单晶绒面形成过程

单晶绒面形成过程 单晶硅一次清洗工艺 一次清洗的目的 1. 去除切片时硅片表面产生的损伤层; 2. 在硅片表面制备金字塔型绒面结构; 清除硅片表面的油类分子及金属杂质。 3. 一次清洗的工艺流程:见图1所示 图1 一次清洗的工艺流程图 1、硅片经过切片、倒角、双面研磨、抛光等不同的工序加工后，其表面已受到严重的 损伤，去除损伤层对于制作良好的绒面，提高电流有很大的帮助。去除损伤层有很多方 o法，本文采用热的NaOH溶液去除表面切割损伤层。其浓度为20%，温度控制在85C, 腐蚀5分钟，反应如下: Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2 两面加起来共减薄了20~40μm左右的损伤层如图2所示。从减薄损失的厚度就可以计算出腐蚀速率，从而对得到的硅片的厚度进行控制。 硅片 机械损伤层(10-20微米) 图2 单晶硅表面损伤层去除 2、绒面减少反射的作用:减少光的反射率，提高短路电流(Isc)，最终提高电池的光电转换效率。如图3所示 图3 绒面减少反射的原理图 3、绒面的制作，在流动的去离子水中彻底清洗之后，再放入质量浓度为2%的氢氧化钠(NaOH)溶液中进行腐蚀，按预先设定好的浓度比例，用固体氢氧化钠(NaOH)和去离子水 o按比例配好，温度控制在85C。然后把花篮放入碱中腐蚀一段时间进行制绒，时间一般为30分钟左右。制绒期间，视附在硅片表面气泡的多少和大小，还要加入一些异丙醇(IPA)。如果绒面还没有做好，还可能要延长时间继续做。做好取出后，先在流动的去离子水中清洗干净，然后再放入沸腾的酸液中进行清洗，酸液的配比为体积比 HCl:HO:HO = 1:1:2226，腐蚀时间大约是20分钟左右，这主要是为了去除制绒时在硅片表面产生的金属离子杂质。然后再用流动的去离子水冲洗干净，并用氮气吹干 绒面腐蚀原理:绒面硅表面是利用硅的各向异性腐蚀，在(100)硅片表面形成微小的金字塔形的四面方锥体。一般说来，晶面间的共价键密度越高，则该晶面簇的各晶面连接越牢，也就越难被腐蚀，因此，在该晶面簇的垂直方向上腐蚀速度就越慢。反之，晶面间的共价键密度越低，则该晶面越容易被腐蚀。由于(100)晶面上的每个原子有两个悬挂键，(111)面的每个原子只有一个悬挂键，所以(100)面比(111)面的腐蚀速度快。对于硅而言，如果选择合适的腐蚀液和腐蚀温度，(100)面可比(111)面腐蚀速度大数十倍以上。因此，(100)硅片的各向异性腐蚀最终导致在表面产生许多密布的表面为(111)面的四面方锥体，形成绒面状的硅表面。有些文献中将晶体硅的(100)面与(111)面的腐蚀速率的商定义为 “各向异性因子”(Anisotropic Factor, AF)。通过改变碱溶液的浓度、温度等参数，可以有效的调节AF。当AF = 1时，硅片各晶面的溶解速度相似，得到的表面是平坦、光亮的。当AF?10时，各向异性腐蚀就比较好，比较容易做出绒面来。 制备绒面，硅片在热碱和IPA以及添加剂混合溶液中发生如下主要反应: Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2 在此反应溶液中，IPA起着消除H2气泡和调节各向异性刻蚀因子的作用，添加剂作用是缓冲腐蚀剂，减小腐蚀速率。图4 为绒面形成的全过程。 图4 绒面形成的全过程 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3Reflectance 0.2 0.1 030040050060070080090010001100Wavelength (nm)smoothtexture 图5 单晶硅片表面的金字塔状绒面 图6 单晶硅片表面反射率 HF去除硅片在清洗过程中形成的很薄的SiO2层，反应如下: SiO2+6HF = H2[SiF6]+2H2O HCl去除硅表面金属杂质，盐酸具有酸和络合剂的双 重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。