矽片腐蝕

矽片腐蝕

矽片腐蝕是利用氫氧化鈉對多晶矽腐蝕作用,去除矽片在多線切割鋸切片時產生的表面損傷層,同時利用氫氧化鈉對矽腐蝕的各向異性,爭取反射率較低的表面織構。

目的原理

矽片腐蝕

利用氫氧化鈉對多晶矽腐蝕作用,去除矽片在多線切割鋸切片時產生的表面損傷層,同時利用氫氧化鈉對矽腐蝕的各向異性,爭取表面較低反射率較低的表面織構。

解釋:①現有多晶矽片是由長方體晶錠在多線切割鋸切成一片片多晶矽方片。由於切片是鋼絲在金剛砂溶液作用下多次往返削切成矽片,金剛砂硬度很高,會在矽片表面帶來一定的機械損傷。如果損傷不去除,會影響太陽電池的填充因子。

②氫氧化鈉俗稱燒鹼,是在國民經濟生產中大量套用化工產品。由電解食鹽水而得,價格比較便宜,每500克6元。化學反應方程式為:2NaCl + 2H2O ==通電== 2NaOH + Cl2↑ + H2↑ 。分析純氫氧化鋰、氫氧化鉀也可以與矽起反應,但價格較貴。如氫氧化鋰每500克23元,用於鎘-鎳電池電解液中。

③鹼性腐蝕優點是反應生成物無毒,不污染空氣和環境。不像HF-HNO3酸性系統會生成有毒的NOx氣體污染大氣。另外,鹼性系統與矽反應,基本處於受控狀態。有利於大面積矽片的腐蝕,可以保證一定的平行度。

基本步驟

工位 1 2 3 4 5 6 7 8 9
材料 20%NaOH H2O 2% NaOH H2O 20% HCl H2O HF H2O H2O
溫度 80℃ 室溫 80℃ 室溫 室溫 室溫 室溫 室溫 室溫
時間 10m 16m 15m 3m 3m 3m 1m 3m 3m

1. 本工藝步驟是施博士制定的,是可行的具有指導意義的兩步法鹼腐蝕工藝。第一步粗拋光去掉矽片的損傷層。第二步細拋光,表面產生出部分反射率較低的織構表面。如果含有[100]晶向的晶粒,就可以長出金字塔體狀的絨面。第五步是通過鹽酸中和殘餘的氫氧化鈉,化學反應方程式為: 。第七步氫氟酸絡合掉矽片表面的二氧化矽層,化學反應方程式為: 。

2. 我們就粗拋作過實驗,投入50片矽片:

a. 在20%NaOH溶液中,溫度為80℃,反應了10分鐘,矽片厚度平均去掉了32μm。

b. 在15%NaOH溶液中,溫度為80℃,反應了10分鐘,矽片厚度平均去掉了25μm(此數據來源於小片實驗)。

矽片粗拋是放熱反應且反應激烈,反應速度與溫度上升有點正反饋的態勢:溫度高,濃度高反應就會更激烈。新矽片由於表面粗糙,表面積大一些反應也會激烈一些。

c. 由於每次投片量較大,125×125可投300片,103×103可投400片,因而反應會很激烈,通過積累可以求出在受控條件下最佳濃度和時間。

d. 按照施博士的意見矽片去掉20~25μm的厚度,矽片損傷層也就去除乾淨了,這也可以作為檢驗標準。

e. 本反應以125×125的矽片計,每一片每次反應去掉25μm的厚度為準,每片將消耗0.9克矽,也將消耗2.6克氫氧化鈉,300片矽片將消耗780克氫氧化鈉,加上溶液加熱蒸氣帶走一部分氫氧化鈉,先加上1000克氫氧化鈉為宜。

f. 同理,如 e那樣每次生成832克矽酸鈉,反應槽內的溶劑以170千克計,一旦溶液出現明顯白色絮狀矽酸鈉,就應更換氫氧化鈉溶液。

g. 工序3中利用氫氧化鈉對矽腐蝕的各向異性,用2%氫氧化鈉溶液在多晶矽表面產生反射率較低織構表面,在[100]晶向的晶粒表面上會腐蝕出金字塔體的絨面來。多晶矽總會存在著[100]晶向的晶粒,只是多少而已。

h. 溶液配比方法是採取重量百分比法,如20%氫氧化鈉溶液是1000ml純水中加200克氫氧化鈉。

注意事項

1. 在工序1和3中氫氧化鈉溶液與矽片反應時會有鹼蒸氣產生,故設備運行時請關閉有機玻璃門。

2. 鹽酸是揮發性強酸,不不要去聞其味道。

3. 氫氟酸會腐蝕玻璃,故不與玻璃器械接觸,也不要去聞氫氟酸的味道。

4. 如果酸或鹼不小心濺入眼內或濺到臉上,請立即打開洗臉洗眼池上蓋沖洗。

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