晶体硅太阳能电池刻蚀工序工艺详解
晶体硅太阳能电池刻蚀工序工艺
CF4：无色无臭毒性气体。不燃,若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。吸入后可引起头痛、恶心呕吐、快速窒息等。
HF：无色透明至淡黄色冒烟的液体,有刺激性气味,具有弱酸性。腐蚀性强,对牙、骨损害较严重,对皮肤有强烈的腐蚀性作用。
HCL：无色透明液体,为一种强酸,具有挥发性。眼和皮肤接触可致灼伤,长期接触可引起鼻炎、皮肤损害等。
抽气
进气
辉光
抽气
清洗
抽气
充气
60
120
600
30
20
50
60
首先,母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。 其次,这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面,并在表面上发生化学反应 掺入O2,提高刻蚀速率 。
干法刻蚀工艺过程：
2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
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晶体硅太阳能电池刻蚀工序工艺
目录
1、刻蚀的作用及方法； 2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品； 3、主要检测项目及标准； 4、常见问题及解决方法； 5、未来工艺的发展方向；
1、刻蚀的作用及方法
太阳电池生产流程：
清洗制绒
温度
常温
4℃
常温
20℃
常温
常温
常温
湿法刻蚀影响因素：带速、温度、槽液内各药液浓度、外围抽风、液面高度等。
2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
KUTLLER刻蚀设备特点： 先去PSG,后刻蚀。此种方法优点是避免了先刻蚀由于毛细作用,导致PECVD后出现白边。缺点是由于气相腐蚀的原因,在刻蚀后方阻会上升。
晶体硅太阳电池中的氮化硅的刻蚀方法及应用
晶体硅太阳电池中的氮化硅的刻蚀方法及应用晶体硅太阳电池是目前应用最广泛的太阳能电池之一，而氮化硅作为一种优质的抗反射涂层材料，在晶体硅太阳电池的制造过程中起着重要的作用。
本文将介绍氮化硅的刻蚀方法以及其在晶体硅太阳电池中的应用。
我们来了解一下氮化硅。
氮化硅（SiNx）是一种由硅和氮元素组成的化合物。
由于其具有高折射率和较低的表面粗糙度，氮化硅被广泛应用于光学和电子领域。
在晶体硅太阳电池中，氮化硅主要用于减少光的反射，提高太阳能的吸收效率。
氮化硅的刻蚀方法有很多种，其中最常用的是化学气相刻蚀（CVD）和物理气相刻蚀（PECVD）。
化学气相刻蚀是通过在气相中加热氮化硅前体气体，使其分解并沉积在晶体硅表面上。
而物理气相刻蚀则是利用高能粒子轰击氮化硅，使其从晶体硅表面脱落。
在晶体硅太阳电池的制造过程中，氮化硅主要应用于两个方面。
首先是作为抗反射涂层，能够减少太阳能的反射损失，提高光的吸收效率。
其次是作为隔离层，能够防止电子和空穴之间的重新组合，提高电池的效率和稳定性。
在抗反射涂层方面，氮化硅能够降低晶体硅表面的反射率，提高光的吸收效率。
通过控制氮化硅的厚度和折射率，可以实现对特定波长范围内光的最小反射。
这样一来，太阳能光线能够更好地穿透氮化硅层，达到晶体硅表面，从而增加光的吸收量。
在隔离层方面，氮化硅能够阻止电子和空穴之间的重新组合，减少电池中的能量损失。
在晶体硅太阳电池中，光线击中晶体硅表面后会产生电子和空穴。
如果电子和空穴能够迅速重新组合，那么电池的效率就会降低。
而氮化硅隔离层的引入可以有效延长电子和空穴的寿命，降低它们之间的重新组合速率，从而提高电池的效率和稳定性。
除了在晶体硅太阳电池中的应用，氮化硅还广泛应用于其他领域。
例如，在光学器件中，氮化硅可以用作抗反射涂层、光波导层和光学滤波器。
在电子器件中，氮化硅可以用作绝缘层、通孔填充材料和表面保护层。
此外，氮化硅还具有良好的化学稳定性和机械强度，因此也可以用作防腐蚀涂层和耐磨涂层。
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，
晶硅太阳能电池制造工艺-工艺流程以及工序简介
2）、工序简介
目前硅太阳能电池制造工序主要有：
制绒清洗工序 扩散工序 PECVD工序 丝网印刷工序 烧结工序 Laser刻蚀工序 测试分选工序
1. 制绒清洗工序
(a).单晶制绒---捷佳创
目的与作用：
（1）去除单晶硅片表面的机械损伤层和氧 化层。
（2）为了提高单晶硅太阳能电池的光电转 换效率,根据单晶硅的各向异性的特性， 利用碱(KOH)与醇(IPA)的混合溶液在单 晶硅表面形成类似“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。
1）、硅太阳能电池的制造工艺流程：
清洗制绒
扩散
周边刻蚀
印刷电极PECVD去磷玻璃烧结分选测试
检验入库
1.原料硅片清洗制绒 12.测试分选
11.激光 10.烧 结 9.丝网印刷正电极 8.烘 干
2.高温扩散（液态扩散） 3.去磷硅玻璃（去PSG） 4.沉积减反射膜（PECVD）
5.丝网印刷背电极 6.烘 干
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
2. 扩散（POCl3液态扩散）
(b). 多晶制绒---RENA InTex
3Si 2HNO3 18HF 3H2SiF6 0.45NO 1.35NO2 0.1N2O 4.25H2 2.75H2O
目的与作用：
（1）去除单晶硅片表面的机械损 伤层和氧化层。
（2）有效增加硅片对入射太阳光 的吸收,从而提高光生电流密度，提高 单晶硅太阳能电池的光电转换效率。
太阳能电池刻蚀
2、湿法刻蚀原理
通过化学反应，由滚轮的携带药液在硅片非绒面刻蚀，经过一次硅片180 ° 的旋转从而形成一个刻痕，将所处位置的PN结刻断，以达到正面与背面绝缘 的目的，同时进行选择性的刻蚀将扩散深的PN结变成一定深度的浅PN结，最 后经过HF酸槽去除扩散工序产生的磷硅玻璃层。
大致的腐蚀机制是HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2。下面为化学反应式：
PSG的影响
1、磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致 电流的降低和功率的衰减。
2、死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子 寿命的降低，进而降低了Voc和Isc。
（二）刻蚀的制作方法：
目前晶体硅太阳能电池一般采用干法和湿法两种刻蚀方法。
1、干法刻蚀原理
干法刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或 游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应， 形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好 的物理形貌（这是各向同性反应）。
去PSG顾名思义就是去除扩散工 序产生的磷硅玻璃层。反映方程 式如下：
SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O
印
烧
刷
结
N型
电 池
组件生产线
P型 扩散后硅片P的分布
什么是PSG
意为含有P、P2O5的二氧化硅，由于在扩散过程中干氧 的通入，在硅片表面形成一层二氧化硅，在高温下POCL3与 O2形成P2O5后，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子 形成N型层，部分则留在了SiO2中形成PSG
DIwater
HF DIwater
去PSG、 疏水
烘干 硅片
常温 25℃、 常温 38℃ 22℃
单晶硅太阳能电池片生产工艺
单晶硅太阳能电池片生产工艺1.原料准备：首先准备硅原料，通常使用高纯度硅来制备单晶硅太阳能电池片。
高纯度硅通过多次冶炼和纯化过程，最终得到电解多晶硅。
这个多晶硅会通过单晶硅电炉再次熔炼，形成大型的单晶硅锭。
2.切割硅锭：单晶硅锭被切割成薄片。
通常采用线状金刚石磨料来切割锭，将锭切割成几毫米的薄片。
这些薄片被称为硅片。
3.荒杪抛光：硅片表面通常会有一些不规则的凸起和凹陷，这会降低电池片的光吸收效率。
为了提高光吸收效率，需要对硅片进行荒杪抛光处理。
这个过程会去除硅片表面的不规则部分，使其更加平整。
4.清洁处理：在单晶硅太阳能电池片的生产过程中，清洁处理至关重要。
因为一旦硅片表面有污染物，会影响电池片的性能。
常见的清洁方法是在氢氧化钠溶液中浸泡硅片，并用超声波清洗。
5.染色处理：为了提高单晶硅太阳能电池片的光吸收效率，通常会对硅片进行染色处理。
染色处理会增加硅片的表面粗糙度，并提高其光吸收能力。
6.扩散处理：在单晶硅太阳能电池片中，扩散处理是关键的工艺步骤之一、扩散处理会将硅片的表面剖分成P型和N型半导体区域。
这个过程中，通常使用磷或硼进行掺杂，形成P-N结构，从而使电池片能够产生电信号。
7.光刻：光刻是电池片加工过程中的重要步骤之一、通过使用光刻胶和掩膜，将具有特定图案的光照射到电池片上，使其形成P-N结构。
光刻完成后，利用腐蚀液进行刻蚀，移除没有被光刻液保护的区域。
8.金属喷涂：在单晶硅太阳能电池片的生产过程中，还需要喷涂适当的金属，比如银或铝。
这些金属将成为电池片的电极，用于收集电荷。
9.测量和分选：最后，需要对单晶硅太阳能电池片进行测量和分选。
只有符合规格的电池片才能用于太阳能电池板的生产。
在这个过程中，电池片的电性能将被测量，如开路电压、短路电流和填充因子等。
以上是单晶硅太阳能电池片的生产工艺。
通过这个工艺流程，可以制备出高效、可靠的单晶硅太阳能电池片，用于太阳能发电系统中。
硅太阳能电池制造工艺流程图
硅太阳能电池制造工艺流程图1、硅片切割，材料准备：工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。
2、去除损伤层：硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。
因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。
对于单晶硅来说一般采用NaOH 加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。
对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：扩散的目的在于形成PN结。
普遍采用磷做n型掺杂。
由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
5、边缘刻蚀、清洗：扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。
周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。
周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。
目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。
扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
6、沉积减反射层：沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。
广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。
7、丝网印刷上下电极：电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电池表面被金属覆盖的面积。
项目一 晶体硅太阳电池制造工艺
（6）绒面形成最终取决于两个因素： 腐蚀速率
及各向异性。
三、单晶硅片的制绒
（四）影响单晶制绒的因素
2、腐蚀速率快慢影响因子 （1）腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率； （2）腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应 速率；
四、扩散制结工艺过程
2、饱和
每班生产前，需对石英管进行饱和。炉温 升至设定温度时，以设定流量通小N2（携源） 和O2，使石英管饱和。20分钟后，关闭小N2和 O2。初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产
时，需使石英管在950oC通源饱和1小时以上。
四、扩散制结工艺过程
3、装片
戴好防护口罩和干
净的塑料手套，将清洗甩 干的硅片从传递窗口取出， 放在洁净台上。用吸笔依 次将硅片从硅片盒中取出，
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O （易挥发的四氟化硅气体 ） SiF4+2HF=H2SiF6（可溶、易挥发）
四、多晶硅片的制绒
（三）多晶制绒的工艺流程
2、四号碱洗槽 酸腐蚀易在多晶硅表面形成一层彩色均匀的 多孔硅膜。这个多孔硅膜具有极低的反射系数， 但是，它不利于P-N结的形成和印刷电极，利用
关源，退舟
石英管
硅片
排气口 电炉
卸片
三氯氧磷
送片
N2 O2
方块电阻测量
扩散炉的简易结构
四、扩散制结工艺过程
1、清洗 所做清洗用的化学品为C2H2Cl3 ，熟称TCA，初次
扩散前，扩散炉石英管首先连接TCA装置，当炉温
升至设定温度，以设定流量通TCA60分钟清洗石英 管。清洗开始时，先开O2，再开TCA；清洗结束后， 先关TCA，再关O2。清洗结束后，将石英管连接扩 散源瓶，待扩散
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➢干法刻蚀中影响因素：
主要是CF4， O2的流量，辉光 时间，辉光功率。
右面表格为中 式线所用工艺。
工作气体流量 （SCCM）
O2
CF4
20
200
抽气 60
进气 120
气压 （pa）
100
辉光功 率
（W）
500
辉光颜色
腔体内呈乳白色，腔壁处呈 淡紫色
工作阶段时间（S）
辉光
抽气
清洗
抽气
充气
600
PECVD后出现白边。缺点是由于气相腐蚀的原因，在刻蚀后方阻会上升。
➢ 湿法刻蚀优点： 1.避免使用有毒气体CF4。 2.背面更平整，背面反射率优于干刻，能更有效的利用长波增加Isc。被场更均匀，减 少了背面复合，从而提高太阳能电池的Voc。
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2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
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2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
➢ 湿法刻蚀影响因素： 带速、温度、槽体内各药液浓度、外围抽风、液面高度等。
➢ 检测工艺点：
1.方阻上升在范围之内 2.减重在范围之内 3.3#槽药液浸入边缘在范围之内 4.片子是否吹干，表面状况是否良好
➢ KUTLLER刻蚀设备特点： 先去PSG，后刻蚀。此种方法优点是避免了先刻蚀由于毛细作用，导致
30
20
50
60
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2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
➢干法刻蚀生产流程：
装片
运行刻蚀 工艺
下片
甩干
去psg清 洗
插片
➢生产注意事项： 禁止裸手接触硅片； 插片时注意硅片扩散方向，禁止插反； 刻蚀边缘在1mm左右； 刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜，滞留时间不超过1h。
2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
2.3刻蚀常用化学品：
CF4：无色无臭毒性气体。不燃，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。吸入后可引 起头痛、恶心呕吐、快速窒息等。 HF：无色透明至淡黄色冒烟的液体，有刺激性气味，具有弱酸性。腐蚀性强，对牙、骨损害较 严重，对皮肤有强烈的腐蚀性作用。 HCL：无色透明液体，为一种强酸，具有挥发性。眼和皮肤接触可致灼伤，长期接触可引起鼻炎、 皮肤损害等。 HNO3：无色透明液体，具有强氧化性、强腐蚀性，有窒息性刺激气味，在空气中冒烟，见光易 分解生成NO2而显棕色。 NaOH：白色晶体，有强烈的腐蚀性，有吸水性，可用作干燥剂，溶于水同时放出大量的热量。
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2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
2.2湿法刻蚀设备
➢主要结构说明： 槽体根据功能不同分为入料段、湿法刻 蚀段、水洗段、碱洗段、水洗段、酸洗段、 溢流水洗段、吹干槽。所有槽体的功能控 制在操作电脑中完成。
➢产品特点： 有效减少化学药品使用量 高扩展性模块化制程线 拥有完善的过程监控系统和可视化操作 界面 优化流程，降低人员劳动强度 通过高可靠进程降低碎片率 自动补充耗料实现稳定过程控制
2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
2.1干法刻蚀设备： ➢设备名称：MCP刻边机 ➢设备特点： 1.采用不锈钢材质做反应腔，解决了石 英体腔在使用过程中，频繁更换腔体带 来的消耗。 2.电极内置，克服了射频泄露、产生臭 氧的危害。 3.射频辐射低于国家职业辐射标准。 ➢生产能力：一小时 1200PCS
2）湿法刻蚀原理
大致的腐蚀机制是HNO3氧 化生成SiO2，HF再去除SiO2。 右面为化学反应方程式：
水在张力作用下吸附在硅片 表面。
3Si+4HNO3 →3SiO2+4NO+2H2O SiO2+4HF→SiF4+2H2O SiF4 +2HF→H2SiF6
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2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
➢干法刻蚀工艺过程：
▪ 首先，母体分子CF4在高能量的电子的 碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。
CF e CF , CF , CF, F, C以及它们的离子
4
3
2
▪ 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电 场作用下到达SiO2表面，并在表面上 发生化学反应（掺入O2，提高刻蚀速
➢湿法刻蚀生产流程：
上片
去PSG
刻蚀
水洗
碱洗
吹干
水洗
酸洗
水洗
➢生产注意事项： 禁止裸手接触硅片； 上片时保持硅片间距40mm左右，扩散面朝上上片，禁止放反； 刻蚀边缘在1mm左右； 下片时注意硅片表面是否吹干； 刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜，滞留时间不超过1h。
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晶体硅太阳能电池生产线 刻蚀工序培训
目录
1、刻蚀的作用及方法； 2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品； 3、主要检测项目及标准； 4、常见问题及解决方法； 5、未来工艺的发展方向；
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1、刻蚀的作用及方法
➢太阳电池生产流程：
硅片 清洗制绒 扩散 刻蚀 去PSG PECVD 印刷 烧结
➢产能： 125mm*125mm硅片：2180片/小时 156mm*156mm硅片：1800片/小时
KUTTLER设备外观及软件操作界面
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2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品
➢槽体布局及工艺：
上片
操作方向，带速1.2m/min
上料位
去
PSG 槽
刻蚀 槽
水槽
碱槽
水槽
酸槽
水槽
吹干 下料位
槽号
2#槽
溶液 HF
作用 去PSG
温度 常温
3#槽 HF、HNO3
刻蚀、背 面抛光
4℃
4#槽 常温
5#槽 NaOH
6#槽
去多孔硅
20℃
常温
7#槽
8#、使 硅片更易 脱水
常温
常温
➢湿法刻蚀影响因素：带速、温度、槽液内各药液浓度、外围抽风、液面高度等。
硅片生产线
电池生产线
电池
组件生产线
➢刻蚀作为太阳电池生产中的第三道工 序，其主要作用是去除扩散后硅片四 周的N型硅，防止漏电。
➢去PSG顾名思义，其作用是去掉扩 散前的磷硅玻璃。反应方程式如下：
SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O
扩散后硅片P的分布
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1、刻蚀的作用及方法
➢ 刻蚀制作方法：
目前，晶体硅太阳电池一般采用干法和湿法两种刻蚀方法。
1）干法刻蚀原理
干法刻蚀是采用高频辉光放电 反应，使反应气体激活成活性粒子， 如原子或游离基，这些活性粒子扩 散到需刻蚀的部位，在那里与被刻 蚀材料进行反应，形成挥发性生成 物而被去除。它的优势在于快速的 刻蚀速率同时可获得良好的物理形 貌 （这是各向同性反应） 。