基于单晶硅制绒金字塔生长异常的解决方法

汤欢+张波宁+杨伟光

摘 要

本文研究的是单晶硅太阳能电池碱制绒后出现异常表面的分析方法。以正常生产中出现的亮片表面为例，进行全面解析，通过SEM对不同制绒后的片进行金字塔的大小测量及ImageJ软件统计单位面积的金字塔个数进行数据比较得到基础数据，分析影响晶体硅金字塔结构生长异常的原因，便于查找相关的工艺和设备问题，为晶体硅太阳能制绒的正常生产提供了数据分析参考和经验积累。

【关键词】单晶硅 制绒 金字塔 工艺 设备 数据分析 经验积累

单晶制绒的工艺以及设备运行状态对表面制绒的效果起着非常重要的作用。制绒设备的运行状态直接影响着工艺的正常进行，工艺的正常运行及稳定性直接影响着制绒效果，金字塔的生长等等。理想质量的金字塔的形成，受到了诸多因素的影响，包括工艺稳定性和设备的运行状态等。

1 案例解析

金字塔结构的尺寸和形状对单晶硅绒面的反射率会产生很大影响，反射率的异常也会对硅片的表面产生直接影响。本文以单晶电池生产环节出现的制绒亮面表面为例进行解析。分别从金字塔尺寸、单位面积金字塔个数及反射率三方面对正常制绒后和亮片表面制绒后的硅片进行对比，讨论了由于金字塔异常导致的不同结果，并结合得到的数据对工艺和设备进行问题查找，并提出解决方案。

1.1 金字塔尺寸对比

对正常硅片及出现的亮面表面进行垂直角度3000倍扫描电镜表征对比，从SEM上看，正常片的金字塔大小在5-7μm，亮片的金字塔较正常片的金字塔要偏大在9-10μm，有的部位金子塔较小，有未成核处。选取相同面积进行对金字塔进行统计分析，制绒后正常硅片有449个金字塔，而亮片相同视场面积下仅有150个金字塔。

1.2 反射率对比

从图1数据可以看出亮片的反射率要比正常片的反射率偏高。

小结：分析表明腐蚀速率在一定程度上决定了金字塔的结构，在合适的腐蚀速率下，成核与生长达到一个平衡，形成大小合适、结构完整且密布整个硅片表面的金字塔结构；腐蚀速率较高时，金字塔的生长大于成核，表现的绒面结构为大金字塔，且表面有未成核处。导致出现亮面表面的原因也就是腐蚀速率发生了变化。

2 问题查找

问题查找包括工艺问题和设备问题，两者息息相关，当工艺成熟运行时，设备因素的影响又会制约工艺的运行。工艺问题和设备问题同时进行查找解析处理。

2.1 确认工艺加载的正确性

不同的工艺配比直接影响着制绒效果，腐蝕深度、金字塔的成核及生长都会受到影响。在生产正常进行时出现异常表面首先要检查加载工艺是否正确。

2.2 确认工艺运行的正常性及解决方案

影响制绒效果的因素包括药液浓度、工艺时间、温度等。当工艺加载正常，但是运行不正常，也会影响最终的工艺效果。确保工艺正常的运行是生产的基础工作，工艺的正常运行又需要以设备正常运行做为基础。解决方案如下：

2.2.1 报警及运行记录查询

根据对应的时间查找相应的报警信息，对该时间段内存在设备异常问题进行汇总。推算表面出现的时间，根据时间查运行记录，查相关的各槽的反应时间、温度范围等。

解决方案：通过运行记录和报警记录，标记对应的时间，查找报警原因，由于设备问题带来的隐患导致的超时，包括槽盖报警、机械手运行错误报警、传感器异常报警等。

2.2.2 补液记录查询

查看补液过程中是否存在异常。补液异常包括在反应中不补液，反应中补液时间不对，补液值不是工艺设定值，或者在报警记录中出现的供液系统压力不足等。

解决方案：补液值不是工艺设定值，需要确定工艺加载的准确性；反应中不补液或补液时间不对，需进行多槽多批次的记录查询；针对报警记录中出现的供液系统压力不足的问题，要对外围工艺系统能否正常工作进行监控。

2.2.3 药液校准

对使用的药液进行校准，药液的精准性直接影响着生产的药液浓度，浓度不同导致工艺运行出现问题，最终出现表面问题。

3 小结

影响金字塔生长的因素对金字塔成核过程起着至关重要的作用。当工艺确定后，设备的运行状态又制约着工艺的正常运行，当工艺参数已经满足在运行周期内稳定，出现异常问题后多数是由设备间接导致的，所以在生产环节，设备和工艺是密不可分。

本文是以单晶制绒过程中出现的异常表面为例，做相应的数据分析，最终通过查找工艺和设备的影响因素解决实际问题，主要是提供一个解决问题的思路，为生产积累数据和经验。

参考文献

[1]吕红杰，沈鸿烈，沈洲，刘斌，李斌斌.太阳电池用单晶Si表面的织构化研究[J].电子器件，2011（05）.

[2]席珍强，杨德仁，吴丹，张辉，陈君，李先杭，黄笑容，蒋敏，阙端麟.单晶硅太阳电池的表面织构化[J].太阳能学报，2002（03）.

[3]许彦旗，汪义川，季静佳，施正荣.关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论[A].21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C].2003.

[4]王海燕.硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究[D].郑州大学，2005.

作者单位

光伏材料与技术国家重点实验室 河北省保定市 071051endprint