摘要:通过优化湿法工艺,可保证有效去除多孔硅,提高太阳能电池片合格率。从对酸槽药液配比、碱槽药液浓度及自动配比、碱刀流量及位置、机械手抓片位置调整及辅助动作的优化等方面,探讨了湿法多孔硅去除工艺的优化。
0 引言 在现有的太阳能电池片制作工艺中,多孔硅的形成主要是在湿法工艺段,包括湿法制绒与湿法切边,不过不同于电化学原理制作多孔硅,湿法工艺通HNO3与HF酸纯化学腐蚀形成多孔硅,所形成多孔硅相对杂乱无章。多孔硅其中一个特性是其电阻率偏高,一般会高于衬底5个~6个数量级。 因多孔硅的电阻率较高,对于电池片工艺而言,电阻率过高会导致电池片串阻变大、填充变低,最终功率输出较低。此外,背面多孔硅残留会造成丝网印刷背场效果较差,导致开压电流降低。现主要从以下几个方面优化湿法工艺,保证有效去除多孔硅,提高电池片合格率。
1 酸槽药液配比的优化 从多孔硅形成的原理分析,当药液是富HF酸时,由于HNO2酸作为催化剂浓度较低,此时药液会优先选择腐蚀坑底,容易形成较深的多孔硅,且腐蚀坑不均匀,即多孔硅分布不规则;当药液是富HNO3酸时,由于此时催化剂足够多,药液腐蚀决定于HF酸的扩散速度,而孔壁的扩散速度大于坑底的,因此形成的多孔硅较浅,且腐蚀坑大小均匀,表面光滑平整。所以从源头上控制,可优先选择富HNO3酸的药液配比。
依表1数据分析,HF与HNO3比例越小,串阻越小,填充越大,同时开压也会有所提高,最终转换效率会增加0.03%,分析其原因主要因为比例越小,HNO3越多,多孔硅厚度较薄,而且平整光滑,在湿法后续碱去除多孔硅时去除比较彻底。从数据中还能看出当比例在1:5与1:6时两者效率相差不大,但在显微镜下显示,1:6的下表面腐蚀坑相对较大也平滑。因此选择1:6配比作为最终药液配比[1]。
在配比确定为1:6后,刻蚀量的大小直接影响多孔硅的厚度,在一定范围内刻蚀量越大多孔硅厚度越大,当前工艺刻蚀深度规定范围在1.3μm~2.5μm,鉴于设备各轨之间的差异,刻蚀量重新规定为1.3μm~2.0μm,而且在保证刻蚀达到要求的同时,各轨均匀性较好的设备刻蚀可尽量保证在平均值1.65μm附近。
2 碱槽药液浓度及自动配比优化 现有电池湿法工艺中,多孔硅去除的方法是通过碱液与硅反应,碱浓度过低会造成多孔硅去除不干净;过高则会出现背面黑圈,引入过多的金属离子,导致漏电增大,同时碱浓度高,中间反应物过多不能及时扩散走,反而抑制反应。因此如何保证合适的碱浓度是保证电池片质量的关键。 为找出最合适碱药液浓度,分别选取水与碱配比56:5、56:4.5、56:4三组测试各1000片,其中二槽药液配比选取上述HF:HNO3比例1:6且刻蚀量选取上限2.0μm。观察背面及侧面黄斑及金边片的情况。经测试,结果显示56:4可保证多孔硅去除干净。在确定初配的药液浓度后,将自动配液的碱液与水比例由2500:500降至2500:300,测试1周,验证自动补液是否合理,经测试运行稳定,下表面外观符合工艺标准;依此类推经过不断优化最后确定自动补液比例可以定为2500:300[2]。
3 碱刀流量及位置的优化 目前湿法设备碱槽采用喷淋的方式清洗刻蚀后的硅片,喷淋方式的缺点是无法覆盖整个硅片表面,受限于流量的大小,容易出现局部无法清洗干净的情况,尤其是硅片边缘。针对此情况,重新调整上下碱刀的流量大小,由于硅片边缘多孔硅不易情洗,需要上碱刀药液流经上表面溢流至四边清洗,但上表面存在磷硅玻璃,属于亲水性,液体流动速度慢,容易出现边缘多孔硅浸泡时间过短,清洗不干净的情况,基于此,调整上碱刀流量,直到药液可迅速溢流至硅片四边;下碱刀主要用来清洗下表面多孔硅,下碱刀因其向上喷碱,需克服碱液重力影响,因此下碱刀流量要求喷出高度达到2倍碱刀至硅片的距离。 上述提到碱刀流量控制,但因碱刀喷淋每道宽度有限且是孔结构,如果出现安装时位置偏离硅片一边,容易导致一侧清洗不彻底的情况,例如下表面一边黄斑或侧面金边。因此碱刀安装要求按照对称于硅片,保证药液流动的均匀性[3-5]。
4 机械手抓片位置调整的优化 湿法设备自动加载端,硅片摆放依靠机械手程序设定,为简化碱刀安装程序,需要统一标准,规定机械手摆放硅片时需要沿着各轨道白线靠内1mm~2mm。
5 辅助动作优化 湿法二槽刻蚀槽反应需要HNO2催化,每次交接班停机后,药液重新激活,在激活过程中刻蚀会偏低,此时可以调整速度来保证刻蚀量,尽量避免手动补液,容易出现药液激活后刻蚀超标的情况。 b)下表面单边规则黄斑,首先位置出现在单边,优先考虑碱刀位置与硅片位置是否对齐;规则条状黄斑考虑碱刀局部堵塞。最后经调整机械手放片位置及碱刀位置、清洗碱刀解决[6]。
6 结语 多孔硅去除对于电池片工艺来说是个很关键的步骤,多孔硅因其电学特性异常,对于电池片影响较大。经过此次工艺优化后,节约了生产成本,创造了更大经济效益。 梁玲,杨飞飞,张波
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