基于單晶硅制絨金字塔生長異常的解決方法

湯歡+張波寧+楊偉光

摘 要

本文研究的是單晶硅太陽能電池堿制絨后出現異常表面的分析方法。以正常生產中出現的亮片表面為例，進行全面解析，通過SEM對不同制絨后的片進行金字塔的大小測量及ImageJ軟件統(tǒng)計單位面積的金字塔個數進行數據比較得到基礎數據，分析影響晶體硅金字塔結構生長異常的原因，便于查找相關的工藝和設備問題，為晶體硅太陽能制絨的正常生產提供了數據分析參考和經驗積累。

【關鍵詞】單晶硅 制絨 金字塔 工藝 設備 數據分析 經驗積累

單晶制絨的工藝以及設備運行狀態(tài)對表面制絨的效果起著非常重要的作用。制絨設備的運行狀態(tài)直接影響著工藝的正常進行，工藝的正常運行及穩(wěn)定性直接影響著制絨效果，金字塔的生長等等。理想質量的金字塔的形成，受到了諸多因素的影響，包括工藝穩(wěn)定性和設備的運行狀態(tài)等。

1 案例解析

金字塔結構的尺寸和形狀對單晶硅絨面的反射率會產生很大影響，反射率的異常也會對硅片的表面產生直接影響。本文以單晶電池生產環(huán)節(jié)出現的制絨亮面表面為例進行解析。分別從金字塔尺寸、單位面積金字塔個數及反射率三方面對正常制絨后和亮片表面制絨后的硅片進行對比，討論了由于金字塔異常導致的不同結果，并結合得到的數據對工藝和設備進行問題查找，并提出解決方案。

1.1 金字塔尺寸對比

對正常硅片及出現的亮面表面進行垂直角度3000倍掃描電鏡表征對比，從SEM上看，正常片的金字塔大小在5-7μm，亮片的金字塔較正常片的金字塔要偏大在9-10μm，有的部位金子塔較小，有未成核處。選取相同面積進行對金字塔進行統(tǒng)計分析，制絨后正常硅片有449個金字塔，而亮片相同視場面積下僅有150個金字塔。

1.2 反射率對比

從圖1數據可以看出亮片的反射率要比正常片的反射率偏高。

小結：分析表明腐蝕速率在一定程度上決定了金字塔的結構，在合適的腐蝕速率下，成核與生長達到一個平衡，形成大小合適、結構完整且密布整個硅片表面的金字塔結構；腐蝕速率較高時，金字塔的生長大于成核，表現的絨面結構為大金字塔，且表面有未成核處。導致出現亮面表面的原因也就是腐蝕速率發(fā)生了變化。

2 問題查找

問題查找包括工藝問題和設備問題，兩者息息相關，當工藝成熟運行時，設備因素的影響又會制約工藝的運行。工藝問題和設備問題同時進行查找解析處理。

2.1 確認工藝加載的正確性

不同的工藝配比直接影響著制絨效果，腐蝕深度、金字塔的成核及生長都會受到影響。在生產正常進行時出現異常表面首先要檢查加載工藝是否正確。

2.2 確認工藝運行的正常性及解決方案

影響制絨效果的因素包括藥液濃度、工藝時間、溫度等。當工藝加載正常，但是運行不正常，也會影響最終的工藝效果。確保工藝正常的運行是生產的基礎工作，工藝的正常運行又需要以設備正常運行做為基礎。解決方案如下：

2.2.1 報警及運行記錄查詢

根據對應的時間查找相應的報警信息，對該時間段內存在設備異常問題進行匯總。推算表面出現的時間，根據時間查運行記錄，查相關的各槽的反應時間、溫度范圍等。

解決方案：通過運行記錄和報警記錄，標記對應的時間，查找報警原因，由于設備問題帶來的隱患導致的超時，包括槽蓋報警、機械手運行錯誤報警、傳感器異常報警等。

2.2.2 補液記錄查詢

查看補液過程中是否存在異常。補液異常包括在反應中不補液，反應中補液時間不對，補液值不是工藝設定值，或者在報警記錄中出現的供液系統(tǒng)壓力不足等。

解決方案：補液值不是工藝設定值，需要確定工藝加載的準確性；反應中不補液或補液時間不對，需進行多槽多批次的記錄查詢；針對報警記錄中出現的供液系統(tǒng)壓力不足的問題，要對外圍工藝系統(tǒng)能否正常工作進行監(jiān)控。

2.2.3 藥液校準

對使用的藥液進行校準，藥液的精準性直接影響著生產的藥液濃度，濃度不同導致工藝運行出現問題，最終出現表面問題。

3 小結

影響金字塔生長的因素對金字塔成核過程起著至關重要的作用。當工藝確定后，設備的運行狀態(tài)又制約著工藝的正常運行，當工藝參數已經滿足在運行周期內穩(wěn)定，出現異常問題后多數是由設備間接導致的，所以在生產環(huán)節(jié)，設備和工藝是密不可分。

本文是以單晶制絨過程中出現的異常表面為例，做相應的數據分析，最終通過查找工藝和設備的影響因素解決實際問題，主要是提供一個解決問題的思路，為生產積累數據和經驗。

參考文獻

[1]呂紅杰，沈鴻烈，沈洲，劉斌，李斌斌.太陽電池用單晶Si表面的織構化研究[J].電子器件，2011（05）.

[2]席珍強，楊德仁，吳丹，張輝，陳君，李先杭，黃笑容，蔣敏，闕端麟.單晶硅太陽電池的表面織構化[J].太陽能學報，2002（03）.

[3]許彥旗，汪義川，季靜佳，施正榮.關于單晶硅各向異性腐蝕機理的討論[A].21世紀太陽能新技術——2003年中國太陽能學會學術年會論文集[C].2003.

[4]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結構的研究[D].鄭州大學，2005.

作者單位

光伏材料與技術國家重點實驗室 河北省保定市 071051endprint