割锯20μm/每边,线锯10μm/每边,通常内圆切割锯腐蚀时间10分钟,线锯腐蚀时间5~6.5分钟(根据实际情况摸索准确时间,经验数据,每隔几十片称量一次)
3.1.7反应机理:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
2880181224
在硅片表面每边去除10μm,两边共去除20μm
A.每片去除的重量:
△g=12.5×12.5×0.0020×2.33=0.728g
B.每片消耗的NaOH28:
80=0.728:
X
X=2.08g
C.每片产生多少Na2SiO328:
122=0.728:
X
X=3.172g
D.如果每配制一次NaOH溶液可以清洗3000片,每片消耗2.08克NaOH,则消耗6.240Kg,10Kg的NaOH,只剩下3.76Kg在达到2500片时要密切注视,每花篮硅片称量是否达到了设计要求。
E.如果去除损伤层3000片则生成9.516Kg的Na2SiO3,整个花篮上浮,使花篮定位不准确严重影响机械手的正常运转。
3.1.8注意事项与问题的讨论:
A.在整个去除损伤层的过程中,大量的H2气泡有可能依附到硅片上,使硅片上浮,在片盒上必须设计一个片盒“盖片”,或者片盒“挡棒”,防止硅片上浮;
B.关于去除损伤层时间的讨论:
现在硅片越来越薄,去除损伤层的时间可以大大缩短,要以实践为准。
在硅片表面制作绒面的过程中,也要腐蚀掉一层硅,既要PN结制作在良好的晶体上,又要不能使硅片太薄,易产生碎片;
3.2制绒面:
3.2.1目的:
为了提高效率减少光的反射,在硅片表面制作出直角四面棱锥,使入射光在硅片表面形成多次反射。
在P型[100]晶向上,利用晶体的各向异性,在晶体上腐蚀出正金字墙。
3.2.2溶液浓度的配制:
纯水:
氢氧化钠:
异丙醇:
硅酸钠=1000:
15~20:
45ml:
4~6g
3.2.3溶液的配制过程:
A.把预热槽用纯水洗净,把纯水打入预加热槽;
B.把纯水加热到85℃;
C.把预热槽的纯水打入绒面槽;
D.依次按比例把NaOH、异丙醇、硅酸钠加入到绒面槽中
E.等待温度恒定后进行操作
3.2.4试剂纯度:
纯水:
18MΩ/CM;氢氧化钠:
电子纯;异丙醇:
优级纯;硅酸钠:
优级纯
3.2.5溶液浓度:
85±1℃
3.2.6绒面的制备时间:
通常25~30分钟左右
3.2.7反应机理:
由于各晶面的面密度不同,腐蚀对各晶面有选择性。
(100)、(111)面的面密度分别为2/a2、4.6/a2,因此(100)面的腐蚀密度速度最大,(111)面的腐蚀速度最小。
所以腐蚀时(111)面最容易裸露在外面。
实验得知,(100)面的腐蚀速度比(111)面大35倍。
择优腐蚀对溶液浓度关系很大,浓度偏高则为抛光腐蚀;浓度偏低则为择优腐蚀。
异丙醇为消泡剂。
硅酸钠为缓冲腐蚀剂。
3.2.8注意事项与问题讨论:
A.绒面腐蚀时间:
通常为25分钟,根据绒面状况可以适当增加5~10分钟;
B.绒面的等直角棱锥体的下边长为多长,反射的光为最长?
实践表明,从统计规律来看,a=3~5μm从电池表面上反射的光线最少。
温度偏低一点,82℃,腐蚀速率慢一点,a的长度在3~5μm的可能性较大。
C.在绒面的腐蚀过程中,尤其是在开始的第一、第二批硅片,这种现象最严重,即绒面不连续。
这样就增大了反射光,减少了电池的转换效率。
NaOH与Si的反应生成硅酸钠,硅酸钠是一种缓腐剂,缓腐的速率与硅酸钠的浓度有很大关系,在反应初期,生成的硅酸钠浓度过低,低于0.1%时,反而引起加速反应,并有可能引起点腐蚀。
腐蚀速率过快就容易产生平地。
为克服上述现象,每次配制新的腐蚀溶液时增加0.4%~0.6%的硅酸钠,就是为了克服绒面不连续现象。
D.在绒面的制作过程中,会产生大量的H2气泡,附着在硅片上,根据情况,要不断的向溶液中增加异丙醇。
异丙醇是消泡剂。
(根据实际情况及经验确定其用量)
E.绒面腐蚀液时间久了,硅酸钠的含量逐渐增多,粘度也增大,比重增大,硅片上浮,为了减少绒面的不连续性绒面的腐蚀液的废液也可留下1/4,再增加3/4的新溶液。
F.在绒面的制备过程中,在显微镜下观察,经常会看到右图所示的现象,如果a为正常绒面,b的绒面就太小了;如果b为正常绒面,a的就太大了。
B部分为小绒面,被气泡所覆盖,减缓了反应速度,生成小绒面。
B部分为小绒面,其表面有油质污染,减缓了反应速度。
(形成此现象的具体原因在生产中再摸索)
3.3漂洗:
3.3.1目的:
在制绒面的过程中,其表面沾污了各种金属离子和各种盐类,本水槽中是四面溢流式,纯水来自上一个喷淋槽,在本槽中硅片初步清洗。
3.3.2漂洗时间:
漂洗时间大约为2分钟左右,在实践中进一步摸索确定。
3.3.3漂洗方式:
漂洗槽是四边溢流式,无任何金属粒子沾污的水泵过滤器,使纯水长生循环,加强去污效果。
3.3.4漂洗槽温度:
室温。
3.4喷淋槽:
3.4.1目的:
在漂洗槽得到初步清洗的硅片,在喷淋槽中得到进一步较彻底的清洗。
纯水是18MΩ/CM的纯水;雾化喷淋。
3.4.2喷淋时间:
喷淋时间大约3~4分钟,在实践中进一步确定。
3.4.3喷淋槽温度:
室温。
3.5中和槽:
3.5.1目的:
进一步去除硅片表面的钠离子和硅酸盐类的沾污。
3.5.2溶液的配制:
(5.1~7.5)L盐酸+(28.1~26.5)L纯水
3.5.3溶液温度:
室温
3.5.4溶液的纯度:
电子级(MOS级)
3.5.5溶液的腐蚀时间:
5~6.5分钟
3.6漂洗:
工艺同3.3
3.7HF酸溶液漂洗硅片,
3.7.1目的:
硅片在清洗的过程中不可避免的在硅片表面形成很厚的一层SiO2,把一层未清洗的SiO2去除。
3.7.2溶液的配制:
HF:
H2O=1:
10体积比
3.7.3溶液的纯度:
电子级
3.7.4腐蚀时间:
硅片表面不沾水为最佳。
SiO2层很薄,腐蚀时间通常不大于20秒。
3.7.5溶液的温度:
室温
3.8漂洗:
工艺同3.3
3.9喷淋:
工艺同3.4
3.10慢拉槽:
3.10.1目的:
一批可清洗125×125的硅片300片,为了尽量减少硅片和提篮所沾附的水迹。
3.10.2槽中的溶液:
为18MΩCM的纯水
3.10.3溶液的温度:
85±5℃
3.11烘干槽:
3.11.1目的:
清除掉硅片表面的水渍。
3.11.2烘干槽的温度范围:
100~110℃
3.11.3烘干时间:
每个槽不大于10分钟。
4.扩散工艺:
4.1目的:
在硅片表面形成PN结
4.2工艺条件:
序号
名称
炉温
O2
N2(大)
N2(小)
时间
1
升温
880~900℃
18~20L/分
2
装片
880~900℃
18~20L/分
3
进炉
880~900℃
18~20L/分
5′
4
稳定
880~900℃
18~20L/分
12′
5
通O2
880~900℃
1.17L/min
18~20L/分
21′
6
通POCl3
880~900℃
1.17L/min
18~20L/分
1.17L/min
12′
7
吹氮
880~900℃
18~20L/分
10′
8
出炉
880~900℃
18~20L/分
10′
说明:
①三氯氧磷的纯度:
5个9
②O2≥99.995%(压力:
40psi=2.8Kg/平方厘米)
③N2≥99.998%(压力:
40psi=2.8Kg/平方厘米)1psi=0.07Kg/平方厘米
④CDA:
5Kg/立方厘米
⑤循环水:
进口水温≤25℃,出口水温≤35℃
⑥源温:
20±0.5℃
⑦R□:
中心值60Ω偏差:
60±20Ω(5点检测值max-min/max+min≤10%)POCl399.999%
4.3注意事项与问题讨论:
4.3.1硅片清洗之后,应在最短时间内进行扩散,尽量减少各种污染。
4.3.2怎样提高R□均匀一致性:
A.现在炉管直径逐渐增大,投片量增大,其热惯性增大,炉子的稳定时间相应的加长,通常在12分钟左右,硅片的温度一致性好,这是R□均匀的基础。
B.大N2的流量通常为18~20L/分,它是一种输送气体,把POCl3气体携带到炉管中,如果大氮流量偏小,就引起硅片前后的R□不均匀。
C.为了提高R□的均匀性,在石英舟的前后放置石英挡板,目的是使气源更加均匀一致。
D.为了提高扩散质量,在硅片表面生成非常厚的一层SiO2,减少表面的合金点,碱磷源对硅片的腐蚀作用,使R□更均匀一致。
4.3.3怎样尽量减少PN结的反向以漏电流:
A.在100级净化间内操作,操作者戴口罩、手套、尽量减少对硅片的污染;
B.硅片清洗要规范,在清洗过程中把各种沾污彻底清除掉。
4.3.4如果硅片在扩散时是背靠背放置,在扩散后一定要严格区分扩散面和没扩散面,如果相混淆,那么转换效率为零,将会发生重大责任事故。
操作者必须十分小心认真,千万不能混淆。
把一对背靠背扩散的AB把A片放置一堆,扩散面朝上,扩散面/未扩散面;把B片放置一堆,扩散面朝下,未扩散面/扩散面,然后在把两堆,再放置再一起,B片翻转180度与A片相重合,交周边刻蚀。
4.3.5炉管饱和:
如果不连续生产,每天再正式生产之前,对炉管进行饱和,即正式的扩散工艺,把石英舟放入恒温,进行一次扩散,这样做使R□较均匀一致。
4.3.6做样片:
在饱和炉管之后,按正常的扩散工艺做样品,通过样片测试,观察样片是否在合格范围。
4.3.7四探测试台:
根据不同的四探针,补充相应的操作步骤说明书,R□一定要准确测量,才能更好的指导工艺调整。
4.3.8石英管清洗:
A.把石英管放于石英管清洗机内,用去离子水冲洗石英管内部外部;
B.用HCL:
H2O=1:
10溶液浸泡40分钟;
C.用去离子水冲洗10分钟;
D.用氮气吹干,待用。
说明:
1所有石英制品在清洗过程中不可赤手触摸,必须戴手套;
2按石英管清洗机的操作规程清洗。
4.3.9为了保持石英炉管的清洗,在炉管不工作时,炉管内也要保持正压,防止外部的尘埃进入炉管。
为了提高炉管的使用寿命,在炉管不工作时也要恒温在400℃
4.3.10关于扩散炉气路系统的说明:
A.减压阀:
压缩空气、氮气、氧气进入扩散炉,有一个减压阀,把压力调整到一个合适的范围,CDA:
5Kg/平方厘米;O2、N2:
2.8~3Kg/平方厘米;
B.过滤器的作用:
在改变量程,各种阀门在动作时都会在系统产生大量的尘埃,为了减少尘埃对系统的沾污,在每个气体回路中都安装了进口过滤器,对提高产品性能是有很大作用的;
C.浮子流量计与质量流量控制器:
他们都是控制各自回路流量的气体流量的。
浮子流量计是随回路气体的压力变化而变化的,而质量流量计的最大特点,基本不随回路气体的压力变化而变化,它的流量是非常稳定的;
D.源温控制器:
源温控制器对扩散的R□的均匀性很重要。
POCl3的饱和蒸汽压与温度基本成正比,如果源温不稳定,POCl3在炉管的浓度也不稳定。
这就会严重影响扩散质量;
E.三氯乙烷清洗瓶:
三氯乙烷是专为清洗炉管用的。
在清洗炉管之后,炉管比较脏,可以用三氯乙烷清洗炉管,在科研时,每天在扩散氧化之前都用三氯乙烷清洗炉管;
F.单向阀:
只准许POCl3和三氯乙烷向炉管方向流动,不允许向反向流动;
G.电磁阀气动阀:
通过电磁阀来控制气动阀。
在源瓶前后的气动阀一定要同时启动,或者,源瓶前面的气动阀要先启动,源瓶后面的气动阀后启动,否则不堪设想,会把源瓶的源全部送到炉管中会造成事故;
H.各个气路系统的作用:
①.浮子流量计系统:
在扩散炉不工作,或者突然停电后,为了保证炉管保持正压,而设计的一个气路,通常流量控制在4~6L/分;
②.源温控制器气路:
通过电磁阀气动阀的控制,质量流量计控制流量,以小N2携带POCl3把源通入炉管内;
③.大N2气路:
大N2作用运载气体,把源快速均匀的运载到炉管;
④.O2气路:
如果O2的流量偏小,POCl3热分解后,形成PCl5它会对硅片有腐蚀性,为了减少对硅片表面的腐蚀,一定要通一定量的O2气。
5.周边等离子刻蚀:
5.1目的:
在PN结扩散时,不可避免的在硅片的正面和背面都形成了PN结,为了减少漏电流,利用等离子刻蚀的方法,把正、背面的PN结相奋力;
5.2主要设备:
M42200-1/um型等离子刻蚀机;
5.3主要材料和仪器:
①.扩散PN结的硅片
②.聚四氯乙烯提篮
③.硅片上下部的压块
④.手套、口罩
⑤.N2、O2、CF4气体,纯度为5N
5.4工艺技术条件:
5.4.1输出功率:
600W
5.4.2刻蚀时间:
9分钟
5.4.3每批刻蚀的硅片数:
200片/批
5.4.4工艺气体流量:
CF4:
82.5%;O2:
17.5%;(适当变化比例,四十八所调试时注意)
5.4.5工艺气体的压力范围:
0.1~0.2Mpa
(详见设备操作规程)
5.5安全注意事项及问题讨论:
5.5.1设备在不工作时,系统应真空保存;
5.5.2如停机较长时间后再进行刻蚀工艺,需要先进行一次空载刻蚀后再刻蚀硅片;
5.5.3在刻蚀工艺自动运行过程中,千万不能触摸电感线圈,防止高压电击;
5.5.4扩散后的硅片是有方向性的,一边为扩散面,另一边为未扩散面,要么扩散面朝上,要么扩散面朝下,一定要永远这样做,绝对不能搞错,一旦发生错误,整批电池的转换效率为零;
5.5.5每片200片,硅片要排列整齐,用聚四氯乙烯提篮和上下压块把待刻蚀硅片压紧,防止刻蚀到硅片里边;
5.5.6把提篮放入真空室时要轻拿轻放,防止损坏石英钟罩,以及真空密封部分;
5.5.7机械泵的泵油要及时更换,至少每半个月或者每一个月换一次油,保持系统的真空良好;
5.5.8怎样判断周边刻蚀的质量呢?
从电池片的IV曲线上就可以判断周边刻蚀的质量:
如果出现如左图的不正常IV曲线,就说明等离子刻蚀质量不好,周边的PN结没有完全刻蚀掉,有明显的PN结漏气,必须调整工艺参数。
6.去除硅片表面的氧化层:
6.1目的:
在PN结的扩散过程中,在硅片表面生长了一定厚度的磷硅玻璃层,为了形成良好的欧姆接触,减少入射光的反射,在淀积SixNyHz之前,把磷硅玻璃腐蚀掉。
6.2设备:
去磷硅玻璃清洗机
6.3主要原材料和工具:
A.已经周边刻蚀的硅片;
B.氢氟酸纯度等级:
电子纯;
C.氟化铵纯度等级:
电子纯;
D.片盒、提篮;
E.化学防腐手套;
F.防护眼镜;
G.围裙;
H.金属镊子;
6.4硅片上片盒:
6.4.1已扩散的硅片有方向性(有扩散面和未扩散面),片盒同样有方向性,
一定要定义好,扩散面对准片盒的哪一个方向;
6.4.2在装片的过程中,尽量减少对硅片的污染,人是最大沾污源,不要面对
硅片说话,不能用手直接接触硅片;
6.5腐蚀液的配制:
A.40%的氟化铵溶液+5%的氢氟酸(占氟化铵体积的5%)
B.溶液温度:
室温;
C.腐蚀时间:
2分钟;
说明:
当片盒提出腐蚀溶液时,硅片表面不沾水,没有任何水痕,则表示硅片上
的磷硅玻璃已经完全腐蚀干净。
6.6淋洗槽:
(水浴槽),该槽的纯水来源于喷淋槽,该槽的纯水自循环,四
边溢流式;从腐蚀槽出来的提篮,立刻放入水浴槽,时间2~3分钟。
6.7喷淋槽:
喷淋槽的纯水来自纯水站;每一个提篮要喷淋2分钟。
6.8慢拉槽:
进一步清洗硅片,在慢拉过程中,使提篮片盒和硅片上尽量沾少
量的水痕;槽的水温在60~80℃,时间:
2分钟;
6.9双位烘干槽:
温度:
100~110℃时间:
10分钟;
干净的除油、除尘、除湿的空气吹干。
丝网印刷部分:
1.正面栅线设计:
1.1细栅线的宽度:
0.125
1.2细栅线的根数为44根
1.3最边缘的细栅线到电池边缘的距离为1.7mm
0.125×44+1.7×2+43×2.7=125
1.4两根细栅线之间的距离为2.7mm
1.5立栅线的宽度为1.5mm125均分为4
2.正面栅线丝网的材料、目数与膜厚:
2.1材质:
进口德国的不锈钢丝网
2.2目数:
280目;线径:
30μm;纱厚:
50μm;膜厚:
15μm;膜和丝网的总厚度:
65μm
2.3张力:
26牛顿
3.浆料:
3.1浆料:
Ag浆;
3.2生产国家:
美国ferro
3.3规格:
3349
4.丝网与硅片之间的距离:
对不锈钢丝网,两者之间的距离1~2mm,以1.5mm为最佳值;
2.背面AgAl浆可焊电极:
2.1背面栅线图形的设计:
2.1.13×109的银铝浆汇流条与1.5×0.2的焊带形成良好的焊接性能。
2.1.2问题讨论:
1
2
#这两种图形各有优缺点:
图1为长条状,浪费了AgAl浆料,如果硅片碎片后可以顺利的划成碎片;
图2可以节省AgAl浆料,降低成本,但是硅片碎片之后,划成小片利用率大大
降低。
#用3这种图形,与铝背场能够形成良好的欧姆接触,铝浆料与银铝浆料有细线重叠部分,这样可以大大提高效率和填充因子。
#尽量减少铝浆与银铝浆的重叠部分,在显微镜下观察两者的重叠部分严重发黑,既大量大有机溶剂没有充分挥发,这样就严重影响电池效率和填充因子。
无锡尚德采用两排交错打孔的方法尽量减少重叠部分的影响。
2.2背面电极丝网材料、目数与膜厚
2.2.1材质:
进口德国不锈钢丝网
2.2.2目数:
325目
2.2.3线径:
23~28μm
2.2.4纱厚:
46μm
2.2.5膜厚:
15μm
2.2.6膜和丝网的总厚度:
60~63μm
2.3浆料规格:
AgAl浆牌号:
3398
生产国家:
FERRO美国
2.4丝网与硅片之间的距离:
1~1.5mm为宜
3.背面铝背场丝网图形的设计:
3.1铝背场的图形设计如图所示
3.2关于丝网的规格
3.2.1材质:
不锈钢丝网,进口德国
3.2.2目数:
200目
3.2.3丝直径:
46~53μm
3.2.4丝网厚度:
82~90μm
3.2.5膜厚:
15μm
3.2.6张力:
26~25牛顿
3.3浆料规格:
美国FERRO53-038铝浆
3.4丝网与硅片之间的距离:
1~1.5mm
测试分选:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单晶硅 电池 工艺
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)