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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于降低並聯電阻。 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→堿槽(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。 因此刻蝕對於液位元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台出來時, 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。
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, 機台疊片、碎片、吹不幹、殘留和色斑等常見問題等都極為相似, 機台的維護、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品質問題;
2、空氣溫度和潔淨度, 電池片是就像繈褓中的嬰兒, 任何風吹草動都會引起相當大的後果;
3、化學濃度分析,
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)。 刻蝕也屬於濕制程, 對藥液壽命 、藥液成分比例、週邊都同樣較為敏感, 問題出現都是批量性的, 問題處理上只能靠經驗和資料。
來源:北極星太陽能光伏網(獨家) 作者:陳雪松