王忠強(qiáng)

摘 要：高效率和低成本一直是太陽(yáng)能電池研究的熱點(diǎn)，本文介紹了一些晶體硅太陽(yáng)電池清洗制絨過(guò)程中物料的用量控制方法，以期減少化學(xué)品的使用量，減少環(huán)境污染，并節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：多晶硅太陽(yáng)電池；去損傷層；制絨

0 引言

隨著化石燃料的大量使用，我們的環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，霧霾及持續(xù)的高溫已嚴(yán)重影響到人們的生活。對(duì)清潔及可再生能源的需求已越來(lái)越急迫，光伏發(fā)電就是一個(gè)很好的替代能源。然而，由于太陽(yáng)電池組件的成本偏高，在我國(guó)還沒能普及使用。關(guān)于降低光伏發(fā)電成本的研究，已深入到太陽(yáng)能電池生產(chǎn)及應(yīng)用的方方面面。晶體硅太陽(yáng)電池的生產(chǎn)過(guò)程中用到大量的化學(xué)品，若能對(duì)這些化學(xué)品的用量進(jìn)行合理控制，減少浪費(fèi)，同樣能起到降低成本同時(shí)減少環(huán)境污染的目的。

1 硅片清洗制絨工藝介紹

1.1 當(dāng)前典型的晶體硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝包括：一次清洗→擴(kuò)散→周邊刻蝕、二次清洗→PECVD→金屬化→測(cè)試分選。

1.2 一次清洗是第一個(gè)工序，可分解成三個(gè)過(guò)程，分別是硅片的清洗、去除機(jī)械損傷層和制備絨面。

1.3 一次清洗的主要化學(xué)反應(yīng)：

1.3.1 在一般的水溶液中，硅表面因生成了不溶性的氧化物而呈惰性；而在強(qiáng)堿溶液和HF溶液中，硅的氧化物是可溶的。

在強(qiáng)堿溶液中化學(xué)反應(yīng)如下：

SiO2+2OH-=2SiO32-+H2O

Si +2OH-+H2O=SiO32-+2H2

在HF溶液中化學(xué)反應(yīng)如下：

SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O

常溫下，晶體硅在純HF中的腐蝕速度很小，但在純HF中加HNO3后腐蝕速度會(huì)大大增加。硅片酸洗去損傷層并制絨時(shí)用的酸就是HNO3和HF的混合酸。它們的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可表述為：

Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2+4H2O

1.3.2 化學(xué)反應(yīng)的各向異性、各向同性及絨面制備原理：

根據(jù)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)速率由表面晶格結(jié)構(gòu)決定。單晶硅不同晶面的晶格結(jié)構(gòu)的差異產(chǎn)生了不同的表面鍵密度、電子密度和表面自由能等差異，這些參數(shù)又決定著硅原子的溶解速率。

堿對(duì)硅片表面的腐蝕，由于（111）面的腐蝕速率最慢，最終的腐蝕面都將趨于（111）面。對(duì)（100）面的硅片腐蝕，由于對(duì)稱性腐蝕得到的所有（111）面都與底面，即（100）面呈54.7°的角，腐蝕形貌為正四棱錐型。

用高濃度的硝酸和氫氟酸混合液，在低溫下腐蝕較短時(shí)間，即可去除機(jī)械損傷層，由于酸腐蝕在各晶面上具有相同的腐蝕速率，在多晶晶界、晶格缺陷處腐蝕速度快，以此為圓心向外腐蝕，于是就制作出了多孔形貌的絨面結(jié)構(gòu)（如圖1，電子顯微鏡照片），用氫氧化鉀去腐蝕表面的多孔結(jié)構(gòu)，讓其呈現(xiàn)蠶豆坑形貌（如圖2）。

圖1 圖2

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 本文所述的內(nèi)容是在一臺(tái)進(jìn)口的一次清洗設(shè)備上展開的，有設(shè)備供應(yīng)商提供的工藝及配方，多晶硅片一次清洗工藝步驟包括：上料→混合酸去損傷層并制絨→漂洗→堿洗→漂洗→去金屬離子、去氧化層→漂洗、噴淋→吹干→下料。

設(shè)備供應(yīng)商提供的化學(xué)試劑消耗參考用量如下：