2.2 电池制造工艺 硅片的化学腐蚀
光伏电池组件生产工艺
光伏电池组件生产工艺
光伏电池组件生产工艺是将硅片、玻璃、铝框等材料通过一系列工艺流程加工成光伏电池组件，用于太阳能发电。
下面以常规硅基光伏电池为例，分步骤阐述其生产工艺。
1. 硅片切割：先将硅棒切成薄片，然后采用线切割技术将硅片切成150-200微米厚的晶片。
这一步是整个工艺流程的起点。
2. 体液深度腐蚀：将硅片浸泡在碱性液体中，利用化学反应将硅片表面的极薄氧化层和部分硅材料腐蚀掉，形成较深的反向电场。
3. 清洗与蚀刻：经过深度腐蚀后，用酸性液体将硅片表面的微小瑕疵清洗掉，再蚀刻一层透明氧化硅。
4. 消光排笔：用液态聚合物在硅片的上下两个金属电极之间涂一层厚度约为25微米的消光层，以减少电极反射而影响电池效率。
5. 金属化：将铜、铝等金属蒸镀在消光排笔上，形成上下两个电极。
上铝下铜为常规电池的铺设方式，这一步完成后形成的晶体管就是PN结。
6. 切割、选级和分装：将硅片切割成多个电池，不同电池在制造过程中，由于材料、设备等方面的原因，也可能出现不同级别的电池，此时要进行筛选，将同一级别的电池分装装配并进行电学特性测量。
7. 等离子体清洗：为了去除硅片表面的杂质，提高器件性能，需要在高温、低压等条件下使用等离子体清洗法，清除氧化物和其他杂质。
8. 包装和组装：最后将生产的电池安装在玻璃上，用透明胶粘合在铝框上。
平板太阳能电池组件由多个电池板拼接而成，通常为36个或72个板拼接而成。
本文所述的光伏电池组件生产工艺中，每一步都需要准确的技术参数和工艺条件，以确保电池的品质，最终达到预期的发电效果。
同
时，这也反映了光伏电池、太阳能等新能源产业对于技术的要求是有多高的。
光伏电池---硅片的刻蚀..
3.3 酸洗槽
HF循环冲刷喷淋中和前道碱洗后残留在硅片表面
的碱液，去除硅片表面的磷硅玻璃，主要发生下列化 学反应：
HF+SiO2→ H2SiF6 + H2O
四、工艺常见问题以及解决方法
4.1、腐蚀深度：工艺控制在1.2±0.2μm
检测仪器：电子称 腐蚀深度是表征片子刻通与否的一个重要参数，通 过测量刻蚀前后片子减薄量，可以计算出腐蚀深度，根 据具体测量情况可以改变工艺参数:
自动补液 调整自动补液的周期以及自动补液量（HF
HNO3），补液周期越短，补液量越大，腐蚀深度越大， 反之。 手动补液 可以手动添加化学品（HF HNO3 DI水），一 般在腐蚀深度偏差较大时进行手动补液，一般在换液初
期和槽体寿命快到时。
4.2、刻蚀线：可能出现过刻或刻蚀不足的情况，一般不超
槽体温度 原则上温度控制在8度，一般上下浮动1-2度，调整梯度为0.5-1 度，温度升高腐蚀深度增加，反之。温度可以作为刻蚀速率的调节手段， 但是这是最后的手段。由于温度较高的情况下，刻蚀溶液在刻蚀槽时会不 稳定，所以一般不宜长时间超过10度，当前我们的补液能保证刻蚀速率不 下降，所以我们无需调高刻蚀溶液的温度。 滚轴速度 原则上带速控制在1.0-1.5m/min，调整梯度式0.1-0.2 m/min， 速度越快，腐蚀深度越小，反之。
注意：扩散面须向上放置， H2SO4硫酸不参与反应， 仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，增加溶液黏度 （增大溶液与PSG薄层间的界面张力）和溶液密度， 使硅片很好的浮于反应液上（仅上边缘2mm左右和下 表面与液体接触）。
3.2 碱洗槽
KOH喷淋中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液，
去除硅片表面的多孔硅及其杂质，去除扩散形成的染 色，KOH溶液依靠冷却水降温保持在20℃左右，主要 发生下列化学反应： Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2↑
光伏电池---硅片的刻蚀
边缘刻蚀原理反应方程式： 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 ↑ + 8H2O
6
LOREM IPSUM DOLOR
2.2 去PSG原理：
SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2[SiF6] SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O 去PSG工序检验方法： 当硅片从HF槽出来时，观察其表面是否脱水，如果脱水， 则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明源自 完成安排的其他工作
工程师：
关注当天的效率、碎片率、良品率等参数、化学品用量，对于出现的外观不良、漏电或是 效率低下等异常，及时联系其余工序的工程师进行排查。
确定工艺方案与工艺控制参数（腐蚀量、刻蚀线宽），药液使用寿命以及设备维护周期， 上报主管工程师。 对于日常工作中，根据需要，与其他职能部门（如设备、生产等部门）进行沟通，共同寻 找解决问题的方案。 对于助理工程师汇报的异常情况，视情况到场解决或是电话给出解决方案，若不能解决的， 及时通知工艺主管。 定期进行刻蚀参数优化实验或是安排刻蚀异常时的排查实验，根据实验结果提出改进措施。 负责编写刻蚀工段的工艺文件、作业指导书，并组织相关人员进行学习。
作为工艺人员在生产过程中，如果发现机器碎片，
一方面应该提醒产线员工注意放片规范，减少叠片和歪 片；另一方面，应巡查上述主要地方，及时找到并清理 在设备中残留的碎片，杜绝更多碎片的产生。
4.4 吹不干 调整吹干气体流量，无效果，通知设备。
当班过程中，检查生产人员的无尘服穿戴、
上下片操作手法以及工艺卫生状况是否符合要求，
电池制造工艺硅片的化学腐蚀
总结词
后处理工艺是硅片化学腐蚀过程中不可 或缺的一环，优化后处理工艺可以提高 硅片的表面质量和耐久性。
VS
详细描述
选择合适的后处理工艺，如清洗、干燥、 抛光等，以去除硅片表面的杂质和损伤层 。通过实验确定最佳的后处理工艺参数， 以提高硅片的表面质量和耐久性。同时， 需要关注后处理工艺的一致性和可靠性， 确保生产过程中的一致性。
06
未来研究方向
新型腐蚀液的开发
总结词
随着电池制造工艺的不断进步，对硅片化学 腐蚀液的性能要求也越来越高。未来需要开 发新型的腐蚀液，以满足更高的工艺要求和 环保标准。
详细描述
新型腐蚀液应具备更高的腐蚀速率、更稳定 的化学性质、更低的腐蚀缺陷以及更环保的 成分。可以通过研究新型腐蚀液的配方和制 备工艺，优化腐蚀液的性能，提高硅片的加 工效率和产品质量。
这些化学物质会与硅片表面的硅原子发生反应，生成硅酸盐 、氢气等产物，导致硅片表面结构的变化和性能的降低。
影响化学腐蚀的因素
影响化学腐蚀的因素包括环境温度、湿度、介质浓度、pH值等。在电池制造工 艺中，硅片的化学腐蚀程度与环境温度、湿度、酸碱度、腐蚀剂浓度等因素密切 相关。
环境温度和湿度会影响化学反应速率和腐蚀产物的形成；介质浓度和pH值则影 响腐蚀剂与硅片的反应程度和产物性质。因此，控制这些因素是降低硅片化学腐 蚀的关键。
和电学性能。
表面缺陷
在腐蚀过程中，硅片表面可能会出 现微裂纹、孔洞等缺陷，这些缺陷 会影响硅片的机械性能和可靠性。
表面化学成分
化学腐蚀会改变硅片表面的化学成 分，这可能会影响硅片的电学和光 学性能。
04
化学腐蚀对硅片的影响
表面粗糙度变化
总结词
化学腐蚀会导致硅片表面粗糙度发生变化，影响硅片的质量和性能。
perc电池工艺流程
perc电池工艺流程Perc电池工艺流程是一种先进的光伏电池制造技术，它通过添加背反射层（Back Surface Field，简称BSF）和背表面隧道结（Back Surface Field，简称BSF）等层来提高电池的能量转化效率。
下面，我们将详细介绍Perc电池工艺流程。
首先，Perc电池工艺流程的第一步是进行硅片制备。
在这个过程中，我们需要从硅石中提取纯度达到一定标准的硅原料，然后通过化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）或者单晶体拉制法（Czochralski Method，简称CZ）来制备硅片。
第二步是将硅片进行腐蚀处理。
在这个步骤中，我们先要将硅片浸泡在酸性溶液中，以去除表面的无用氧化物和杂质。
接着，我们使用氢氯酸和阳极氧化处理来进一步去除氧化物，并增加硅片表面的粗糙度。
第三步是进行背面金属涂覆。
我们使用金属银或铝来涂覆硅片的背面，以提供良好的传导性能和电流收集能力。
这个步骤可以通过物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，简称PVD）或者化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）来实现。
在第四步中，我们需要进行背面表面抗反射涂层的制备。
我们使用硅氮化物或二氧化硅等材料来涂覆硅片的背面，以提高光的吸收能力，减少反射损失。
接下来是最关键的步骤，也是Perc电池工艺流程的核心部分，就是背表面隧道结（Back Surface Field，简称BSF）和背反射层（Back Surface Field，简称BSF）的制备。
为了制备BSF层，我们使用磁控溅射法（Magnetron Sputtering，简称MS）或者化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）来在背面涂覆一层N型或P型的导电材料。
而为了制备BSF层，我们使用金属铝或其它材料来在BSF层上涂覆一层反射层，以提高电池的光吸收和传导性能。
电池制造工艺硅片的化学腐蚀
硅片腐蚀的影响因素
腐蚀剂种类
不同的腐蚀剂对硅片的腐蚀速率 和程度不同。例如，氢氟酸对硅 片的腐蚀速率较快，而硝酸对硅
片的腐蚀速率较慢。
温度
温度是影响化学腐蚀速率的重要因 素。在一定范围内，温度越高，化 学腐蚀速率越快。
电极对硅片的影响
电极材料
电极材料与硅片的兼容性对硅片的腐 蚀有重要影响。不同电极材料与硅片 的反应程度不同，可能导致硅片表面 质量下降。
电极结构
电极的结构设计也会影响硅片的腐蚀 。电极的粗糙度、孔隙率等因素都可 能影响电解液的流动和分布，从而影 响硅片的腐蚀。
温度和压力对硅片腐蚀的影响
温度
随着温度的升高，化学反应速率会增加，因此温度对硅片的腐蚀有显著影响。 高温条件下，硅片的腐蚀速率会加快。
压力
在一定的压力范围内，压力对硅片腐蚀的影响较小。但是，过高的压力可能导 致电解液对硅片的腐蚀加剧。
04 硅片化学腐蚀的预防和解 决方案
选择合适的材料
选择高纯度硅材料
高纯度硅材料可以减少杂质和缺陷，降低化学腐蚀的风险。
选用耐腐蚀材料
在制造电池时，可以选择耐腐蚀的电极材料，如镍、钴、锰等，以提高硅片的耐 腐蚀性。
深入研究硅片化学腐蚀的机理
开发新型防腐蚀材料和技术
进一步探究硅片化学腐蚀的机理和影响因 素，为预防和减缓腐蚀提供理论支持。
研究和开发新型的防腐蚀材料和技术，以 提高硅片的耐腐蚀性能和电池的稳定性。
提高生产过程的控制水平
加强安全评估和监控
加强生产过程的控制和管理，提高硅片的 质量和一致性，降低腐蚀风险。
硅的酸腐蚀
各种反应条件对腐蚀反应的影响
3．硅片电阻率的影响
参与反应的硅片电阻率不同，类型不同，也会 对腐蚀机制产生影响。在 42%HF+17.5%HNO3+67%CH3COOH的溶液中， 腐蚀速度随掺杂浓度的增加而增加，高掺杂浓度的 硅片的腐蚀速度是低掺杂浓度的硅片的10倍以上 （正好与碱腐蚀相反）。低掺杂材料的活化能是 12.3kcal/mol，表明这种腐蚀反应是表面反应控制 过程，即表面反应速度决定腐蚀速度。高掺杂材料 的活化能是5.15 kcal/mol，反应过程是扩散控制过 程。 17
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
如果溶液中没有HNO2存在，腐蚀速率会大大降低（速率并不 是零，仍然有相当的反应速率）。在反应过程中生成一系列 氮氧化合物比如NO2，HNO2，NO，使刻蚀速率加快，直到 达到饱和速率，文献将这个过程称为感应过程。经过这段感 应过程，就意味着有足够高的速率，亚硝酸将会通过一系列 反应自催化产生，所以反应试剂从溶液中到硅片表面和反应 产物从硅片表面到溶液中的扩散决定着反应速度。硅片表面 的形貌影响诱导期的长度，粗糙的硅片比光滑的硅片触发时 间短。不过，根据近期研究发现[53]，其主要氧化作用的并 不是HNO2，而是某些含3价氮的活性物质，是反应过程中的 中间产物，如NO+等，而且这些活性物质只能在强酸溶液中程
4
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
硅在体系中反应的总公式:
5
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
一种理论认为这个体系中的反应是以硝 酸和硝酸氧化物的平衡为基础的。这个腐蚀 反应是由未离解的硝酸和硅所触发，（R是 还原剂），生成的一氧化氮产生亚硝酸，反 应速度由亚硝酸的产生反应来决定。
HF-HNO3腐蚀速度的分析
硅片生产工艺流程
硅片生产工艺流程硅片是集成电路和太阳能电池制造的关键材料之一。
硅片的生产工艺流程是一个复杂的过程，需要多个步骤和高度精确的操作。
首先，硅片生产的第一步是提取硅矿石。
硅矿石通常以二氧化硅的形式存在，需要经过高温炉熔炼，将其转化为纯度较高的冶金硅，即硅锭。
第二步是将硅锭切割成薄片，即硅片。
这一步是在洁净室环境下进行的，以确保硅片的表面不受污染。
硅锭通过钢丝锯切割成薄片，并经过多次的研磨和抛光，使其表面光洁。
接下来，硅片需要进行腐蚀处理。
腐蚀是为了去除硅片表面的氧化层和其他杂质，以便后续步骤的加工。
腐蚀通常使用浓硝酸或氢氟酸等强酸进行，需要在严格的条件下进行控制，以避免对硅片造成过多损伤。
腐蚀处理后，硅片需要进行清洗。
清洗是为了去除腐蚀处理过程中留下的酸和其他杂质。
清洗一般使用去离子水和酒精等洁净溶剂进行，确保硅片表面的纯净度达到要求。
接下来是掺杂和扩散工艺。
硅片是通过在表面加入掺杂剂来实现电导性和铅跨性的调整。
掺杂剂可以是五价元素如磷或三价元素如硼。
掺杂剂被加入硅片表面后，通过高温加热使其扩散到硅片的内部，形成所需的电子或空穴浓度分布。
之后是金属化工艺。
金属化是为了在硅片表面形成电极和连线。
这一步通常使用光刻工艺，将特定的光刻胶涂在硅片上，然后使用紫外光照射制定的图案。
接下来，通过蒸镀或层压等方式在硅片表面沉积金属，形成电极和连线。
最后的步骤是测试和划分。
硅片需要进行电学和光学测试，以确保其符合规格和质量要求。
同时，硅片需要根据尺寸和功能的需求进行划分，划分成较小的单个芯片。
以上是硅片生产的基本工艺流程。
需要注意的是，每个步骤都需要严格的控制和监测，以确保生产的硅片质量和性能达到要求。
在整个生产过程中，洁净室的环境和工艺条件也是非常重要的，以确保硅片的纯净度和精度。
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为什么要进行化学腐蚀？ 为什么要进行化学腐蚀？
硅片在切片和研磨等机械加工之后，其表面因加 工应力形成一层损伤层及污染． 对硅片进行化学腐蚀有哪些手段？ 1. 酸性腐蚀 2. 碱性腐蚀
酸性腐蚀的原理是什么？ 酸性腐蚀的原理是什么？
常用的酸性腐蚀液，通常由不同比率的硝酸 （HNO3）,氢氟酸（HF）及缓冲液等组成，其腐 蚀的机理为： 1.利用硝酸（HNO3）氧化硅片表面
酸腐蚀在绒面制作上的应用？ 酸腐蚀在绒面制作上的应用？
利用HF/HNO3在较高化学浓度比时的缺陷腐蚀特性， 使损伤层区域优先腐蚀，形成不同于单晶金字塔 结构的坑洞结构．
化学腐蚀在表面抛光处理上的应用
什么是抛光？ • 抛光指形成完全反射的表面，即镜面 化学抛光的原理？ • 对硅片表面的均匀刻蚀 抛光化学药液的配置 • 通常可以使用HF/HNO3或KOH溶液
目的 缓冲腐蚀速率 加速腐蚀速率 可采用化学药品 原因
水（H2O）,醋酸（CH3COOH）,磷酸（H3PO4） 浓度稀释 亚硝酸钠（Na2NO2）,氟硅酸（H2SiF6） 反应中间产物
HF/HNO3体系的缓冲添加剂选择条件？ 体系的缓冲添加剂选择条件？ 体系的缓冲添加剂选择条件
在HF/HNO3中化学性质稳定 在腐蚀过程中，不会与反应产物发生进一步反应 可溶解在HF/HNO3之中 可以湿化晶片表面 不会产生化学泡沫
Si+2HNO3 SiO2+2HNO2 2HNO2 NO+NO2+H2O
2.利用氢氟酸（HF）与氧化硅生成可溶于水的络合 物．
SiO2+6HF H2SiF6+2H2O
HF/HNO3体系化学品浓度与其腐蚀速率关系？ 体系化学品浓度与其腐蚀速率关系？ 体系化学品浓度与其腐蚀速率关系
若HF含量多，则腐蚀速率受氧化反应控制. 氧化对硅片晶向，搀杂浓度和晶体缺陷较敏感 若HNO3含量多，则腐蚀速率受反应生成物溶解速 率的限制． 溶解过程是一种扩散过程，会受到液体对流速度 的影响．
化学腐蚀在边缘刻蚀上的应用？ 化学腐蚀在边缘刻蚀上的应用？
• •
通常使用HF/HNO3体系，利用其各向同性腐蚀特性，可以在特定设备条件 下完成对硅片边缘的腐蚀，而不影响太阳电池的工艺结构． 通常使用in-line式结构的设备，利用表面张力和毛细作用力的作用完成这一 过程．
ckness Variation） TIR（Total Indicator Reading） 粗糙度（Roughness） 反射度（Reflectivity） 波度（Waviness） 金属含量
太阳能电池中的硅片化学腐蚀
硅表面制绒和边缘刻蚀
为什么要制作绒面？ 为什么要制作绒面？
HF/HNO3体系腐蚀设计的原则？ 体系腐蚀设计的原则？ 体系腐蚀设计的原则
腐蚀速率的可控性． 某种表面结构特殊工艺需求，如多晶绒面制作． 寻求添加剂，使腐蚀速率更可控，可满足高产能 的需求．
HF/HNO3体系中的添加剂有什么作用？ 体系中的添加剂有什么作用？ 体系中的添加剂有什么作用
缓冲腐蚀速率 改善表面湿化（Wetting）程度 加速腐蚀速率
光在非垂直入射至硅表面，会发生反射现象，为了降低光反射，增 强光吸收，需要在硅表面形成绒面． 为什么降低反射会增加光的吸收 • 因为需要满足能量守恒定律 光反射＋光吸收＋光透射＝光总能量
碱腐蚀在绒面制作上的应用？ 碱腐蚀在绒面制作上的应用？
利用KOH或NaOH在腐蚀单晶硅片时在不同晶向 腐蚀速率的差异性 • 不同晶向的刻蚀速率为<110> ＞ <100> ＞ <111> 不同晶向腐蚀速率的差异（各向异性腐蚀）与什 么有关？ 1. 溶液浓度，有关系，但关系不大，因为腐蚀过程 受表面过程控制． 2. 温度,温度越低，腐蚀速率差异越大 3. 添加剂，如异丙醇IPA，通常用来减缓刻蚀速率
碱性腐蚀的原理是什么？ 碱性腐蚀的原理是什么？
常用的碱性腐蚀化学药品为KOH或NaOH，其腐 蚀的机理为： Si+2KOH+H2O K2SiO3+2H2↑
碱腐蚀速率影响因素？ 碱腐蚀速率影响因素？
表面悬挂键密度，与晶向有关 化学浓度 温度 表面机械损伤
硅片在化学腐蚀后的表面特性？ 硅片在化学腐蚀后的表面特性？