制绒均匀性的研究

根据酸制绒的化学原理,分析了酸制绒中影响刻蚀的各种因素,同时结合设备本身的结构特点,针对实际生产中存在的缺陷进行了相关的改造,经过各种试验,最终确定了改造方案。经过验证效果良好,电池片色差有了很大的改善。
Admin     2016-12-20 21:07:54

摘要:

根据酸制绒的化学原理,分析了酸制绒中影响刻蚀的各种因素,同时结合设备本身的结构特点,针对实际生产中存在的缺陷进行了相关的改造,经过各种试验,最终确定了改造方案。经过验证效果良好,电池片色差有了很大的改善。

0引言

  多晶硅电池因其成本低,占据着很大的光伏市场。在太阳能电池的生产工艺中,制绒工艺在硅片表面形成腐蚀坑,从而降低光的反射。但是在实际应用中,酸腐蚀制绒存在刻蚀不均匀问题,制绒不均匀会造成氮化硅减反射膜的严重色差,本文对制绒引起的色差进行了详细的研究。

1酸制绒原理分析

  HF-HNO3腐蚀系统是由HF、HNO3和H2O(或CH3COOH)按一定比例混合而成,一般认为多晶Si片的酸腐蚀过程由两步进行,硅的氧化还原过程和中间物SiO2的溶解过程[1]。整个反应过程如下:
  Si+HNO3+6HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2(1)
  酸制绒中影响刻蚀速率因素比较多,包括温度、溶液浓度、反应时间等,都会导致不同的腐蚀速率,而对硅片表面微观结构产生影响。

2影响制绒均匀性因素分析

  制绒面不均匀可分为单片内部均匀性较差、各道之间的均匀性较差以及不同时间段制绒均匀性较差等,针对各种不同情况分析研究,发现影响其结果的因素并不相同,下面分别就这几种情况分别展开分析。
  2.1单片内部均匀性较差
  (1)每道各点温度不均匀
  由表1可以看出,液体表面与硅片表面温度相差不大,而各道上槽体前、中、后不同位置液体温度差异较大,最高相差10℃。温度是酸制绒中影响刻蚀速率非常重要的一个因素,10℃的温度之差,能够直接导致刻蚀量在两个极端之间波动。

  (2)刻蚀槽液面波动大,流速不稳定
  由图1可以看出,由于减容管及液位挡板的存在,刻蚀槽液体内部会产生一定的涡流,同时还会对液体整体的流动方向产生影响,从而间接影响液体的浓度、温度的均匀性。

  2.2各道之间的均匀性较差
  (1)各道之间温度不均匀
  由表1观察5道之间的温度差异,可以看出不同轨道的温度相差最高可达4℃,这会对反应速率造成很大的波动,从而出现刻蚀过高或过低的现象,在镀膜后出现颜色偏浅或发红的电池片。
  (2)各道进液量不一样
  目前设备不同管道的进液由同一个管路供给,会造成内道的药液最少,造成腐蚀量的偏差。
  2.3不同时间段均匀性差异
  如图2所示,下部槽体没有循环管路,当药水添加时(dosing),因药水未完全分散均匀,导致局部浓度较高的药水经过泵浦打到上槽,与硅片进行反应此时刻蚀量较大;后续因药水逐渐趋于均匀,刻蚀量较之减小,导致出现上述问题。

3不均匀性的解决方案

  3.1取消上槽减容管,同时增加下槽槽体容积
  如图3所示,因上槽铺设大量的减容管,在上槽液体循环时会出现扰流现象,导致上槽溶液各点温度不均匀,取消上槽减容管路,防止产生扰流现象。

  3.2调节上槽建浴挡板
  上槽建浴挡板不平,并且上槽存在扰流,导致每道的流速流量有差异,热置换效率不同。如图4所示,通过调节建浴挡板,使出口一侧挡板高于入口一侧,保证液面回流方向指向入口一侧,并且使得每点高度一致,保证每道流速流量的均匀性。

  3.3增加下槽循环管路
  如图5所示,下部槽体增加循环管路,使得添加后循环搅拌均匀后再打至上槽,保证药液温度反馈的及时性。

4结果验证

  跟踪设备改造后连续3个班次的生产数据,比较镀膜工艺段色差数据,如表2所示。

  由数据可以看出,改造后色差比例大大减少,充分说明改造后效果显著。

5总结

  通过对槽体的改造(包括取消上槽减容管、增加循环泵浦、调节挡板等),保证了药液循环的及时性与各道温度的均匀性,使得酸制绒中,硅片无论时间或者空间上都能够做到刻蚀的一致性,减少了镀膜后色差片的产生。


参考文献:
[1]于皓洁,林 立,姚雁林.多晶制绒工艺与设备的研究[J].IC制造技术与设备,2011,192(3):27-28.
[2]于 静,王 宇,耿魁伟,晶硅太阳电池工业生产中制绒工艺与设备设计要点[J].光伏制造工艺与设备,2010,183(4):1-3.

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