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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。硅太陽能電池制作過程中發(fā)生的最大問題之一是與制造過程中使用的化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)以及固化引起的化學(xué)物質(zhì)殘留。太陽能電池用硅晶片，單晶及多結(jié)晶都在制造，考慮到制造成本，對共晶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)果包括晶片表面的變質(zhì)和微細(xì)粒子物質(zhì)的殘留，統(tǒng)稱為STAIN(STAIN)，被區(qū)分為主要污染。本文分析了在硅太陽能電池制造中用作基板的156 mm硅晶片的制造過程中，導(dǎo)致產(chǎn)品不良和性能下降的晶片表面污染源，并對去除這種污染的臭氧水清洗進(jìn)行了實驗。污染物是由晶片切割球晶中使用的漿料及清洗液中包含的有機物和從燒結(jié)絲分離出來的微粒形成的，可以通過臭氧水清洗工藝去除。應(yīng)用該技術(shù)，可以廉價、高效、環(huán)保地制造太陽能電池用晶片。
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實驗
臭氧功能水的制備：為了制造臭氧功能水，首先要制造大量臭氧氣體，必須將制造的臭氧氣體高濃度溶解到超純水中。臭氧(O3)是不穩(wěn)定氣體上的物質(zhì)，主要由放電產(chǎn)生，氧化反應(yīng)后顯示出被自然減半消滅的特性。這種性質(zhì)具有化學(xué)性質(zhì)，可應(yīng)用于親環(huán)喇叭超精密清洗方法。清潔領(lǐng)域需要高濃度臭氧，因此主要使用在能效、穩(wěn)定性、控制便利性方面具有優(yōu)良特性的無聲放電(silent discharge)型臭氧發(fā)生裝置。為了生成高濃度臭氧，本方法制作并使用了具有特殊結(jié)構(gòu)的無放電型臭氧發(fā)生器，如圖7所示，將電極表面涂層為油田鏈氧化鋁(Al2O3)。電極的放電間隙在3毫米以下以超細(xì)間隔對向，施加1~ 2kHz、5~20kV范圍內(nèi)脈沖形式的交流高電壓，放電空間出現(xiàn)了淡藍(lán)色的放電。這時，放電空間內(nèi)存在的氧氣結(jié)合在一起，產(chǎn)生臭氧氣體。
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圖7 無聲放電臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)
以制作的臭氧水清洗裝置為基礎(chǔ)，進(jìn)行了硅太陽能電池清洗的工藝。在本清洗裝置中，洗滌液或漿料對晶片表面的有機污染物在洗滌池內(nèi)通過臭氧水的強氧化反應(yīng)去除，素英絲對鐵或鉻等刨花板安裝在洗滌器外部的超聲波將被消除。清洗實驗中使用了實際太陽能電池晶片制造工藝中使用的被漿料污染的6英寸單晶晶片。臭氧水供應(yīng)將濃度為10 ~ 70 ppm，臭氧水和超聲波清理時間改為0 ~ 10分鐘，進(jìn)行了實驗。圖13是臭氧水濃度為50ppm，清洗時間為10分鐘，清洗良好的晶片表面SEM照片，如圖14所示，除了硅和碳外，還存在一些氧氣。其中氧氣被分析為在清洗過程中被臭氧氧化生成的SILICON表面，可以很容易地被10:1 HF處理(dip)去除。
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結(jié)果和總結(jié)
清洗實驗結(jié)果表明，經(jīng)過5分鐘以上的工序，清洗效果良好的詩篇中沒有觀察到SEM和PARICLEL等殘留物作為六安，SEM測量中也沒有觀察到10㎡以上的異物，從而確認(rèn)了臭氧水對太陽能電池晶片的清洗過程是有效的。但是，臭氧水濃度低于50ppm，清潔時間低于5分鐘，臭氧水處理時間不足，留下斯特恩的晶片中，如圖15所示，留下了10㎡以上的異物，EDS分析結(jié)果顯示，如圖16所示，檢測出了大量碳和氧成分。這說明異物是有機物團(tuán)。超聲波或松下時間不超過5分鐘。由于羅清洗時間不足，殘留微細(xì)物質(zhì)的晶片上殘留了如圖17所示的粒子形式的異物，分析結(jié)果顯示，如圖18所示，檢測出了少量的鐵和鉻成分。這說明異物是索英絲碎片。另外，在實際清洗實驗中，比起Megasonic方式，Particle的超聲波方式更有效。為了更有效地去除燒結(jié)過程中的電線成分——金屬粒子，今后還需要探討氫功能水清洗過程。
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圖18 硅片表面微粒EDS分析結(jié)果
綜合以上結(jié)果來看，利用本方法制作的清潔裝置，通過5分鐘以上的臭氧水和超聲波三程，獲得了良好的清潔特性。通常的清洗過程需要10分鐘以上的工序時間，這可以用優(yōu)秀的結(jié)果來評價。
另一方面，臭氧水和超聲波產(chǎn)生的清洗過程基本上只有晶片表面形成氧化膜的程度變化。但是使用太強的超聲波，薄厚度的晶片會受到?jīng)_擊而損壞，因此需要注意點。
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總結(jié)
通過鋼絲燒結(jié)制造的太陽能電池用晶片表面上，還殘留著漿料中包含的冷卻劑或清潔劑產(chǎn)生的大量有機物，還包括部分索英絲碎片。本方法制作了高濃度臭氧發(fā)生場值和高濃度臭氧溶解功能水制造裝置，并組成了將它們與超聲波裝置相結(jié)合的臭氧水清洗裝置，進(jìn)行了太陽能電池用晶片清洗實驗。用改進(jìn)臭氧腳產(chǎn)生的一般平板放電方式的基因組修飾的結(jié)構(gòu)電極的無性放電型臭氧發(fā)生器。
使用后，通過提高臭氧發(fā)生效率，可以從氧氣流量1[l/min]產(chǎn)生高達(dá)13.7[wt%]的高濃度臭氧。為了生成功能水，臭氧和超純水的接觸方法也擺脫了傳統(tǒng)的簡單接觸方式，應(yīng)用了微氣泡化多次重復(fù)的螺旋結(jié)構(gòu)，OOJON很容易溶解在純水上，獲得了高達(dá)70ppm的高濃度OOJON功能水。利用該裝置進(jìn)行了清洗實驗，結(jié)果表明，在5分鐘以下的清洗條件下，觀察到了斯特恩或法蒂赫，但在此以上情況下，顯示出了良好的清洗特性。
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，清洗工藝中有效去除了晶片表面的殘留有機物和微粒，證實了臭氧基陵水清洗工藝的適用性。該工藝既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，因此如果今后應(yīng)用于太陽能電池用晶片量產(chǎn)線，可望取得良好的結(jié)果。