太阳能硅片切割技术七重攻略 [复制链接]

对光伏行业来说，切割废砂浆中的碳化硅回收同样具有很高的经济价值。由于在应用上对太阳能硅片表面的平整度、洁净度、导电性等性能指标有着严格的要求，太阳能硅片的切割过程中，需要使用硬度高、粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质。通常是先将碳化微粉按照一定比例加入到以聚乙二醇（PEG）为主要原料合成的水溶性太阳能硅片切割液中并充分分散，配置成均匀稳定的切割砂浆后再用于硅片切割。
   昊研公司的碳化硅回收技术，基础是利用目标回收物和需要分离弃之的废硅粉之间在比重、颗粒、物理化学性质等方面的差别，采用“硅质分离 → 纯化处理 → 粒径分选 → 结构优化等”工艺分步精制。经过赛普技术和设备回收所得的碳化硅微分，其主要技术指标均达到优质水平。其中，粒度分布D指数大于94%，硬度、密度等指标也完全符合产品质量标准。

硅片切割液：硅片切割液质量的的主要成份之聚乙二醇（PEG）。硅片切割液的作用，由于在整个切割过程中，硅片切割液碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行切割的，所以硅片切割液主要起悬浮和冷却的作用。

硅片切割液（PEG）的粘度，如果粘度不达标，就会导致液的流动性差，不能将温度降下来而造成灼伤片或者出现断线，因此切割液的粘度又确保了整个过程的温度控制。由于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中，会因为摩擦发生高温，所以切割液的粘度又对冷却起着重要作用。

太阳能硅片切割液：太阳能硅片切割液质量的的主要成份之聚乙二醇（PEG）。太阳能硅片切割液的作用，由于在整个切割过程中，硅片切割液碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行切割的，所以太阳能硅片切割液主要起悬浮和冷却的作用。

太阳能硅片切割液（PEG）的粘度，切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证。只有符合机器要求的切割标准的粘度，才能在切割的过程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区。由于不同的机器开发设计的系统思维不同，因而对砂浆的粘度也不同，即要求切割液的粘度也有不同。例如瑞士线切割机要求切割液的粘度不低于55，而NTC要求22-25，安永则低至18。

在硅片多线切割过程中，切割液作用主要是分散、悬浮、润滑、冷却、提高切割效率、降低切割消耗等。
良好的分散性，可以使碳化硅在切割液混合时分布得更均匀；优秀的碳化硅悬浮能力，可以有效悬浮并携带碳化硅颗粒，提高切割效率，降低切割消耗；出色的润滑作用，可在硅片表面形成保护膜，降低切割过程阻力及硅片表面缺陷；杰出的冷却效果，可以有效的散发热量，从而降低切割应力，防止由于温度变化导致的厚度偏差；产品批次质量及性能稳定，易于清洗与回收处理。
黑碳化硅呈黑色，性脆而锋利，并具有较好的导热性和导电性。太阳能硅片、半导体硅片、石英芯片的切割研磨；固结磨具和涂附磨具的制作；石材的研磨抛光；加工抗张强度低的金属及非金…
绿碳化硅绿碳化硅呈绿色，晶体结构，硬度高，切削能力较强，化学性质稳定，导热性能好。适合于用作太阳能硅片切割专用刃料。本公司绿碳化硅产品纯度高，粒度集中度好，可以有效提高切割效率并降低损耗



47楼
关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论
摘要:在单晶硅太阳能的制备工艺中,经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同,在硅片表面形成类似 “金字塔”状的绒面,降低反射率本文研究了(氢氧化钠+乙醇)混合体系对(100)晶面的单晶硅片的各向异性腐蚀过程描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量反应时间及温度的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面变化的情况及金字塔的成核分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出适宜的工艺参数。
绒面的作用
为了提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率,工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对(100)晶面的单晶硅片的各项异性腐蚀在表面形成类似 “金字塔”状的绒面,有效增强硅片对入射太阳光的吸收,从而提高光生电流密度。
理想质量的绒面
对于既可获得低的表面反射率,又有利于太阳能电池的后续制作工艺绒面,应该是金字塔大小均匀,单体尺寸在10~20微米之间,相邻金字塔之间没有空隙, 即覆盖率达到100%。  
控制理想绒面的形成因素
理想质量的绒面的形成,受到了诸多因素的影响,例如原材料的特性、制绒液的组成、各组分的含量、温度、反应时间等。为了维持生产良好的可从复性，并获得高的生产效率,要求我们比较透彻的了解绒面的形成机理,控制对制绒过程影响较大的因素,在较短的时间内形成质量较好的金字塔容面.
绒面生长的原理
在高温下,硅与碱发生如下的化学反应:
                Si+2OH-+H2O = SiO3+2H2
            对于晶体硅,由于各个晶面的原子密度不同,与碱进行反应的速度差别很大,也就是我们通常说的(110)面(111)面的腐蚀从而在表面形成类似“金字塔” 状的绒面。
绒面生长的基本参数
用氢氧化钠加乙醇,在80-83度之间,时间30-40min左右,根据原材料的特性来配液就可以做出质量较好的容面。
氢氧化钠的含量对绒面的影响
经过相同时间的生长，氢氧化钠的浓度越高，晶字塔的体积越大。而制绒液的腐蚀性随氢氧化钠溶液浓度变化而变化得比较显著，浓度高的氢氧化钠溶液与硅进行化学反应的速度加快，反应相同时间后，金字塔的体积更大。当氢氧化钠的浓度超过了一定的界限，溶液的腐蚀力度过强，绒面会越来越差，直至出现类似“抛光“的效果。相比于乙醇，有利于绒面生长的氢氧化钠溶度范围比较小，这就要求生产过程中要严格控制溶液中的氢氧化钠溶度。
乙醇在制绒液中的作用
通过实践了解，我认为乙醇在制绒液中起两点作用：一，协助氢气泡的释放；二，可以减弱氢氧化钠对硅片的腐蚀力度。
结论
氢氧化钠、硅酸钠与乙醇的混合溶液对晶体硅进行腐蚀，可以制备出类似金字塔的结构表面。理想的绒面应是金字塔体积较小.大小均匀.覆盖率高。适宜的制绒液在77——80摄氏度按照上述所设的配方下反应30分钟左右，就可以在单晶硅片表面形成色泽均匀.反射率低的金字塔绒面。
几种常见绒面的“事故”
有些绒面做出来看起来表面很脏,其实这些不是真正的脏而是表面有些地方绒面没长好而带来的一种错觉。
不同国家硅片制绒的适宜参数
德国PV：配液加3瓶NaOH,18瓶C2H5OH可分两次加入，然后每筐加1瓶NaOH，3瓶C2H5OH.
      拜耳: 配液加2瓶NaOH, 18瓶C2H5OH, 然后每筐加2/3瓶NaOH，3瓶C2H5OH.
      西班牙：配液加2瓶NaOH, 18瓶C2H5OH, 然后每筐加1/3瓶NaOH，3瓶C2H5OH.
宁晋：要洗铬酸，配液加1.5瓶 NaOH, 16瓶
C2H5OH, 然后每筐加1/2瓶NaOH，3瓶C2H5OH.
宁晋新材料：配液加2瓶NaOH, 16瓶
C2H5OH, 然后每筐加1/3瓶NaOH，3瓶
C2H5OH.
俄罗斯:配液加2瓶NaOH, 16瓶C2H5OH, 然后每筐加2/3左右瓶NaOH，3瓶C2H5OH.
        乌克兰：配液加1.5瓶NaOH, 16－18瓶C2H5OH, 然后每筐加1/3瓶NaOH，3瓶C2H5OH.
       有些片子容面不好做，那么我们先把片子做干净保证片子不发亮无白斑后尽力把容面调到最佳状态.
以上仅为初步认识，可能存在不妥之处，请多多指教，要保持绒面可控，有待进一步摸索，谢谢！

48楼
太阳能电池制绒设备研究的几点心得
1.清洗设备在整个太阳能电池生产线上起到至关重要的作用。主要可以分为：扩散前的制绒、酸洗，磷硅玻璃(PSG)的湿法腐蚀、漂洗等几类。
2.在太阳能电池生产中，刻蚀具有两个作用，即去除切割过程中产生的表面缺陷，同时进行硅片表面构化。构化的目的就是延长光在电池表面的传播路径，从而提高太阳能电池对光的吸收效率。构化的主要方法可以分为干法和湿法两种。后者是目前应用最广泛的刻蚀方法，即用碱(NaOH、KOH)或酸液(HNO3、HF)对硅片表面进行腐蚀。

由于硅片的内部结构不同，各向异性的碱液刻蚀主要用于晶向分布均匀的单晶硅，而晶向杂乱的多晶硅采用各向同性的酸液刻蚀会有更好的构化效果。
以单晶硅制绒为例进行工艺实验。工业生产中通常采用碱和醇的混合溶液对<100>晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类似"金字塔"状的绒面，有效地增强硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。对于既可获得低的表面反射率，又有利于太阳能电池的后续制作工艺的绒面，应该是金字塔大小均匀，单体尺寸在2～10μm之间，相邻金字塔之间没有空隙，即覆盖率达到100%。理想质量绒面的形成，受到了诸多因素的影响，例如硅片被腐蚀前的表面状态、制绒液的组成、各组分的含量、温度、反应时间等。而在工业生产中，对这一工艺过程的影响因素更加复杂，例如加工硅片的数量、醇类的挥发、反应产物在溶液中的积聚、制绒液中各组分的变化等。为了维持生产良好的可重复性，并获得高的生产效率。就要比较透彻地了解金字塔绒面的形成机理，控制对制绒过程中影响较大的因素，在较短的时间内形成质量较好的金字塔绒面。
3.硅片在切割过程中表面留有大约10～20μm的锯后损伤层，对制绒有很大影响，因此在制绒前必须将其除去。单晶一般用碱与硅反应的方法除去。现在很多公司常用NaOH，工艺参数有溶液温度、反应时间和溶液浓度。经过我们与生产企业的多次反复实验，最终结果表明当NaOH加热至85℃，浓度为25％时去损伤速度最快、效果最好。
4.制绒工艺比较复杂，不同公司有各自独特的制绒方法。一般碱制绒有以下几种方法：
(1)NaOH+IPA
(2)NaOH+IPA+NaSiO3
(3)NaOH+CH3CH20H
     一股使用到的化学添加剂有两种，一种是IPA(异丙醇)，另一种是工业酒精。加入异丙醇后，可以使反应加快，主要是起消除气泡的作用。曾经有人认为，异丙醇是产生金字塔的原因，其实如果不用异丙醇也可以做出绒面来，所以异丙醇并非做绒面 必不可少的一种物质。
     而对于工业酒精，根据实验结果，不添加酒精，也可以制作出绒面来，但是绒面表面会非常的难看。会有很多雨点状的气泡印，即使最后经过扩散、刻蚀、喷涂和印刷后，做出来的太阳能电池片上气泡印也很难去掉，会严重影响美观和硅片表面质量。
     因此，第二种方法在工业大规模生产中被普遍接受。工艺要求NaSiO ：NaOH在l：3．5到1：3之间，NaOH：IPA在1：6左右。NaOH浓度要求在2％～4％之间调整。在制绒工艺中，温度和个溶液的比例是丰要参数。时间是次要的。保持工艺的稳定对大规模的生产是至关重要的。通常通过排液、补液的方法来实现。对于第二种工艺方法来说，制绒的最佳工作温度在83。 C±1℃。温度太低和IPA比例太小都不能制成绒面，或者说在绒面形成之前硅片已经消耗完。IPA太多形不成绒面，它不能起调节晶向反应速度的作用。

赞扬。。。。

增加一点，有必要大家了解太阳能电池工艺过程：硅料----拉晶-----切片----电池片----组件    运用到化学品：硫磺酸, 盐酸, 氢氟酸, 硝酸，黑碳化硅, 绿碳化硅，聚乙二醇（PEG），异丙醇（IPO），三氯氧磷，硅烷，氢氧化钠, 氢氧化钾，环氧胶，硅胶，胶带，氨水，矾土，硼，硫化镉，铜，镓，锗，铟，钼，三氯氧磷，碲，锡，

以上14楼只化学品只在：切片，电池片两道工序！硅料，组件工序还有！

RCA清洗技术：所用清洗装置大多是多槽浸泡式清洗系统
　　清洗工序： SC-1 → DHF → SC-2
　　1. SC-1清洗去除颗粒：
⑴ 目的：主要是去除颗粒沾污（粒子）也能去除部分金属杂质。
⑵ 去除颗粒的原理：
　　硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。
① 自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温
度无关。
② SiO2的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。
③ Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快，当到达某一浓度后为一定值，H2O2浓度越高这一值越小。
④ NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀。
⑤ 若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒去除率也越低，如果同时降低H2O2浓度,可抑制颗粒的去除率的下降。
⑥ 随着清洗洗液温度升高，颗粒去除率也提高，在一定温度下可达最大值。
⑦ 颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关，为确保颗粒的去除要有一 定量以上的腐蚀。
⑧ 超声波清洗时，由于空洞现象，只能去除 ≥ 0.4 μm 颗粒。兆声清洗时，由于0.8Mhz的加速度作用，能去除 ≥ 0.2 μm 颗粒，即使液温下降到40℃也能得到与80℃超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声洗晶片产生损伤。
⑨ 在清洗液中，硅表面为负电位，有些颗粒也为负电位，由于两者的电的排斥力作用，可防止粒子向晶片表面吸附，但也有部分粒子表面是正电位，由于两者电的吸引力作用，粒子易向晶片表面吸附。
　　⑶. 去除金属杂质的原理：
① 由于硅表面的氧化和腐蚀作用，硅片表面的金属杂质，将随腐蚀层而进入清洗液中，并随去离子水的冲洗而被排除。
② 由于清洗液中存在氧化膜或清洗时发生氧化反应，生成氧化物的自由能的绝对值大的金属容易附着在氧化膜上如：Al、Fe、Zn等便易附着在自然氧化膜上。而Ni、Cu则不易附着。
③ Fe、Zn、Ni、Cu的氢氧化物在高PH值清洗液中是不可溶的，有时会附着在自然氧化膜上。
④ 实验结果：
a. 据报道如表面Fe浓度分别是1011、1012、1013 原子/cm2三种硅片放在SC-1液中清洗后，三种硅片Fe浓度均变成1010 原子/cm2。若放进被Fe污染的SC-1清洗液中清洗后，结果浓度均变成1013/cm2。
b. 用Fe浓度为1ppb的SC-1液，不断变化温度，清洗后硅片表面的Fe浓度随清洗时间延长而升高。
　　对应于某温度洗1000秒后，Fe浓度可上升到恒定值达1012~4×1012 原子/cm2。将表面Fe浓度为1012 原子/cm2硅片，放在浓度为1ppb的SC-1液中清洗，表面Fe浓度随清洗时间延长而下降，对应于某一温度的SC-1液洗1000秒后，可下降到恒定值达4×1010~6×1010 原子/cm2。这一浓度值随清洗温度的升高而升高。
　　从上述实验数据表明：硅表面的金属浓度是与SC-1清洗液中的金属浓度相对应。晶片表面的金属的脱附与吸附是同时进行的。
　　即在清洗时，硅片表面的金属吸附与脱附速度差随时间的变化到达到一恒定值。
　　以上实验结果表明：清洗后硅表面的金属浓度取决于清洗液中的金属浓度。其吸附速度与清洗液中的金属络合离子的形态无关。
c. 用Ni浓度为100ppb的SC-1清洗液，不断变化液温，硅片表面的Ni浓度在短时间内到达一恒定值、即达1012~3×1012原子/cm2。这一数值与上述Fe浓度1ppb的SC-1液清洗后表面Fe浓度相同。
　　这表明Ni脱附速度大，在短时间内脱附和吸附就达到平衡。
⑤ 清洗时，硅表面的金属的脱附速度与吸附速度因各金属元素的不同而不同。特别是对Al、Fe、Zn。若清洗液中这些元素浓度不是非常低的话，清洗后的硅片表面的金属浓度便不能下降。对此，在选用化学试剂时，按要求特别要选用金属浓度低的超纯化学试剂。
例如使用美国Ashland试剂，其CR-MB级的金属离子浓度一般是：H2O2 ＜10ppb 、HCL ＜10ppb、NH4OH ＜10ppb、H2SO4＜10ppb
⑥ 清洗液温度越高，晶片表面的金属浓度就越高。若使用兆声波清洗可使温度下降，有利去除金属沾污。
⑦ 去除有机物。
由于H2O2的氧化作用，晶片表面的有机物被分解成CO2、H2O而被去除。
⑧ 微粗糙度。
晶片表面Ra与清洗液的NH4OH组成比有关，组成比例越大，其Ra变大。Ra为0.2nm的晶片,在NH4OH: H2O2: H2O =1:1:5的SC-1液清洗后，Ra可增大至0.5nm。为控制晶片表面Ra，有必要降低NH4OH的组成比，例用0.5:1:5
⑨ COP（晶体的原生粒子缺陷）。
对CZ硅片经反复清洗后，经测定每次清洗后硅片表面的颗粒 ≥2 μm 的颗粒会增加，但对外延晶片，即使反复清洗也不会使 ≥0.2 μm 颗粒增加。据近几年实验表明，以前认为增加的粒子其实是由腐蚀作用而形成的小坑。在进行颗粒测量时误将小坑也作粒子计入。
小坑的形成是由单晶缺陷引起，因此称这类粒子为COP（晶体的原生粒子缺陷）。
据介绍直径200 mm 硅片按SEMI要求：
256兆 ≥ 0.13 μm，＜10个/ 片，相当COP约40个。

学习了///= =

= =b非专业表示压力很大...看不下来

这东西丢在水版可惜了吧.