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湿法刻蚀在晶体硅太阳能电池生产中的应用

2014-7-29 15:58| 发布者: echo| 查看: 6375| 评论: 0

摘要: 摘要:湿法刻蚀可以用来代替太阳能电池生产中通常使用的等离子刻蚀,将扩散后正面和背面的p-n结分开。在太阳能电池的生产工艺中,湿法刻蚀的背腐蚀效果的优劣决定了太阳能电池的腐蚀效果和清洗效果,且会对制程的管 ...
       2. 刻蚀的重要参数 
  2.1刻蚀速率 
  刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度,通常用A/min表示,刻蚀窗口的深度称为台阶高度。刻蚀速率由工艺和设备变量决定,如被刻蚀材料类型、刻蚀机的结构配置、使用的刻蚀气体和工艺参数设置。刻蚀速率用下式来计算: 
  刻蚀速率=△T/t(A/min) 
  其中,T:去掉的材料厚度(A或μm) t:刻蚀使用的时间(分) 
  刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度,硅片表面几何形状等因素都能影响硅片与硅片之间的刻蚀速率。下表为主要晶面的相对刻蚀速率表1。 
   
  2.2均匀性 
  刻蚀均匀性时一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上,或整个一批,或批于批之间刻蚀能力的参数。保持硅片的均匀性时保证制造性能一致的关键。难点在于刻蚀工艺必须在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保证均匀性。 

  3. 影响刻蚀质量的因素 
  影响湿法刻蚀质量的因素:刻蚀槽各药液浓度、流量、温度、时间、带速、外围抽风、液面高度等。 
  3.1腐蚀液药液配比 
  HF- HNO3刻蚀体系大概是硅各向同性刻蚀剂中应用最广泛的了。硅在由浓HF和浓HNO3按不同比例混合的混合液中的刻蚀速率。刻蚀速率在33%HF和23%比例下(物质的量比为1:4.5)有最大值,该值约为28μm/s,(相当于溶解价态为4,100%电流效率下电流密度为90A/㎡),这两种浓酸的混合物用水或其他稀释剂稀释后,可获得一个很宽范围的刻蚀速率。根据刻蚀剂的组成,刻蚀速率可有两种极端。在HNO3比例高的区域,刻蚀速率只与HF浓度有关;而在HF浓度高的区域,硝酸浓度对刻蚀速率起着决定作用。随着稀释剂的增加,刻蚀速率降低,但对两个极端区域的影响很小。许多的研究成果[5,6]都说明了,反应速度随着HF与HNO3体积比的增大先增大后减小。 
  3.2腐蚀流量 
  刻蚀槽的流量大小直接影响着硅片的沾液效果,包括腐蚀效果,刻蚀边大小等。在链式设备中,流量过小,就使得硅片在药液中不能很好的沾液,使硅片不能达到腐蚀效果,印刷后的电池片Rsh偏低,Irev1偏大,造成低并联或漏电高的电池片;流量过大,会出现过刻或在设备中出现硅片漂片的现象,导致设备内堵片。 
  3.3腐蚀温度 
  腐蚀温度对腐蚀速度影响很大,温度越高,腐蚀速度越大,腐蚀SiO2的温度,一般在30-40℃范围,不宜过高或过低,温度过高,腐蚀速度过快,不易控制,产生钻蚀现象,温度太低,腐蚀速度太慢。温度升高,晶格的热震动加强,缺陷处的激活能降低,尤其是悬挂键的激活能降低,反应速率正大,反应更趋向于各向异性。 
  3.4腐蚀时间 
  腐蚀时间取决于腐蚀速度和氧化层厚度。对它的控制是很重要的,腐蚀时间太短,氧化层未腐蚀干净,影响扩散效果(或电极接触不良),腐蚀时间过长会造成边缘侧向腐蚀严重。
 
  结束语 
  随着硅太阳能电池薄片技术的发展,单体电池越来越薄,背面场在太阳能电池中的作用也越来越重要。[7]用湿法刻蚀来代替等离子刻蚀分离p-n结,使用HF-HNO3溶液避免了使用有毒性的CF4气体,也避免了太阳能电池片的碎裂。湿法刻蚀的背面腐蚀使太阳能电池的背面更平整,其背面反射率优于刻边,背腐蚀太阳电池能更有效地利用长波增加Isc,铝背场比刻边的更均匀,可以提高IQE,从而提高了太阳电池的VOC。湿法刻蚀对电池背面的清洗抛光作用能有效提高电池的短路电流和开路电压,从而提高电池效率。 
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