Topcon技术——制绒

制绒工艺是将原硅片制作成具有角锥体的绒面结构,他的目的是依靠金字塔结构的角锥体增加对光的吸收。光路如图


image.png

由于光伏电池的发电本质是光生电子,吸光度越高,对于环境光源的利用率越高,自然发电量越高。
制绒可以增加硅片的表面积,在后续扩散工艺中会增加PN结的面积。从而提升发电效率。因此一个良好形貌的绒面结构对提升硅片电性能参数具有重要意义。

目前制绒有湿法制绒和激光制绒等工艺方式,在商业化生产中,制绒往往采用湿法制绒。目前Topcon电池片的主流基材是182mmx182mm、130mm厚度的N型单晶硅(除182x182mm,130mm厚度之外,还有150mm厚度、183x183mm、191.6x182.2mm、210210mm、210182mm等多种规格硅片)。210*210mm尺寸硅片工艺不够成熟,目前只有晶科、隆基绿能、爱旭、通威等大厂拥有生产高效率大面积电池片的成熟工艺。

Topcon电池普遍使用湿法制绒。湿法制绒的工艺本身属于碱醇工艺体系(在碱醇工艺之前是酸制绒,由于工艺要求,酸制绒的原料纯度要求更高,安全性更低——含HF。另,醇在添加剂里,用于抑制反应,使得硅片表面形成形貌均一的角锥体结构。形貌均一可以提升成品电池片的短路电流,从而影响成品电池片的光电转换效率)

碱醇工艺体系下湿法制绒的工艺流程通常为:
预清洗(此步骤用于清理原硅片表面油污,处理表面的机械损伤层和金属杂质,机械损伤层是由于原硅片出厂前通过金刚线切割导致的机械损伤,如果机械损伤层没有处理干净,在后续高温工艺中,机械损伤层会向硅片内延展形成大量复合中心,影响少子寿命从而影响硅片效率)
水洗(该步骤用于去除预清洗的溶液与残留的有机杂质,去除预清洗残留的硅酸盐成分。防止污染后续槽液。)
制绒(此过程利用了较低浓度碱液时,硅在溶液中各向异性腐蚀特性。)

制绒过程中,硅的三个晶面腐蚀速率不同,腐蚀速率最慢的晶面成为金字塔结构的角锥体。
image.png

晶体硅三种晶面示意图。其中(1,0,0)晶面腐蚀速度最快,(1,1,1)晶面腐蚀速度最慢。三个晶面腐蚀速度比率也叫该碱液浓度下的各向异性因子,化学手册可查。

制绒之后需要再次经历水槽,与预清洗后水槽类似,防止制绒槽液与硅酸盐污染后续槽液。

在这之后是后清洗工艺,由于碱醇工艺制绒,醇和一部分表面活性剂被合并到了添加剂里。后清洗槽就是去除添加剂的工艺槽。由于添加剂大部分都是有机物。在后清洗槽这里会使用氧化性原料进行处理(现在为了环保大家都有用碱性双氧水,也有用碱性硝酸根氧化的)

同样后清洗之后经历水槽,去掉后清洗的残液和有机物氧化产物。然后经历酸洗

现在的碱醇工艺往往将粗抛和预清洗合并(个别资料上会写预清洗后粗抛)。由于预清洗槽中溶解了部分硅原子和金属杂质(其余部分金属杂质会在酸洗槽中进行。氟离子和氯离子会和大多数金属离子结合成可溶于水的络合物。以此达到彻底的清除金属杂质的目的。金属残留会影响成品电池片的电性能。因此需要去除),金属阳离子会对硅片表面绒面形貌产生一定影响,同时硅酸根离子会增加溶液粘度并且会阻断热传递,此时通过碱液腐蚀硅片表面产热速度要高于溶液散热速度,由于碱醇工艺中温度会极大影响硅片的腐蚀速度进而影响表面形貌。防止溶液局域温度过高导致硅片减重过高产品过薄,预清洗槽需要定时、定量、定批次换补溶液。

湿法制绒的工艺控制点包括制绒时鼓泡速度,制绒温度,碱液浓度,添加剂浓度,槽液换液频率,制绒时间等。其中制绒温度,制绒时间,添加剂用量是三个最重要的工艺控制点。
由于制绒工艺的反应过程主要为碱液与硅原子反应,逸出氢气,硅原子以硅酸盐的形式溶解进入槽液。鼓泡速度会影响氢气从硅片表面脱离速度,从而影响硅片绒面形貌。而硅酸盐会影响碱液与硅片反应活性(抑制作用),硅酸盐浓度过高还会导致制绒后硅片出现明显的水痕印(这是由于制绒工艺后提篮,硅片表面的硅酸盐在后续酸洗槽中迅速水解形成硅酸和原硅酸,进而附着在硅片表面形成水痕),因此需要合适的槽液更换周期。

氢气在逸出硅片表面时,氢气泡会在腐蚀凹槽出聚集,因此氢气泡的大小会影响绒面形貌,鼓泡速度可以让较大气泡及时脱离,形成绒面目数较高的绒面硅片。

碱液浓度会影响硅片表面的腐蚀速度和绒面形貌,这是由于单晶硅中硅的晶体结构为金刚石结构,不同晶面的Si-Si键受碱液腐蚀速度不同,利用硅晶格中不同晶面的硅键反应速率差异从而制成绒面。不同晶面的反应速度的比值与碱液浓度有关。这也是湿法制绒能形成绒面的关键因素(详见各向异性因子)

碱液浓度、反应温度、反应时间、以及添加剂的种类和用量,是制绒工艺中的重要工艺控制点。由于TOPCON电池结构普遍为正面绒面掺硼,背面碱抛面做Poly层,正面掺硼后氧化铝镀膜,小塔基绒面可以改善ALD镀膜的附着性能,从而降低Si-氧化铝界面层的缺陷态。

制绒工艺的工艺监控项目是绒面形貌(角锥体高度,塔基面积,绒面数量,绒面表面积、绒面均一性)以及反射率和减重。
角锥体高度和塔基面积决定了绒面大小,绒面均一性会影响Isc。

制绒槽液与预清洗类似,均需要按批量换补溶液。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,928评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,192评论 3 387
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,468评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,186评论 1 286
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,295评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,374评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,403评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,186评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,610评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,906评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,075评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,755评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,393评论 3 320
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,079评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,313评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,934评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,963评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容

  • 碱抛工艺是将氧化后的电池片背面抛平(正面为硼扩散、SE工艺面)。碱抛工艺往往是为了后续LPCVD\PECVD工艺做...
    流明_202393413阅读 1,633评论 0 1
  • 1、制结指的是?原因:制结是扩散制作PN结,其过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层,它和制结前的表面处理...
    花衬衫阅读 157评论 0 0
  • 原料硅在进行湿法制绒工艺之后形成双面绒面,取其中一个绒面作为硅片正面,并在扩散工艺中制PN结。在高温工艺中,有两类...
    流明_202393413阅读 1,781评论 0 1
  • 说起绒布面料,给人印象深刻的一定是它的超柔软细腻的舒服触感,就像摸着小动物的皮毛,在寒冷的冬日里让你感受到...
    Alice的dream阅读 1,860评论 0 5
  • 最近买帽子,突然想了解面料.搜索记录如下 1、服装面料分为:A.棉织 B.麻织物 C.毛织物 D.丝绸织物 E.化...
    zcwfeng阅读 613评论 0 2