太陽能電池片科普系列——刻蝕篇

北極星太陽能光伏網訊:擴散過後的下一個工序是刻蝕，由於擴散採用背靠背擴散，矽片的邊緣沒有遮擋也被擴散上磷（邊緣導通狀態），太陽能電池PN結的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區域流到PN結的背面，而造成短路，太陽能電池片會因此失效。同時此短路通道等效於降低並聯電阻。另外由於在擴散過程中氧的通入，矽片表面會形成一層二氧化矽，在擴散爐高溫的作用下POCl3與O2形成的P2O5，部分P原子進入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半導體，部分則留在了SiO2中形成PSG（磷矽玻璃）。

1、磷矽玻璃會使得電池片在空氣中表面容易受潮，導致電流和功率的衰減；

2、死層增加了發射區電子的複合，以致少子壽命的降低，進而降低了Voc和Isc；

3、磷矽玻璃會使得PECVD後產生色差。

 

一、刻蝕的原理

工藝流程：上片→蝕刻槽（H2SO4 HNO3 HF）→水洗→鹼槽(KOH)→水洗→HF槽→水洗→下片

刻蝕槽HNO3和HF的混合液體會對擴散後矽片的下表面及邊緣進行腐蝕,以去除邊緣的N型矽,打破矽片表面短路通路。因此刻蝕對於液位高度的控制需要特別精確。反應方程式：

3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 +  8H2O

去PSG磷矽玻璃的原理方程式：

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

SiF4+2HF=H2[SiF6]

SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O

當電池片從HF槽出來後，可觀察其表面脫水情況，如果脫水效果良好，則代表磷矽玻璃已去除較乾淨；如果表面水珠較多，則代表磷矽玻璃未被去除乾淨，可添加適量HF到HF槽中。

二、刻蝕工序工藝指標管控

當電池片經過刻蝕機臺出來時，首先檢查矽片表面，絨面是否明顯斑跡，是否有藥液殘留。該工序一般要求面腐蝕深度控制在0.8～1.6μm範圍內,同時矽片表面刻蝕寬度不超過2mm,  刻蝕邊緣絕緣電阻大於1K歐姆。

對於刻蝕程度可以通過刻重來衡量——刻蝕前重量減去刻蝕後重量。對於刻重的要求，不同公司有不同的要求，一般遠小於制絨減薄量。

疏水性測試，刻蝕後電池片需要=定時抽檢電池片疏水性，疏水性可反映擴散的好壞。

反射率，主要與刻重、電池片和藥液有關

三、刻蝕車間常見事項

異常處理，刻蝕車間和制絨車間極其類似，機臺疊片、碎片、吹不幹、殘留和色斑等常見問題等都極為相似，機臺的維護、抽風、流量等引起的工藝問題類型也多相似。

1、純水電導率檢測、生產所用均為純水，純度不高將直接導致電池片嚴重的質量問題；

2、空氣溫度和潔淨度，電池片是就像襁褓中的嬰兒，任何風吹草動都會引起相當大的後果；

3、化學濃度分析，對制絨槽藥液進行定期分析，以便調整。

4、返工分類，大過刻、小過刻等返工工藝不同，需要對返工進行區分，送至制絨車間。

四、總結

刻蝕車間的機器和制絨車間幾乎是同樣的，同樣的RENA機器進行稍微的改動就可以使用在不要的工序，同樣制絨車間面臨的問題刻蝕車間也同樣存在，維護繁瑣，有安全隱患等（具體可參見太陽能電池片科普系列制絨篇）。刻蝕也屬於溼製程，對藥液壽命  、藥液成分比例、外圍都同樣較為敏感，問題出現都是批量性的，問題處理上只能靠經驗和數據。

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原創：北極星（每天不定量更新）

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