引言

濕法化學工藝廣泛用于晶體硅太陽能電池生產(chǎn)，主要用于表面紋理和清潔目的。盡管過去的研究主要集中在過程開發(fā)上，但是在過程控制技術方面幾乎沒有進展。本文討論了當前最先進的濕化學生產(chǎn)工藝，并提出了工藝控制和質量保證程序(晶片的化學、光學和電學特性)。先進表征技術的目的是提高工藝質量和高質量產(chǎn)品產(chǎn)量。此外，未來的工業(yè)高效電池處理需要成本有效、高質量的清潔工藝，尤其是在任何表面鈍化步驟之前。

在制造硅太陽能電池的工業(yè)生產(chǎn)鏈中，濕化學應用的質量保證和過程控制變得越來越重要。為了克服基于操作員經(jīng)驗的工藝操作以及延長普通蝕刻槽的總操作時間，在線表征和控制的新發(fā)展將是強制性的。這種質量控制具有顯著降低成本的潛力，因為更換浴混合物或縮短加工時間之間的持續(xù)時間得到了優(yōu)化。對于工藝開發(fā)，從實驗室規(guī)模向工業(yè)生產(chǎn)設備轉移高效電池工藝出現(xiàn)了新的要求。尤其是在電池工藝的不同階段需要更高的晶片和表面清潔標準；盡管如此，生產(chǎn)成本和工藝復雜性必須保持盡可能低。

實驗

對于不同的晶體取向，用氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)進行的堿性蝕刻具有不同的蝕刻速率，因此對于(100)取向的單晶硅晶片，這種各向異性導致具有隨機分布在晶片表面上的正方形基底的小金字塔。為了改善蝕刻過程的橫向均勻性和各向異性，向蝕刻溶液中加入異丙醇(IPA)。紋理化后，晶圓通常在鹽酸和氫氟酸中清洗，中間在去離子水中沖洗。堿性紋理化通常在批處理過程中進行，其中晶片被保持在允許化學物質潤濕整個表面的載體中。對于標準工藝控制，在蝕刻之前和之后對載體進行稱重，以確定平均蝕刻深度。典型的工藝溫度在70至80℃之間，接近異丙醇的沸點(82℃)。可以觀察到蝕刻過程中異丙醇不斷蒸發(fā)，這代表了主要的工藝不確定性，導致需要定期重做。為了簡化添加劑的重做和獲得初始異丙醇濃度的更高再現(xiàn)性，應該測量和控制它。這可以通過高效液相色譜(HPLC)作為直接方法或表面張力作為間接方法來實現(xiàn)，如圖1。異丙醇具有表面活性，降低溶液的表面張力。由于異丙醇被頻繁重做，紋理浴的異丙醇濃度可以達到恒定。

圖1 IPA濃度通過HPLC分析得到的IPA濃度和IPA濃度，以及由常規(guī)IPA給藥的表面張力和NIR在堿性紋理溶液中計算出的IPA濃度

結果和討論

只有少數(shù)更先進的太陽能電池技術已經(jīng)被引入工業(yè)生產(chǎn)。這些高效方法中的一個重大技術問題是在鈍化步驟之前準備晶片表面。干凈的表面對于氧化和介電層鈍化是重要的，否則在隨后的高溫步驟中，表面污染物可能擴散到主體中。由于先前的蝕刻步驟造成的晶體損傷的淺層顯著降低了后者的鈍化質量。此外，與微電子相反，工業(yè)太陽能電池的表面由于各向異性損傷蝕刻或紋理化工藝而通常粗糙。與光滑光亮的蝕刻表面相比，研究粗糙的表面結構是否會限制光學和電學性能非常重要。除了這些更基本的表面清潔處理問題，還需要將高效的清潔順序轉移到工業(yè)應用中。根據(jù)氧化或PECVD表面鈍化工藝之前的清潔效率，比較了不同的濕化學溶液和順序。在本文中，從微電子學已知的標準RCA工藝順序(見圖2)被順序修改和簡化。

圖2 用于表面清潔的RCA清潔順序，所有步驟均在大型工業(yè)濕法蝕刻系統(tǒng)上進行

簡化是通過用去離子水進一步稀釋清潔混合物來完成的，并測量了對所得清潔效率的影響。通過準穩(wěn)態(tài)光電導(QSSPC)技術，在Dn = 1*1014 cm-3的注入水平下，確定了作為清潔措施的有效載流子壽命。蝕刻Fz-和KOH saw損傷蝕刻Cz-Si測試晶片，隨后用PECVD非晶硅層進行雙面沉積。因此，稀釋會導致兩種材料類型的測量壽命不斷縮短(見圖3)，這里給出的數(shù)字是與實驗室類型的熱硝酸+氫氟酸溶液清洗順序相比的絕對變化。因此，必須在清潔潛力和后期電池效率改善或損失以及總工藝成本之間進行權衡。

?圖3 在對稱處理的壽命試驗樣品上進行非晶形硅沉積的清洗工藝研究。壽命變化被歸一化為硝酸+HF清潔

總結

介紹了當前最先進的濕化學工藝，激發(fā)了未來對更精細的質量保證和過程控制的需求。特別是在線或基于在線的化學表征技術非常重要，因為它們允許與過程本身的持續(xù)和短的反饋循環(huán)，例如。通過快速調整劑量參數(shù)。要全面描述紋理化過程，不僅紋理化浴的化學信息很重要，而且紋理化表面的光學和電學質量也很重要。不同的在線表征技術已經(jīng)被提出用于表面形態(tài)的研究，進一步的研究和開發(fā)將是必要的，以將這些光學和電學信息與紋理浴的化學成分相關聯(lián)。

對于高效加工中的高級清潔目的，PV的目標應該是逐步簡化實驗室濕式工作臺中使用的常見清潔順序，實現(xiàn)單一步驟、高效的表面清潔。

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