太阳能电池片科普系列——刻蚀篇

:扩散过后的下一个工序是刻蚀，由于扩散采用背靠背扩散，硅片的边缘没有遮挡也被扩散上磷（边缘导通状态），太阳能电池PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，太阳能电池片会因此失效。同时此短路通道等效于降低并联电阻。另外由于在扩散过程中氧的通入，硅片表面会形成一层二氧化硅，在扩散炉高温的作用下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG（磷硅玻璃）。

1、磷硅玻璃会使得电池片在空气中表面容易受潮，导致电流和功率的衰减；

2、死层增加了发射区电子的复合，以致少子寿命的降低，进而降低了Voc和Isc；

3、磷硅玻璃会使得PECVD后产生色差。

一、刻蚀的原理

工艺流程：上片→蚀刻槽（H2SO4 HNO3 HF）→水洗→碱槽(KOH)→水洗→HF槽→水洗→下片

刻蚀槽HNO3和HF的混合液体会对扩散后硅片的下表面及边缘进行腐蚀,以去除边缘的N型硅,打破硅片表面短路通路。因此刻蚀对于液位高度的控制需要特别精确。反应方程式：

3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O

去PSG磷硅玻璃的原理方程式：

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

SiF4+2HF=H2[SiF6]

SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O

当电池片从HF槽出来后，可观察其表面脱水情况，如果脱水效果良好，则代表磷硅玻璃已去除较干净；如果表面水珠较多，则代表磷硅玻璃未被去除干净，可添加适量HF到HF槽中。

二、刻蚀工序工艺指标管控

当电池片经过刻蚀机台出来时，首先检查硅片表面，绒面是否明显斑迹，是否有药液残留。该工序一般要求面腐蚀深度控制在0.8～1.6μm范围内,同时硅片表面刻蚀宽度不超过2mm, 刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。

对于刻蚀程度可以通过刻重来衡量——刻蚀前重量减去刻蚀后重量。对于刻重的要求，不同公司有不同的要求，一般远小于制绒减薄量。

疏水性测试，刻蚀后电池片需要=定时抽检电池片疏水性，疏水性可反映扩散的好坏。

反射率，主要与刻重、电池片和药液有关

三、刻蚀车间常见事项

异常处理，刻蚀车间和制绒车间极其类似，机台叠片、碎片、吹不干、残留和色斑等常见问题等都极为相似，机台的维护、抽风、流量等引起的工艺问题类型也多相似。

1、纯水电导率检测、生产所用均为纯水，纯度不高将直接导致电池片严重的质量问题；

2、空气温度和洁净度，电池片是就像襁褓中的婴儿，任何风吹草动都会引起相当大的后果；

3、化学浓度分析，对制绒槽药液进行定期分析，以便调整。

4、返工分类，大过刻、小过刻等返工工艺不同，需要对返工进行区分，送至制绒车间。

四、总结

刻蚀车间的机器和制绒车间几乎是同样的，同样的RENA机器进行稍微的改动就可以使用在不要的工序，同样制绒车间面临的问题刻蚀车间也同样存在，维护繁琐，有安全隐患等（具体可参见太阳能电池片科普系列制绒篇）。刻蚀也属于湿制程，对药液寿命 、药液成分比例、外围都同样较为敏感，问题出现都是批量性的，问题处理上只能靠经验和数据。