1、光伏电池制备工艺项目二清洗制绒第一讲：第一讲：v任务一任务一 制绒工艺的目的与原理制绒工艺的目的与原理v1）制绒目的）制绒目的v2）制绒原理）制绒原理任务一任务一：制绒工艺的目的与原理：制绒工艺的目的与原理制绒目的：制绒目的：去除硅片表面的机械损伤层；去除硅片表面的机械损伤层；并清除表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质并清除表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质 减少光的反射率，提高短路电流，最终提高电池的光电转减少光的反射率，提高短路电流，最终提高电池的光电转换效率。换效率。制绒的原理v晶硅电池分为单晶硅电池、多晶硅电池，晶硅电池分为单晶硅电池、多晶硅电池，在电池片的制备工艺中，由于单
2、晶、多晶的在电池片的制备工艺中，由于单晶、多晶的晶颗排列不同，制绒工艺的原理也不同，单晶颗排列不同，制绒工艺的原理也不同，单晶主要采用各向异性碱腐蚀、多晶主要采用晶主要采用各向异性碱腐蚀、多晶主要采用各向同性酸腐蚀。各向同性酸腐蚀。各向异性碱腐蚀各向异性碱腐蚀v 对于单晶硅而言，选择择优化学腐蚀剂，就可以在硅片对于单晶硅而言，选择择优化学腐蚀剂，就可以在硅片表面形成金字塔结构，称为绒面结构，又称表面织构化。对表面形成金字塔结构，称为绒面结构，又称表面织构化。对于（于（100）的）的p型直拉硅片，最常用的是各向异性碱腐蚀，型直拉硅片，最常用的是各向异性碱腐蚀，因为在硅晶体中，（因为在硅晶体中，（
3、111）面是原子最密排面，腐蚀速率最）面是原子最密排面，腐蚀速率最慢，所以腐蚀后慢，所以腐蚀后4个与晶体硅（个与晶体硅（100）面相交的（）面相交的（111）面构）面构成了金字塔结构。如下图所示，为单晶硅制绒后的成了金字塔结构。如下图所示，为单晶硅制绒后的SEM图，图，高高10m的峰时方形底面金字塔的顶。的峰时方形底面金字塔的顶。制绒工艺的化学反应式与碱制绒硅片表面外貌制绒工艺的化学反应式与碱制绒硅片表面外貌v 碱腐蚀过程中，常用的原材料碱腐蚀过程中，常用的原材料Na2SiO3分析纯分析纯 碱腐蚀过程中，主要仪器设备v碱制绒设备碱制绒设备v花篮承载框花篮承载框v清洗小花篮清洗小花篮v推车推车v
4、电子秤电子秤v显微镜显微镜v橡胶手套橡胶手套碱制绒的工艺要求碱制绒的工艺要求v 硅片减薄重量为。硅片减薄重量为。v 制绒后硅片目视当为黑色，不同角度观察呈均匀制绒后硅片目视当为黑色，不同角度观察呈均匀绒面，无绒面不良现象。绒面，无绒面不良现象。v 制绒后硅片在显微镜下观察，金字塔分布呈均匀制绒后硅片在显微镜下观察，金字塔分布呈均匀致密，相邻金字塔之间没有间隙。致密，相邻金字塔之间没有间隙。任务二任务二 单晶制绒操作工艺单晶制绒操作工艺1.装片装片：v1）戴好防护口罩和干净的橡胶手套，以）戴好防护口罩和干净的橡胶手套，以200片为一个片为一个生产批次生产批次,把硅片插入清洗小花篮，把硅片插入清洗
5、小花篮，对来料中如有缺角、崩对来料中如有缺角、崩边、隐裂等缺陷的硅片不能流入生产线，及时报告品管员，边、隐裂等缺陷的硅片不能流入生产线，及时报告品管员，将这些硅片分类放置、集中处理；有缺片现象时，要在缺片将这些硅片分类放置、集中处理；有缺片现象时，要在缺片记录上记录缺片的批号、厂商、箱号和缺片数。记录上记录缺片的批号、厂商、箱号和缺片数。v3）在）在“工艺流程卡工艺流程卡”上准确记录硅片批号、生产厂家、上准确记录硅片批号、生产厂家、电阻率、投入数和投入时间和主要操作员。电阻率、投入数和投入时间和主要操作员。v4）装完一个生产批次后把）装完一个生产批次后把“工艺流程卡工艺流程卡”随同硅片一起放在
6、随同硅片一起放在盒架上，等待制绒。盒架上，等待制绒。v2.开机开机v3.生产过程生产过程1）将装好硅片的小花篮放在花篮承载）将装好硅片的小花篮放在花篮承载框中，然后将承载框搬到上料台上。框中，然后将承载框搬到上料台上。2）工艺槽温度设定和启动加热）工艺槽温度设定和启动加热3）加热制绒液体到设定温度以后，）加热制绒液体到设定温度以后，根据本班目标生产量在控制菜单上进行根据本班目标生产量在控制菜单上进行参数设置（包括粗抛、碱蚀、喷淋、鼓参数设置（包括粗抛、碱蚀、喷淋、鼓泡漂洗时间和产量的设置）。泡漂洗时间和产量的设置）。4）参数设置完毕，在手动状态下按）参数设置完毕，在手动状态下按“复位复位”键，
7、运行模式拨到键，运行模式拨到“自动自动”状状态，按态，按“启动启动”键，机器进行复位，待键，机器进行复位，待机械手停止运动后即可上料生产。若不机械手停止运动后即可上料生产。若不立即生产，则暂时拨回立即生产，则暂时拨回“手动手动”状态。状态。v5）配制溶液）配制溶液v6）生产过程控制）生产过程控制v a.机械手将承载框平移依次送到各处理工位，对硅片进机械手将承载框平移依次送到各处理工位，对硅片进行超声预清洗、制绒、盐酸中和、氢氟酸去氧化层，经过行超声预清洗、制绒、盐酸中和、氢氟酸去氧化层，经过11(10)个处理工位全过程处理后，承载框由自动机械手移到个处理工位全过程处理后，承载框由自动机械手移到
8、出料工位，再由操作员将小花篮取出。出料工位，再由操作员将小花篮取出。v11(10)个处理工位具体为：超声预清洗个处理工位具体为：超声预清洗温水漂洗温水漂洗腐腐蚀制绒（蚀制绒（喷淋）喷淋）漂洗漂洗HCl处理处理漂洗漂洗HF处理处理漂洗漂洗喷淋喷淋漂洗。漂洗。vb.每制绒一篮，粗抛液、制绒液内都要补充每制绒一篮，粗抛液、制绒液内都要补充NaOH，补，补充量根据消耗量确定，并适当补充去离子水。充量根据消耗量确定，并适当补充去离子水。7）甩干）甩干 甩干员将甩干后的硅片取出，甩干员将甩干后的硅片取出，并填写好并填写好工艺流程卡工艺流程卡，通，通过传递窗流向下一道过传递窗流向下一道PECVD工工序序 8
9、）自检）自检 自检时，主要观察是否有自检时，主要观察是否有裂痕、缺角、崩边、指纹印、裂痕、缺角、崩边、指纹印、污渍、药液水珠、明显发白及污渍、药液水珠、明显发白及发亮，均无的为制绒合格，正发亮，均无的为制绒合格，正常往下流。工序长每隔常往下流。工序长每隔1000片片抽测抽测5片减重情况片减重情况9）关机）关机工艺卫生要求工艺卫生要求v1）不允许用手直接接触硅片，插片时配戴一次性手套，）不允许用手直接接触硅片，插片时配戴一次性手套，插完硅片后，应立即更换，不得重复使用。插完硅片后，应立即更换，不得重复使用。v2）制绒车间要保持清洁，地面常有碱液或干碱，要经）制绒车间要保持清洁，地面常有碱液或干碱
10、，要经常打扫。常打扫。v3）盛过碱液或乙醇的塑料桶要及时刷洗，不可无标识）盛过碱液或乙醇的塑料桶要及时刷洗，不可无标识长时间用桶盛碱液或乙醇。长时间用桶盛碱液或乙醇。v4）物品和工具定点放置，用过的工具要放回原位，严）物品和工具定点放置，用过的工具要放回原位，严禁乱放，保持硅片盒和小花篮清洁。禁乱放，保持硅片盒和小花篮清洁。v5）每班下班前要对制绒设备进行卫生清理。）每班下班前要对制绒设备进行卫生清理。注意事项注意事项v1）停做滞留的硅片要用胶带封好箱，标签注明材料批）停做滞留的硅片要用胶带封好箱，标签注明材料批号、供应商和实际数目。号、供应商和实际数目。v 2）每批投片前要检查化学腐蚀槽中的
11、液位，不合适的要）每批投片前要检查化学腐蚀槽中的液位，不合适的要及时调整。及时调整。v 3）小花篮和承载框任何时候不能放在地上。）小花篮和承载框任何时候不能放在地上。v 4）严格控制标准检查绒面质量，绒面不合格的硅片要按）严格控制标准检查绒面质量，绒面不合格的硅片要按照检验卡片和工序控制点操作，按照规定的程序进行处置。照检验卡片和工序控制点操作，按照规定的程序进行处置。v 5）硅片在制绒槽时，绝不能拿出硅片检查绒面情况，要）硅片在制绒槽时，绝不能拿出硅片检查绒面情况，要进入漂洗槽后再查看绒面情况。进入漂洗槽后再查看绒面情况。v6）操作化学药品时，一定要带好防护手套。）操作化学药品时，一定要带好
12、防护手套。v7）制绒设备的窗户在不必要时不要打开，机器设备在）制绒设备的窗户在不必要时不要打开，机器设备在运行时，不得把头、手伸进机器内，以防造成伤害事故。运行时，不得把头、手伸进机器内，以防造成伤害事故。v8）制绒机卫生保养时，要防止电线浸水短路，擦洗槽）制绒机卫生保养时，要防止电线浸水短路，擦洗槽盖时要防止制溶液的污染盖时要防止制溶液的污染v各原料在制绒中的规律各原料在制绒中的规律55g/l15g/l5g/l硅酸钠含量影响：硅酸钠含量影响：增加溶液的粘稠度，调节反应速度；只要判定它的含量增加溶液的粘稠度，调节反应速度；只要判定它的含量是否过量即可。实验用浓盐酸滴定，若滴定一段时间后出现是否
13、过量即可。实验用浓盐酸滴定，若滴定一段时间后出现少量絮状物，说明硅酸钠含量适中；若滴定开始就出现一团少量絮状物，说明硅酸钠含量适中；若滴定开始就出现一团胶状固体且随滴定的进行变多，说明硅酸钠过量。胶状固体且随滴定的进行变多，说明硅酸钠过量。30vol%无无IPA3vol%时间影响：时间影响：制绒包括金字塔的行核及长大过程，因此制绒时间制绒包括金字塔的行核及长大过程，因此制绒时间对绒面的形貌及硅片腐蚀量均有重要影响。对绒面的形貌及硅片腐蚀量均有重要影响。30min10min1min5min搅拌及鼓泡：搅拌及鼓泡：搅拌及鼓泡有利于提高溶液均匀度，制绒过程中附加搅搅拌及鼓泡有利于提高溶液均匀度，制绒
14、过程中附加搅拌及鼓泡，硅片表面的气泡能得到很好的脱附，制绒后的拌及鼓泡，硅片表面的气泡能得到很好的脱附，制绒后的硅片表面显微结构表现为绒面连续，金字塔大小均匀。硅片表面显微结构表现为绒面连续，金字塔大小均匀。但搅拌及鼓泡会略加剧溶液的挥发，制绒过程硅片的腐但搅拌及鼓泡会略加剧溶液的挥发，制绒过程硅片的腐蚀速率也略为加快。蚀速率也略为加快。正确的设定：无篮循环，有篮鼓泡正确的设定：无篮循环，有篮鼓泡HCl的作用：的作用：中和残留在硅片表面残余碱液；去除在硅片切割时表面中和残留在硅片表面残余碱液；去除在硅片切割时表面引入的金属杂质。引入的金属杂质。HF的作用：的作用：去硅片表面二氧化硅层；与硅片表
15、面硅悬挂键形成去硅片表面二氧化硅层；与硅片表面硅悬挂键形成Si-H钝化键。钝化键。各向同性酸腐蚀各向同性酸腐蚀v 对于由不同晶粒构成的铸造多晶硅片，由于硅片表面具对于由不同晶粒构成的铸造多晶硅片，由于硅片表面具有不同的晶向，择优腐蚀的碱性溶液显然不再适用。研究人有不同的晶向，择优腐蚀的碱性溶液显然不再适用。研究人员提出利用非择优腐蚀的酸性腐蚀剂，在铸造多晶硅表面制员提出利用非择优腐蚀的酸性腐蚀剂，在铸造多晶硅表面制造类似的绒面结构，增加对光的吸收。到目前为止，人们研造类似的绒面结构，增加对光的吸收。到目前为止，人们研究最多的是究最多的是HF和和HNO3的混合液。的混合液。分析分析v经过腐蚀，在
16、多晶硅片的表面形成大小不等的腐蚀坑，经过腐蚀，在多晶硅片的表面形成大小不等的腐蚀坑，从而使太阳光的光程增加，降低表面反射率，增加对光的吸从而使太阳光的光程增加，降低表面反射率，增加对光的吸收。收。v 酸腐蚀的化学式很简单，但是球面绒面形成的机理仍然酸腐蚀的化学式很简单，但是球面绒面形成的机理仍然没有解决。部分研究者认为，在硅与硝酸的反应中，除生成没有解决。部分研究者认为，在硅与硝酸的反应中，除生成SiO2外，还生成外，还生成NO气体，在硅片表面形成气泡，这是导致气体，在硅片表面形成气泡，这是导致硅片表面产生球形腐蚀坑的主要原因。硅片表面产生球形腐蚀坑的主要原因。v 在实际工艺中，在实际工艺中，
17、HF和和HNO的的3比例、添加剂、温度和时比例、添加剂、温度和时间等因素，都对绒面结构产生影响。间等因素，都对绒面结构产生影响。v1准备工作准备工作v1）穿戴好工作衣帽、防护口罩和干净的橡胶手套；）穿戴好工作衣帽、防护口罩和干净的橡胶手套；v2）操作员打开包装，查看规格、电阻率、厚度、）操作员打开包装，查看规格、电阻率、厚度、单多晶、厂家、编号是否符合要求；单多晶、厂家、编号是否符合要求；v3）操作员检查硅片是否有崩边、裂纹、针孔、缺）操作员检查硅片是否有崩边、裂纹、针孔、缺角、油污、划痕、凹痕；如来料有问题，需及时报角、油污、划痕、凹痕；如来料有问题，需及时报告品管员；对原硅裂片，放片员需用
18、胶带粘好，统告品管员；对原硅裂片，放片员需用胶带粘好，统一交还给车间小仓库管理员。一交还给车间小仓库管理员。多晶硅生产多晶硅生产v2开机开机v 1）操作员打开工艺排风，打开压缩空气阀门，打开设备）操作员打开工艺排风，打开压缩空气阀门，打开设备进水总阀；进水总阀；v 2）操作员启动设备，打开电源开关按钮，检查设备是否）操作员启动设备，打开电源开关按钮，检查设备是否正常运转，检查导轮上是否有碎片。正常运转，检查导轮上是否有碎片。清洗制绒设备清洗制绒设备清洗制绒槽清洗制绒槽3供液供液供液间供液间v4换液换液v 1）工序长将设备）工序长将设备“自动自动”转换为转换为“手动手动”，点，点击击“废液排放废
19、液排放”；v 2）观察）观察PC柜电脑画面，工作槽内液体排完后会柜电脑画面，工作槽内液体排完后会自动停止；自动停止；v 3）工序长再点击）工序长再点击“槽体清洗槽体清洗”，清洗结束后会，清洗结束后会自动停止；自动停止；v 4）再点击）再点击“废液排放废液排放”，排放槽内液体；，排放槽内液体；v 5）最后将槽体内碎片和残留化学品清理干净。）最后将槽体内碎片和残留化学品清理干净。v5、生产生产v 1）放片）放片v 放片放片员从硅片盒中一次性拿起一叠硅片（最多不能超过员从硅片盒中一次性拿起一叠硅片（最多不能超过100片），用右手将硅片旋开；片），用右手将硅片旋开；v 捏住硅片的中间（不能拿硅片的角，
20、容易产生碎片）一捏住硅片的中间（不能拿硅片的角，容易产生碎片）一片一片放到轨道上面片一片放到轨道上面 轨道共轨道共5道，每一道前后道，每一道前后2片硅片的距离应大于片硅片的距离应大于5cmv2）工序长每隔）工序长每隔1000片抽测片抽测5片减重情况，并将相关片减重情况，并将相关数据记录在数据记录在“一次清洗减薄量记录表一次清洗减薄量记录表”中，控制中，控制在之间，确定绒面质量合格后，硅片方可流入下在之间，确定绒面质量合格后，硅片方可流入下道工序；道工序；v3）对绒面质量合格的硅片，收片员详细填写）对绒面质量合格的硅片，收片员详细填写“工工艺流程卡艺流程卡”，并装在小花篮内（每，并装在小花篮内（
21、每200片为一批，片为一批，每个小花篮装每个小花篮装25片硅片），每一批硅片有一张流程片硅片），每一批硅片有一张流程卡，流入到扩散工序；卡，流入到扩散工序；v4）操作员在设备自动运行过程中，不能离开，需）操作员在设备自动运行过程中，不能离开，需时刻监视设备运行情况；时刻监视设备运行情况；生产生产v5）收片收片v 收片员在小花篮下垫收片员在小花篮下垫海绵垫片，双手轻轻拿硅海绵垫片，双手轻轻拿硅片两端，将硅片轻轻插入片两端，将硅片轻轻插入小花篮，如图所示。发现小花篮，如图所示。发现有硅片发亮、未吹干、药有硅片发亮、未吹干、药液残留等异常现象，及时液残留等异常现象，及时报告工序长、品管员、工报告工序
22、长、品管员、工艺员，共同解决。艺员，共同解决。v6）对制绒不良的硅片需进行隔离，并报告给工）对制绒不良的硅片需进行隔离，并报告给工序长和品管员，集中在统一的时间返工；序长和品管员，集中在统一的时间返工；v7）工序长在每个班在交班前，及时更换槽的纯）工序长在每个班在交班前，及时更换槽的纯水、碱液、酸液，并对此次换液进行相应的记水、碱液、酸液，并对此次换液进行相应的记录；录；v 8）自检）自检v 在制绒完成后，工序长和收片员需进行自检，在制绒完成后，工序长和收片员需进行自检，符合工艺、质量要求才能流入下道工序；符合工艺、质量要求才能流入下道工序；v 自检标准：外观均匀、无明显滚轮印、指纹印、自检标
23、准：外观均匀、无明显滚轮印、指纹印、污渍、无药液水珠残留、无明显发白、发亮的为制污渍、无药液水珠残留、无明显发白、发亮的为制绒合格硅片，可以正常往下流；绒合格硅片，可以正常往下流；v 不合格制绒硅片需进行隔离，达到工艺质量要不合格制绒硅片需进行隔离，达到工艺质量要求方能流入下道工序。求方能流入下道工序。任务四任务四 制绒不良片案例分析制绒不良片案例分析v制绒过程中出现的不良情况，主要有表面污染、表制绒过程中出现的不良情况，主要有表面污染、表面发白、表面发亮、腐蚀不均、无绒面等情况。面发白、表面发亮、腐蚀不均、无绒面等情况。表面污染表面污染va图中出现的是硅片表图中出现的是硅片表面有指纹残留；出
24、现的原面有指纹残留；出现的原因是，在包装时人为的接因是，在包装时人为的接触硅片；触硅片；v解决的措施：添加解决的措施：添加IPA，Na2SiO3,可以起到一定效可以起到一定效果，但是不能杜绝，需要果，但是不能杜绝，需要硅片车间的配合。硅片车间的配合。表面污染表面污染v b图中出现的是硅片表图中出现的是硅片表面有大量的药液残留；面有大量的药液残留；v 出现的原因是出现的原因是IPA添加添加过多；或者出制绒槽后，过多；或者出制绒槽后，没有立即放入漂洗槽，导没有立即放入漂洗槽，导致药液残留在硅片表面反致药液残留在硅片表面反应应v解决的方法：重新进行清解决的方法：重新进行清洗洗表面污染表面污染v c图
25、出现的是在同一批图出现的是在同一批片子中相同位置有类似于片子中相同位置有类似于油污的污渍；出现的原因油污的污渍；出现的原因主要是来料问题，可能在主要是来料问题，可能在硅片包装时引入；硅片包装时引入；v 解决的方法：与硅片车解决的方法：与硅片车间协商解决间协商解决表面污染表面污染vd图中出现的是表图中出现的是表面污渍；出现的原因主面污渍；出现的原因主要是在制绒后反应残留；要是在制绒后反应残留；v 解决的方法：重新解决的方法：重新进行清洗。进行清洗。硅片表面颜色硅片表面颜色va图中出现的是硅片图中出现的是硅片表面发白；出现的原因主表面发白；出现的原因主要是制绒的时间不够。要是制绒的时间不够。v解决
26、的方法：通常是延长解决的方法：通常是延长制绒时间。制绒时间。硅片表面颜色硅片表面颜色vb图中出现的硅片表面图中出现的硅片表面发亮、表面发沙；发亮、表面发沙；v 出现的原因：主要是出现的原因：主要是NaOH过量或者制绒时间过过量或者制绒时间过长；长；v解决的方法：通常是适当解决的方法：通常是适当降低碱液的用量及制绒时降低碱液的用量及制绒时间。间。绒面状况绒面状况va图中出现的是表面腐图中出现的是表面腐蚀不均、硅片表面部分区蚀不均、硅片表面部分区域发白、有彗星现象发生；域发白、有彗星现象发生；出现图中现象的主要原因出现图中现象的主要原因是是IPA偏少；偏少；v解决的方法：通常是适当解决的方法：通常
27、是适当增加增加IPA的用量。的用量。绒面状况绒面状况v b图中出现的无绒面或表面图中出现的无绒面或表面有流星雨现象发生；出现有流星雨现象发生；出现图中现象的原因主要是来图中现象的原因主要是来料问题；料问题；v解决此类现象的措施是加解决此类现象的措施是加大碱液用量。大碱液用量。绒面状况绒面状况v c.图中出现的绒面不均现象图中出现的绒面不均现象主要表现为部分区域绒面良主要表现为部分区域绒面良好，部分绒面表现为较难腐好，部分绒面表现为较难腐蚀；出现图中现象的原因主蚀；出现图中现象的原因主要是来料问题；要是来料问题；v解决此类现象的方法：是加解决此类现象的方法：是加大碱液与大碱液与IPA的用量，具体加的用量，具体加入量依据实际情况而定。入量依据实际情况而定。不良片的控制不良片的控制v1、插片、插片同一篮中为同一批次，至少字母标识相同；同一篮中为同一批次，至少字母标识相同；v2、抽检、抽检对制绒中出现不良的后续电池片应在工艺过程对制绒中出现不良的后续电池片应在工艺过程中抽检，注意一定要从漂洗液中抽样，不能直接从制绒液中中抽检，注意一定要从漂洗液中抽样，不能直接从制绒液中取片；取片；v3、不良片的判断和改进、不良片的判断和改进一看二算三判断。一看二算三判断。
