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1、前后清洗工艺培训,一、什么是太阳能电池,太阳电池是利用光生伏特效应，把光能直接转换成电能的一种器件。它的工作原理可以概括成下面几个主要过程：第一，必须有光的照射，可以是单色光，太阳光或我们测试用的模拟太阳光源。第二，光子注入到半导体后，激发出电子空穴对。这些电子空穴对必须有足够的寿命保证不会在分离前被附和。第三，必须有个静电场（PN结），起分离电子空穴的作用。第四，被分离的电子空穴，经电极收集输出到电池体外，形成电流。,1.太阳能电池的原理,前清洗（制绒）,扩散制结,PECVD 镀减反膜,后清洗（刻边/去PSG）,丝网印刷/烧结/测试,2.制造太阳能电池的基本工艺流程,二、前清洗（制绒）,制绒
2、按工艺不同可分为碱制绒和酸制绒：利用碱溶液对单晶硅不同晶面有不同的腐蚀速率（各向异性腐蚀），经过腐蚀、在表面会出现以 形成的锥体密布表面（金字塔状），称为表面织构化。但是对于多晶硅，由于晶体排列方式杂乱，如果利用碱液，无法进行腐蚀得到良好的金字塔织构化表面，此时只能用酸溶液进行各向同性腐蚀，获得表面存在许多凹坑的表面结构，也能起到良好的陷光作用。,1.制绒工艺的分类：,单晶硅片碱制绒绒面形状,多晶硅片酸制绒绒面形状,2.陷光原理：,光在光滑半导体薄片表面上的反射、折射和透射,陷光原理图,当入射光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面形成二次吸收或者多次吸收，从而增加吸收率。,腐蚀深度在
3、4.4 0.4m 时，制绒后的硅片表面反射率要一般在20%25%之间，此时得到的电性能较好。,腐蚀深度与电性能间的关系,在绒面硅片上制成PN结太阳电池，它有以下特点:(l)绒面电池比光面电池的反射损失小，如果再加减反射膜，其反射率可进一步降低。(2)入射光在光锥表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向，不仅延长了光程，增加了对红外光子的吸收，而且有较多的光子在靠近PN结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率。(3)在同样尺寸的基片上，绒面电池的PN结面积比光面大得多，因而可以提高短路电流，转换效率也有相应提高。(4)绒面也带来了一些缺点:一是工艺要求提高了；二是由于它减反射的无选
4、择性，不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入电池，使电池发热；三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触，使接触电阻损耗增加。,三、前清洗（酸制绒）工艺,清洗设备注：前、后清洗设备外观相同，内部构造和作用原理稍有不同,1.前清洗工序的目的：,去除硅片表面的机械损伤层（来自硅棒切割的物理损伤）清除表面油污（利用HF）和金属杂质（利用HCl）形成起伏不平的绒面，增加对太阳光的吸收，增加PN结面积，提高短路电流（Isc），最终提高电池光电转换效率。,前清洗工艺步骤：制绒碱洗 酸洗吹干,Etch bath,Dryer1,Rinse1,AlkalineRinse,Rinse2,AcidicRin
5、se,Rinse3,Dryer2,RENA Intex前清洗设备的主体分为以下八个槽，此外还有滚轮、排风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温度控制系统等。,2.设备构造,Etch bath：制绒槽，用于制绒。所用溶液为HF+HNO3，作用：1.去除硅片表面的机械损伤层；2.形成无规则绒面。,Alkaline Rinse：碱洗槽。所用溶液为KOH，作用：1.对形成的多孔硅表面进行清洗；2.中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。,Acidic Rinse：酸洗槽。所用溶液为HCl+HF，作用：1.中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液；2.HF可去除硅片表面氧化层（SiO2），形成疏水表面，便于吹干；
6、3.HCl中的Cl-有携带金属离子的能力，可以用于去除硅片表面金属离子。,HNO3+Si=SiO2+NOx+H2O SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 Si+2KOH+H2O K2SiO3+2H2 2NO2+H2O=HNO3+HNO2 Si+HNO2 SiO2+NO+H2O HNO3+NO+H2O HNO2,3.酸制绒工艺涉及的反应方程式:,4.前清洗换药规程,5.前清洗工序工艺要求,片子表面5S控制 不容许用手摸片子的表片，要勤换手套，避免扩散后出现脏片。称重 1.每批片子的腐蚀深度都要检测，不允许编造数据，搞混批次等。2.要求每批测量4片。3.放测量片时，
7、把握均衡原则。如第一批放在道，下一批则放在2.4道，便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。制绒槽液面的注意事项：正常情况下液面均处于绿色，如果一旦在流片过程中颜色改变，立即通知工艺人员。,产线上没有充足的片源时，工艺要求:1.停机1小时以上，要将刻蚀槽的药液排到tank，减少药液的挥发。2.停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。3.停机1h以上，要跑假片，至少一批（400片）且要在生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝制绒后的片子有滚轮印。前清洗到扩散的产品时间:最长不能超过4小时,时间过长硅片会污染氧化，到扩散污染炉管,从 而影响后面的电性能及效率
8、,后清洗工艺培训,扩散过程中，虽然采用背靠背扩散，硅片的边缘将不可避免地扩散上磷。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。此短路通道等效于降低并联电阻。同时，由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层二氧化硅，在高温下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。后清洗的目的就是进行湿法刻蚀和去除PSG。,1.后清洗的目与原理,2.湿法刻蚀原理:利用HNO3和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。,边缘刻蚀原理反应方
9、程式：3Si+4HNO3+18HF=3H2 SiF6+4NO2+8H2O,3.刻蚀中容易产生的问题及检测方法：1.刻蚀不足：边缘漏电，Rsh下降，严重可导致失效 检测方法：测绝缘电阻 2.过刻：正面金属栅线与P型硅接触，造成短路 检测方法：称重及目测,SPC控制：当硅片从设备中流转出来时，工艺需检查硅片表面状态，绒面无明显斑迹，无药液残留。125单晶该工序产品单要求面腐蚀深度控制在0.81.6m范围之内,且硅片表面刻蚀宽度不超过2mm,同时需要保证刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆。,4.去除磷硅玻璃的目的：1)磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。2)死层的存在大
10、大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低，进而降低了Voc和Isc。3)磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差。,去PSG原理方程式：SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O去PSG工序检验方法：当硅片从HF槽出来时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净，可在HF槽中适当补些HF。,后清洗工艺步骤：边缘刻蚀碱洗 酸洗吹干,RENA InOxSide后清洗设备的主体分为以下七个槽，此外还有滚轮、排风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温度控制系统等。,Et
11、ch bath,Rinse1,AlkalineRinse,Rinse2,HF bath,Rinse3,Dryer2,5.后清洗设备构造,Etch bath：刻蚀槽，用于边缘刻蚀。所用溶液为HF+HNO3+H2SO4，作用：边缘刻蚀，除去边缘PN结，使电流朝同一方向流动。注意扩散面须向上放置，H2SO4的作用主要是增大液体浮力，使硅片很好的浮于反应液上（仅上边缘2mm左右和下表面与液体接触）。,Alkaline Rinse：碱洗槽。所用溶液为KOH，作用：中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。,HF Bath：HF酸槽。所用溶液为HF，作用：中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液；去PSG,后清洗机台
12、的操作界面，基本的工艺要求，换药规程等、基本都都同于前清洗设备，在此不再累述。需要注意的是：后清洗刻蚀槽处的排风很重要,五、RENA设备常见报警信息,1 关于waferjam（叠片）报警出现此类报警时，工艺人请设备人员调整滚轮并取出碎片。如果是滚轮原因造成上述报警，同时上级决定暂时不能停机，可选择不在报警道投片，待工艺换药或设备PM时要求设备人员进行相应调整。此外可要求生产人员可适当增大放员需检查各段滚轮是否正常工作，设备中是否出现卡片、碎片。如果出现上述异常，需及时片间距，减少叠片的发生。2 关于temperature（温度）报警出现此类报警时，工艺人员需确认coolingunit在工作，确
13、认有循环流量，然后等待并观察温度是否降低。如果温度没有下降趋势，通知设备人员进行检查。3 关于pump（泵）报警 出现此类报警时，工艺人员需确认报警槽的溶液量是否达到液位要求，循环是否正常。如有异常，补加药液并手动打开槽体循环。同时要求设备人员检查该槽喷淋滤芯是否正常。4 关于dry（风刀）报警 出现此类报警时，工艺人员需检查外围供气压力是否正常，风刀有无被堵。并及时通知外围人员或设备人员作出相应调整。,5 关于刻蚀槽flow（流量）报警出现此类报警时，工艺人员需检查是否有碎片堵住药液入口。如有碎片需取出后，将药液打入tank混匀溶液后重新将药液打入bath中。如果流量不稳定报警，需要求设备人
14、员检查相应传感器6 关于overfilled（溶液过满）报警出现此类报警时，工艺人员需要求设备检查液位传感器是否正常工作。如果确实过满，则需要手动排掉部分药液，直到达到生产液位要求。7 关于 tank empty（储药罐空）报警出现此类报警时，说明外围相应储药罐中的药品已空，需及时通知外围人员添加药液。8 关于 valve blocked（阀门被堵）报警出现此类报警时，则有阀门被堵，必须立即通知设备人员处理。9 颜色突出指示的意义 出现报警信息时，各种颜色突出所指示的相关意义如下图所示,六、如何减小RENA设备的碎片率,33,正确位置,错误的位置,放片方法应严格按照作业指导书，轻拿轻放在正确位
15、置。多晶156的硅片由于面积较大，如果放置的位置不正确，很容易造成叠片卡片等，致使硅片在机器中碎裂。,34,提高挡板的高度使得片子能够顺利的通过.滚轮能够碰到挡板的地方，可以选择将挡板切掉一部分.,盖子容易碰到滚轮,35,减少CDA的压力，调节上下风刀的压力，使得上下压力到达均衡 调整风管的方向，确保O-ring没有碰到风管,调节挡板和滚轮之间的距离,36,调整喷淋管的位置，至滚轮能够光滑的运行调整风管和水管的位置，使得片子在通过的时候，不会影响片子的运行,37,检查所有滚轮和O-ring的位置是正确的，确保上下滚轮在同一条线上 调节滚轮的高度和水洗管的位置保证片子在传送过程中无偏移如果发生偏
16、移会产生碎片,38,调节滚轮的速度小于滚轮的速度，如果生产不赶产量，则尽量让生产人员放片子不要太急，拉大片间距，这样片子进出设备较均匀，不易产生叠片等现象,片子之间距离2cm,39,工艺人员在日常正常生产过程中，如果发现机器碎片，一方面应该提醒产线员工注意放片规范，减少叠片和歪片；另一方面，应巡查上述主要地方，及时找到并清理在设备中残留的碎片，杜绝更多碎片的产生。,七、前后清洗十项影响效率、的原因,A.片源不同 这里提到的片源差异包括多晶硅料的不同（锅底料、边皮料、金属硅、复拉料、重掺杂等等）以及晶体大小不同（微晶片等），对于前清洗，片源不同，腐蚀量、腐蚀速率和形成的绒面结构都会不同，短路电流
17、将受到重大影响，其他电性能也会受到一定程度的影响。后清洗双向切割片的线痕过大会造成过刻等。预防措施：1集中投片配合工艺对药液的调节2每批产品测量刻蚀重量是有超规范,B.药液浓度的稳定性 包括药液补加量的准确程度，药液的挥发，工艺参数的设置等。预防措施：1.设备带料不生产时把药液排到TANK槽中2.控制稳定的温度3.测量硅片反射率是否超规范4.每批产品测量刻蚀重量是有超规范5.希望设备端给设备安装实际测量药液补加的测量器,C.温度的波动 温度直接影响片子与药液反应的程度，其波动的大小和波动的周期直接影响批内和批次间腐蚀量和刻蚀量的不同，进而导致电性能的波动。预防措施：1.设备定期检查cool是否
18、正常2.设备端进行温度监控3.工艺每天检查温度趋势4.测量硅片反射率是否超规范5.每批产品测量刻蚀重量是有超规范,D.设备喷淋的异常 喷淋的异常会导致药液残留和一些反应不能正常进行，进而出现脏片。预防措施：1.设备每次做完PM时调整好喷淋角度，并用假片检查硅 片是否有脏片。2.生产每两小时检查设备是否有碎片卡在滚轮中，堵住喷 淋口3.盖挡板时须轻放，避面挡板打偏喷淋口4.对于碱槽，当设备待料超过15分钟时必须冲洗喷淋及风刀,E.过刻的异常 后清洗造成过刻，镀膜后黑边，且造成短路，从而影响效率及良率 预防措施：1.调节排风或降低流量或提高速度2.设备端安装排风监控表，并每天检查3.滚轮或槽体挡板
19、变形，需调整滚轮或挡板4.药液浓度异常，需调节浓度5.希望设备端给设备安装实际测量药液补加的测量器,F.设备滚轮的变形异常 导致碎片、腐蚀不均、过刻、硅片沾不到液等，最终影响效率 预防措施：1.设备PM时定期检查2.工艺及时反馈刻蚀状况,G.设备PM彻底性和细化 PM进行的彻底到位可以保证生产的正常进行，如滤芯的清洗，清洗不好，可能导致水不干净，造成水痕脏片等；碎片清理不彻底可能导致碎片流入药液管道造成药液流量降低，滴定阀堵塞漏酸，造成脏片等。预防措施：1.要求设备PM之前必须冲洗各个槽滚轮，且在PM后工艺端检查是否做到位，看碎片是否清洗干净，滚轮是否安装好等,H.测量仪器的短缺 测量仪器的短
20、缺会造成测量不能及时进行，产品质量不能保证，甚至导致生产大量不良片后才发现。至少保证每两台机器有一台测量仪器（电子天平和绝缘电阻测试仪）。预防措施：1.设备定期检查测量仪器是否完好，准确2.校正部门应定期校正测量仪器3.应给每台设备配备测量仪器,I.工艺规定和要求执行的不彻底1.主要包括新换药液后和待机一段时间后跑假片，假片跑不够，就会出现滚轮影或刻蚀量不够；2.片源不足时集中投放，不然前清洗容易出现刻蚀量不均匀，后清洗容易出现过刻；3.清洗后的片子放置时间控制，硅片表面氧化，影响后面效率良率；4.待料时滚轮不及时冲洗，容易出现碱槽喷淋风刀盐结晶堵塞，导致出现脏片和 水洗1槽滤芯盐结晶堵塞，出现流量低，从而出现脏片等。预防措施：1.培训员工了解工艺规范2.建立考核制度3.工艺设备加强检查生产的执行情况,J.员工的操作不当、质量意识欠缺以及作业区6S执行状况 主要表现为片子放反，出现不良时不能及时发现隔离并通知工艺和设备，减少不良产生等。手套，片盒，桌面，机台等卫生状况都会影响产品质量。预防措施：1.培训员工了解工艺规范及6S规范2.建立考核制度3.6S、工艺、设备加强检查生产的执行情况,八、前后清洗常见异常图片分析,九、前后清洗常见异常处理流程,Thanks for your attention!,
