多晶硅太陽電池清洗制絨過程中物料的用量控制

王忠強

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

關鍵詞：多晶硅太陽電池；去損傷層；制絨

0 引言

隨著化石燃料的大量使用，我們的環境污染越來越嚴重，霧霾及持續的高溫已嚴重影響到人們的生活。對清潔及可再生能源的需求已越來越急迫，光伏發電就是一個很好的替代能源。然而，由于太陽電池組件的成本偏高，在我國還沒能普及使用。關于降低光伏發電成本的研究，已深入到太陽能電池生產及應用的方方面面。晶體硅太陽電池的生產過程中用到大量的化學品，若能對這些化學品的用量進行合理控制，減少浪費，同樣能起到降低成本同時減少環境污染的目的。

1 硅片清洗制絨工藝介紹

1.1 當前典型的晶體硅太陽電池生產工藝包括：一次清洗→擴散→周邊刻蝕、二次清洗→PECVD→金屬化→測試分選。

1.2 一次清洗是第一個工序，可分解成三個過程，分別是硅片的清洗、去除機械損傷層和制備絨面。

1.3 一次清洗的主要化學反應：

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；而在強堿溶液和HF溶液中，硅的氧化物是可溶的。

在強堿溶液中化學反應如下：

SiO2+2OH-=2SiO32-+H2O

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

在HF溶液中化學反應如下：

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后腐蝕速度會大大增加。硅片酸洗去損傷層并制絨時用的酸就是HNO3和HF的混合酸。它們的化學反應過程可表述為：

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

1.3.2 化學反應的各向異性、各向同性及絨面制備原理：

根據反應的動力學模型，反應速率由表面晶格結構決定。單晶硅不同晶面的晶格結構的差異產生了不同的表面鍵密度、電子密度和表面自由能等差異，這些參數又決定著硅原子的溶解速率。

堿對硅片表面的腐蝕，由于（111）面的腐蝕速率最慢，最終的腐蝕面都將趨于（111）面。對（100）面的硅片腐蝕，由于對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間，即可去除機械損傷層，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構（如圖1，電子顯微鏡照片），用氫氧化鉀去腐蝕表面的多孔結構，讓其呈現蠶豆坑形貌（如圖2）。

圖1 圖2

2 實際應用

2.1 本文所述的內容是在一臺進口的一次清洗設備上展開的，有設備供應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。

設備供應商提供的化學試劑消耗參考用量如下：