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引言
隨著可再生能源推廣擴大政策，太陽能電池用硅片的產(chǎn)量正在增加。太陽能電池用硅片是半導(dǎo)體用硅晶片生產(chǎn)技術(shù)的結(jié)合，彼此有相似之處，但太陽能電池領(lǐng)域有其特殊性。硅太陽能電池制作過程中出現(xiàn)的問題有物理和化學(xué)方面。就理性問題而言，太陽能電池硅晶片的厚度比半導(dǎo)體用晶片薄，制造過程中可能會出現(xiàn)裂紋的發(fā)生或損壞，化學(xué)方面的門零點與制造過程中使用的化學(xué)物質(zhì)存在反反應(yīng)和固化引起的化學(xué)物質(zhì)殘留。太陽能電池用硅片同時制造單晶和多晶，考慮到制造成本，對工藝污染度處理得比較寬容。太陽能電池領(lǐng)域的工藝污染結(jié)果是，被統(tǒng)稱為stain的晶片表面的變質(zhì)和阻礙紋理的物質(zhì)殘留被區(qū)分為主要污染。
本方法考慮到太陽能電池用硅片制作工藝的特點，通過對硅片清洗和表面污染源的清除，研究了親環(huán)境、便宜、有效的清洗機制。
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實驗和分析
微細粒子清洗實驗：我們首先將臭氧功能水產(chǎn)生的實驗裝置作為硅片的無機物清洗配合使用，可以替代臭氧功能水的晶片清洗過程。晶片暴露在普通大氣中數(shù)天后污染后，作為污染源，對有機物、無機物、金屬等成分沒有區(qū)分，清洗實驗前后的微?？倲?shù)，分析了清洗性能。此時，在臭氧濃度分別為20 ppm和30 ppm的清洗槽中對晶片進行了3分鐘的清洗后，確認(rèn)了晶片表面的微粒清洗程度。清洗前后的微進尺測量是用裝有可見光及紫外線光源的光學(xué)顯微鏡觀察并判讀的。圖6的頂部是以可見光為光源拍攝的照片，底部是為了提高可讀性而使用紫外線光源拍攝的照片。通過本實驗，可以確認(rèn)有機物和無機物復(fù)合污染狀態(tài)下臭氧溶解功能水具有的清洗效果。表2以紫外線讀數(shù)為基準(zhǔn)，顯示了每平方面積清洗前后的微粒去除率，在20 ppm時為85%，在30 ppm時為94%左右。因此，如果增加臭氧的濃度和清洗時間，可以期待更好的結(jié)果。
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圖6 30ppm臭氧水對細顆粒的洗脫結(jié)果(a)洗脫前、(b)洗脫后
臭氧氣體去除有機物的可行性實驗：試驗了包括洗滌液或表面活性劑(surfactant)在內(nèi)的使用的洗滌水對臭氧的反應(yīng)。由于用于制造太陽能電池晶片的洗滌水內(nèi)的殘留物被推測為晶片表面污染源，因此本方法旨在測試?yán)贸粞跸礈焖コ砻鏆埩粑?即洗滌液或表面活性劑成分)的可能性。為了本方法，通過國內(nèi)制造商獲得了晶片制造過程中實際使用的洗滌水。使用的洗滌水看起來是無色透明的，所含成分據(jù)說是洗滌液、表面活性劑、溶劑(solvent)和超純水的混合物。因此，使用UV光譜法的水質(zhì)分析儀測量了洗滌水內(nèi)有機物的總量。使用測量儀對洗滌水內(nèi)有機物的總量在臭氧反應(yīng)前后進行比較分析后，觀測到太陽能電池洗滌水的臭氧反應(yīng)性是如圖7所示，洗滌水內(nèi)存在的油氣成分變化。因此，認(rèn)為臭氧水對清洗液的去除和清洗是可能的。表3顯示了測量結(jié)果，與臭氧反應(yīng)前相比，反應(yīng)后，TSS、COD、BOD、TOC等所有數(shù)據(jù)都被選中。
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表3 臭氧氣體對有機物的去除效果
太陽能電池晶片清洗：圖8是電子顯微鏡(SEM)照片，該照片對固定在太陽能電池用晶片表面的硬脂酸物質(zhì)放大了5000倍。太陽能電池晶片工藝中產(chǎn)生的硬脂酸污染被認(rèn)為是漿料物質(zhì)中存在的有機物和無機物的異常固化現(xiàn)象，因此本方法將發(fā)生硬脂酸的太陽能電池用晶片浸入洗滌池中，進行了吳尊水直接清洗試驗。晶片表面產(chǎn)生的硬脂酸污染的臭氧水清洗，使每個晶片浸在清洗組中1/2，進行了實驗，以便將清洗部分和非洗部分進行比較。有機物和無機物復(fù)合固著形式的硬脂酸會延長時間。
由于干燥和固化，樣品晶片的保管過程中進行了大部分固化。盡管如此，實驗結(jié)果表明，如圖9所示，通過清洗，單晶晶片上存在的硬脂酸可以很好地去除。圖10是對太陽能電池用多結(jié)晶圓片的實驗結(jié)果，利用自動檢測設(shè)備進行了觀察和測量。實驗結(jié)果如圖(a)所示，大部分斯坦都被很好地去除了，但如圖(b)所示，也能發(fā)現(xiàn)偶爾沒有去除的情況。這不僅表明，在工程完成后的相當(dāng)長時間內(nèi)，這些晶片已經(jīng)硬化。 據(jù)分析，多晶晶片是由于晶向不定，顆粒間的邊界（boundary）面存在使得污染物的表面粘附力更強而出現(xiàn)的現(xiàn)象。在實際量產(chǎn)工程中，如果在未進行硬化的情況下使用臭氧功能水進行清潔，則認(rèn)為不會發(fā)生這種情況。
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圖10 多晶硅片表面斯特恩清洗結(jié)果(a)清潔良好(b)清潔不良
總結(jié)
通過本方法，分別實現(xiàn)了高濃度臭氧發(fā)生裝置、高濃度OJON溶解功能水制造裝置、高效臭氧分解裝置，然后利用它們組成了臭氧功能水清洗場值。臭氧發(fā)生器是使用改進了一般平板放電房間式的基因組涂層結(jié)構(gòu)電極的無性放電型臭氧發(fā)生器，可以提高臭氧發(fā)生效率，產(chǎn)生高濃度臭氧。通過實驗紋理和獲得約14%的高濃度臭氧氣體，與此相比，得到了2倍以上的高濃度臭氧發(fā)生研究結(jié)果。
為了生成功能水，臭氧和超純水的接觸方法也擺脫了氣區(qū)的簡單接觸方式，應(yīng)用了微氣泡化多次重復(fù)的結(jié)構(gòu)，通過微氣泡化和停留時間增加而產(chǎn)生的氣泡大小變小，臭氧容易溶于純水，臭氧容存率和利用率上升。用該方法進行的實驗結(jié)果表明，獲得了100 ppm/L以上的高濃度臭氧功能水，比傳統(tǒng)方法提高了1.5倍以上。
通過本方法將臭氧水應(yīng)用于太陽能電池用硅晶片的制作工藝中，清潔工藝中去除了94%以上的無機物(微入口者)，殘留有機物進一步去除了45%，從而確認(rèn)了臭氧清潔工藝的適用性。但是，雖然對產(chǎn)品質(zhì)量沒有太大影響，但由于外觀原因影響產(chǎn)品價格的硬脂酸污染的去除實驗中，長期擱置的部分多晶硅晶片也沒有被去除，但研究結(jié)果表明，在硅錠的硅片工藝中立即應(yīng)用臭氧水清洗工藝，可以更有效地去除硬脂酸污染。