晶體硅生產(chǎn)一般工藝流程【圖】

時(shí)間：2018-08-23 11:20:05

關(guān)鍵字：工藝流程晶體

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　　硅材料是當(dāng)前最重要的半導(dǎo)材料，目前常用的太陽能電池是硅電池。單質(zhì)硅是比較活潑的一種非金屬元素，它能和96種穩(wěn)定元素中的64種元素形成化合物。硅的主要用途是取決于它的半導(dǎo)性?！?/p>

　　晶體硅包括單晶硅和多晶硅，晶體硅的制備方法大致是先用碳還原SiO2成為Si，用HCl反應(yīng)再提純獲得更高純度多晶硅，單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。硅的單晶體。具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體。用于制造太陽能電池的多晶硅純度要求達(dá)到99.9999％。

　　晶體硅生產(chǎn)一般工藝流程

　?、?清洗

　　清洗的目的：

　　1去除硅片表面的機(jī)械損傷層。

　　2對硅片的表面進(jìn)行凹凸面(金字塔絨面)處理,增加光在太陽電池片表面的折射次數(shù),利于太陽能電池片對光的吸收,以達(dá)到電池片對太陽能價(jià)值的最大利用率。

　　3清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì)。

　　化學(xué)清理原理：

　　HF去除硅片表面氧化層：

　　HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與溶解片子表面可能沾污的雜質(zhì)，鋁、鎂等活潑金屬及其它氧化物。但不能溶解銅、銀、金等不活潑的金屬以及二氧化硅等難溶物質(zhì)。

　　安全提示：NaOH、HCl、HF都是強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道，所以操作人員要按照規(guī)定穿戴防護(hù)服、防護(hù)面具、防護(hù)眼鏡、長袖膠皮手套。一旦有化學(xué)試劑傷害了員工的身體，馬上用純水沖洗30分鐘，送醫(yī)院就醫(yī)。

　　晶體硅生產(chǎn)一般工藝流程

　?、?清洗

　　清洗的目的：

　　1去除硅片表面的機(jī)械損傷層。

　　3清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì)。

　　化學(xué)清理原理：

　　HF去除硅片表面氧化層：

　　⑵制絨

　　制絨的目的：減少光的反射率，提高短路電流(Isc)，最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　
　　制絨的原理

　　利用低濃度堿溶液對晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌，就稱為表面織構(gòu)化。角錐體四面全是由〈111〉面包圍形成。

　　反應(yīng)為：Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑

　　影響絨面的因素：

　　NaOH濃度

　　無水乙醇或異丙醇濃度

　　制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計(jì)量

　　制絨腐蝕的溫度

　　制絨腐蝕時(shí)間的長短

　　槽體密封程度、乙醇或異丙醇的揮發(fā)程度

　　⑶擴(kuò)散

　　擴(kuò)散的目的：在p型晶體硅上進(jìn)行N型擴(kuò)散，形成PN結(jié)，它是半導(dǎo)體器件工作的“心臟”;

　　擴(kuò)散方法：

　　1.三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散

　　2.噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散

　　3.絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散

　　POCl3磷擴(kuò)散原理：

　　1. POCl3在高溫下(>600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，其反應(yīng)式如下：

　　2.生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子，其反應(yīng)式如下：

　　3由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒有外來的氧(O2)參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣(Cl2)。

　　4.生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣。

　　5. 在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： 4POCL3+5O2→2P2O5+6CL2

　　6. POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層含P2O5的SIO2(磷硅玻璃)，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散。

　　影響擴(kuò)散的因素：

　　1.管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源濃度的大小決定著硅片N型區(qū)域磷濃度的大小。

　　2.表面的雜質(zhì)源達(dá)到一定程度時(shí)，將對N型區(qū)域的磷濃度改變影響不大。

　　3.擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間對擴(kuò)散結(jié)深影響較大。

　　4.N型區(qū)域磷濃度和擴(kuò)散結(jié)深共同決定著方塊電阻的大小。

　　安全操作：所有的石英器具都必須輕拿輕放。源瓶更換的標(biāo)準(zhǔn)操作過程。依次關(guān)閉進(jìn)氣閥門、出氣閥門，拔出連接管道，更換源瓶，連接管道，打開出氣閥門、進(jìn)氣閥門。

　?、戎苓吙涛g

　　周邊刻腐目的：

　　1.去除硅片周邊的n層，防止短路。

　　2.工藝方法有等離子刻蝕和激光劃邊。

　　3.我們采用等離子刻蝕機(jī)把周邊n層刻蝕掉。

　　刻蝕方法：等離子刻蝕和濕法刻蝕。

　　等離子體刻蝕原理：

　　等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時(shí)可獲得良好的物理形貌。

　　1.母體分子CF4在高能量的電子的碰撞作用下分解成多種中性基團(tuán)或離子。

　　2.其次，這些活性粒子由于擴(kuò)散或者在電場作用下到達(dá)SiO2表面，并在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

　　3.生產(chǎn)過程中，CF4中摻入O2，這樣有利于提高Si和SiO2的刻蝕速率。

　　刻蝕影響因素：刻蝕時(shí)間和射頻功率

　　硅片作為晶體硅太陽能電池的基礎(chǔ)材料，其質(zhì)量對電池性能有很重要影響，下面以單晶硅片舉例說明：

　　一、少子壽命對電池性能的影響

　　少子壽命是指半導(dǎo)體材料在外界注入(光或電)停止后，少數(shù)載流子從最大值衰減到無注入時(shí)的初值之間的平均時(shí)間。少子壽命值越大，相應(yīng)的材料質(zhì)量越好

　　二、早期光致衰減對電池性能的影響

　　1.早期光致衰減機(jī)理

　　光照或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，從而使少子壽命降低，但經(jīng)過退火處理，少子壽命又可恢復(fù)

　　2.危害

　　一方面會引起組件功率在使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，使標(biāo)稱功率和實(shí)際功率不符