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旧太阳能板回收厂家分享硅片生产流程
- 2018-04-06 -

旧太阳能板回收厂家简述

硅片的准备过程从硅单晶棒开始,到清洁的抛光片结束,以能够在绝好的环境中使用。期间,从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外,整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始,最终在10级净空房内完成。 


工艺过程综述

硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类:能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能;能减少不期望的表面损伤的数量;或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的,因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中,每一步骤都会得到详细介绍。


硅片加工过程步骤

1.       切片

2.       激光标识

3.       倒角

4.       磨片

5.       腐蚀

6.       背损伤

7.       边缘镜面抛光

8.       预热清洗

9.       抵抗稳定——退火

10.      背封

11.      粘片

12.      抛光

13.      检查前清洗

14.      外观检查

15.      金属清洗

16.      擦片

17.      激光检查

18.      包装/货运

切片(class 500k)  硅片加工的介绍中,从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗,也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片,硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小,对硅片的损伤也最小,并且允许硅片的翘曲也是最小。切片是一个相对较脏的过程,可以描述为一个研磨的过程,这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。         硅片切割完成后,所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中,很重要的一点就是保持硅片的顺序,因为这时它们还没有被标识区分。

激光标识(Class 500k)  在晶棒被切割成一片片硅片之后,硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码,因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的,用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的,因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深,从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后,即使硅片有遗漏,也能追溯到原来位置,而且如果趋向明了,那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面,尽管正面通常会被用到。


倒角  当切片完成后,硅片有比较尖利的边缘,就需要进行倒角从而形成子弹式的光滑的边缘。倒角后的硅片边缘有低的中心应力,因而使之更牢固。这个硅片边缘的强化,能使


表面为抛光提供了一个固体参考平面。粘的蜡能防止当硅片在一侧面的载体下抛光时硅片的移动。蜡粘片只对单面抛光的硅片有用。另一方法就是模板粘片,有两种不同变异。一种只适用于单面抛光,用这种方法,硅片被固定在一圆的模板上,再放置在软的衬垫上。这一衬垫能提供足够的摩擦力因而在抛光时,硅片的边缘不会完全支撑到侧面载体,硅片就不是硬接触,而是“漂浮”在物体上。当正面进行抛光时,单面的粘片保护了硅片的背面。另一种方法适用于双面的抛光。用这种方法,放置硅片的模板上下两侧都是敞开的,通常两面都敞开的模板称为载体。这种方法可以允许在一台机器上进行抛光时,两面能同时进行,操作类似于磨片机。硅片的两个抛光衬垫放置在相反的方向,这样硅片被推向一个方向的顶部时和相反方向的底部,产生的应力会相互抵消。这就有利于防止硅片被推向坚硬的载体而导致硅片边缘遭到损坏。除了许多加载在硅片边缘负荷,当硅片随载体运转时,边缘不大可能会被损坏。抛光(Class ≤1k)  硅片抛光的目的是得到一非常光滑、平整、无任何损伤的硅表面。抛光的过程类似于磨片的过程,只是过程的基础不同。磨片时,硅片进行的是机械的研磨;而在抛光时,是一个化学/机械的过程。这个在操作原理上的不同是造成抛光能比磨片得到更光滑表面的原因。抛光时,用特制的抛光衬垫和特殊的抛光砂对硅片进行化学/机械抛光。硅片抛光面是旋转的,在一定压力下,并经覆盖在衬垫上的研磨砂。抛光砂由硅胶和一特殊的高pH值的化学试剂组成。这种高pH的化学试剂能氧化硅片表面,又以机械方式用含有硅胶的抛光砂将氧化层从表面磨去。硅片通常要经多步抛光。第一步是粗抛,用较硬衬垫,抛光砂更易与之反应,而且比后面的抛光中用到的砂中有更多粗糙的硅胶颗粒。第一步是为了清除腐蚀斑和一些机械损伤。在接下来的抛光中,用软衬、含较少化学试剂和细的硅胶颗粒的抛光砂。清除剩余损伤和薄雾的最终的抛光称为精抛。检查前清洗(class 10)  硅片抛光后,表面有大量的沾污物,绝大部分是来自于抛光过程的颗粒。抛光过程是一个化学/机械过程,集中了大量的颗粒。为了能对硅片进行检查,需进行清洗以除去大部分的颗粒。通过这次清洗,硅片的清洁度仍不能满足客户的要求,但能对其进行检查了通常的清洗方法是在抛光后用RCA SC-1清洗液。有时用SC-1清洗时,同时还用磁超声清洗能更为有效。另一方法是先用H2SO4/H2O2,再用HF清洗。相比之下,这种方法更能有效清除金属沾污。经过抛光、清洗之后,就可以进行检查了。在检查过程中,电阻率、翘曲度、总厚度超差和平整度等都要测试。所有这些测量参数都要用无接触方法测试,因而抛光面才不会受到损伤。在这点上,硅片必须最终满足客户的尺寸性能要求,否则就会被淘汰。金属物去除清洗  硅片检查完后,就要进行最终的清洗以清除剩余在硅片表面的所有颗粒。主要的沾污物是检查前清洗后仍留在硅片表面的金属离子。这些金属离子来自于各不同的用到金属与硅片接触的加工过程,如切片、磨片。一些金属离子甚至来自于前面几个清洗过程中用到的化学试剂。因此,最终的清洗主要是为了清除残留在硅片表面的金属离子。这样做的原因是金属离子能导致少数载流子寿命,从而会使器件性能降低。SC-1标准清洗液对清除金属离子不是很有效。因此,要用不同的清洗液,如HCl,必须用到。


擦片  在用HCl清洗完硅片后,可能还会在表面吸附一些颗粒。一些制造商选择PVA制的刷子来清除这些残留颗粒。在擦洗过程中,纯水或氨水(NH4OH)应流经硅片表面以带走沾附的颗粒。用PVA擦片是清除颗粒的有效手段。


激光检查  硅片的最终清洗完成后,就需要检查表面颗粒和表面缺陷。激光检查仪能探测到表面的颗粒和缺陷。因为激光是短波中高强度的波源。激光在硅片表面反射。如果表面没有任何问题,光打到硅片表面就会以相同角度反射。然而,如果光打到颗粒上或打到粗糙的平面上,光就不会以相同角度反射。反射的光会向各个方向传播并能在不同角度被探测到。


包装/货运  尽管如此,可能还没有考虑的非常周到,硅片的包装是非常重要的。包装的目的是为硅片提供一个无尘的环境,并使硅片在运输时不受到任何损伤;包装还可以防止硅片受潮。如果一片好的硅片被放置在一容器内,并让它受到污染,它的污染程度会与在硅片加工过程中的任何阶段一样严重,甚至认为这是更严重的问题,因为在硅片生产过程中,随着每一步骤的完成,硅片的价值也在不断上升。理想的包装是既能提供清洁的环境,又能控制保存和运输时的小环境的整洁。典型的运输用的容器是用聚丙烯、聚乙烯或一些其他塑料材料制成。这些塑料应不会释放任何气体并且是无尘的,如此硅片表面才不会被污染。  电池片一般分为单晶硅、多晶硅、和非晶硅 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太 阳能电池,它的构造和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。为了 降低生产成本,现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复 拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。     将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂物为 微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成P>N结。然后采用丝网印刷法,精配好的银浆印在硅片上做成栅线,经 过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此,单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查 检验,即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件(太阳能电池板),用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和材料进行封装。用户根据系统 设计,可将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池方阵,亦称太阳能电池阵列。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,实验室成果也有 20%以上的。