專利名稱：晶向為[100]的單晶硅片亞微米絨面的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體硅片絨面的制造方法。
背景技術：
目前，光伏發電成本是火電成本的2 3倍，成本過高是制約光伏發電大規模應用 的主要障礙。提高晶硅電池的生產效率，降低成本，使其發電成本接近或等于火電成本，對 于解決目前能源短缺與環境污染的問題，實現國民經濟和社會可持續發展，具有重大的現 實和長遠意義。單晶硅片的成本約占組件成本的60%，由此可見降低單晶硅片成本是降低晶硅電 池發電成本的最有效的方向之一。過去單晶硅片的厚度在400um，隨著技術水平的發展，單 晶硅片的厚度現在降至180um，今后還要繼續降低，這是發展的主流。單晶硅片厚度的降低， 隨之對設備制造，工人操作水平和工藝的要求也越來越高，在單晶硅片的制絨過程中，采用 常規工藝，單晶硅片的減薄量過大，單晶硅片的厚度更加薄，導致電池的彎曲度和碎片率明 顯提高，加大了單晶硅片的生產成本。現在急需要一種制絨方法，在保證或者降低單晶硅片 的反射率的同時降低單晶硅片的減薄量，使其成品率變高，降低單晶硅片的生產陳本。單晶拋光硅片，在可見光范圍內，硅片的平均反射率為33%，硅片在經過制絨后， 若硅片連續均勻致密，則反射率為11%，由于晶體結構的特點，在正常制絨條件下，絨面的 形狀是相同的，只有大小區分，反射率是不隨絨面的大小而變化的。
發明內容
發明目的本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種單晶硅片亞微米絨 面的制造方法，該方法可以保證在可見光范圍內電池平均反射率不變的情況下，使單晶硅 片的減薄量是常規制絨方法減薄量的1/5 1/6，使其電池的彎曲度和碎片率明顯減少，降 低成本，提高了效率。技術方案為了實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案為—種晶向為[100]單晶硅片亞微米絨面的制造方法，包括下列步驟(1)選擇電阻率為0.5 20 Ω .cm，晶向為[100]，硅片厚度為180士40um的單晶硅 片；(2)硅片預清洗，在包含3% 7%的君和150和1 % 2%的NaOH重量比的水溶 液內清洗，溶液溫度控制在50 60°C，時間為4 6分鐘；(3)去除損傷層，將單晶硅片放入濃度為10% 15% NaOH重量比的水溶液，溫度 控制在60 80°C，時間為2 6分鐘；(4)制絨，將單晶硅片放入1.5%的恥0禮0.05% 1 %的Na3PO4. 12H20， 1. 5%的苯甲酸鈉，0. 0. 5%的鉬酸鈉重量的水溶液中，溫度控制在70 83°C，
時間為5 25分鐘。有益效果本發明與現有技術相比，其有益效果是
1、采用該方法制絨單晶硅片的減薄量是常規制絨方法的電池減薄量的1/5 1/6，相應增加了電池的厚度，且在可見光范圍內，單晶鬼片平均反射率保持不變的條件下， 使其電池的彎曲度和碎片率明顯減少，降低成本，提高了生產效率2、步驟(2)對單晶硅片表面預清洗要徹底，否則會影響絨面的連續性和均勻性；3、步驟(3)去除損傷層，保證制絨后，絨面大小均勻，高低均勻；4、步驟(4)中的苯甲酸鈉在單晶的硅片表面特征吸附，阻滯了硅離子化過程，或 者在硅片表面氧化，生成極度致密的保護性氧化膜，它阻止絨面尺寸過大，鉬酸鈉是一種 低污染性金屬鹽，安全堿性介質中是有效的緩蝕劑，鉬酸鈉與磷酸鈉的水溶液對腐蝕速率 有協同緩蝕的作用，其緩蝕劑的臨界濃度降低，兩者的總濃度為0. 0015mg/L時，且比例為 40 60 10 80內，平均緩蝕率達91.5%，磷酸鈉的水溶液，PO43-水解產生大量的0H—以 腐蝕單晶硅片，同時P043_或ΗΡ042_也同樣起著異丙醇的作用，消除氣炮和減緩腐蝕的作用。
附圖為絨面金字塔結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，通過一個最佳實施例，對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發 明的保護范圍不局限于所述實施例。實施例1(1)選擇電阻率為0. 5Ω. cm，晶向為[100]，硅片厚度為140um的單晶硅片；(2)硅片預清洗，在包含3%的君和150和的NaOH重量的水溶液內清洗，溶液 溫度控制在50 60°C，時間為4 6分鐘；(3)去除損傷層，將單晶硅片放入濃度為10% NaOH水溶液，溫度控制在60 80°C，時間為2 6分鐘；(4)制絨，將單晶硅片放入的NaOH，0.05%的Na3PO4. 12H20，1 %的苯甲酸鈉， 0. 的鉬酸鈉重量的水溶液中，溫度控制在70 83°C，時間為5 25分鐘。經檢測制造出亞微米絨面的單晶硅片。實施例2(1)選擇電阻率為20 Ω · cm，晶向為[100]，硅片厚度為220um的單晶硅片；(2)硅片預清洗，在包含7%的君和150和2%的NaOH重量的水溶液內清洗，溶液 溫度控制在50 60°C，時間為4 6分鐘；(3)去除損傷層，將單晶硅片放入濃度為15% NaOH水溶液，溫度控制在60 80°C，時間為2 6分鐘；(4)制絨，將單晶硅片放入1. 5%的NaOH，的Na3PO4. 12H20,1. 5%的苯甲酸鈉， 0. 5%的鉬酸鈉重量的水溶液中，溫度控制在70 83°C，時間為5 25分鐘。經檢測制造出亞微米絨面的單晶硅片。實施例3(1)選擇電阻率為10 Ω · cm，晶向為[100]，硅片厚度為180um的單晶硅片；(2)硅片預清洗，在包含5%的君和150和2%的NaOH重量的水溶液內清洗，溶液溫度控制在50 60°C，時間為4 6分鐘(3)去除損傷層，將單晶硅片放入濃度為13% NaOH水溶液，溫度控制在60 80°C，時間為2 6分鐘；(4)制絨，將單晶硅片放入1.5%的Na0H，0.5%的Na3PO4. 12H20，1. 2%的苯甲酸 鈉，0. 3%的鉬酸鈉重量的水溶液中，溫度控制在70 83°C，時間為5 25分鐘。經檢測制造出亞微米絨面的單晶硅片。絨面形成機理NaOH溶液對單晶硅片的腐蝕是擇優腐蝕，在硅的不同晶面上，懸掛鍵的數目不同， 導致在不同的晶面上反映速度不同，這是形成金字塔絨面的最直接最基本的原因。眾所周知，單晶硅片的單晶為金剛石結構，由于各晶面的面速度不同，腐蝕對各晶 面有選擇性，實驗得知，[100]面的腐蝕速度比[111]面大35倍。擇優腐蝕的原因在于水 分子的屏蔽效應，阻擋了硅原子與OH根離子的作用，而水分子的屏蔽效應又與原子排列速 度有關，速度越高屏蔽越明顯，在[111]晶面上，每個硅原子具有三個共價鍵與晶面內部的 原子鍵合，僅有一個裸露于晶格外面的懸掛鍵，[100]晶面每個硅原子具有兩個共價鍵及兩 個懸掛鍵，當腐蝕反應進行時，腐蝕溶液中的OH根與懸掛鍵結合而形成刻蝕，新的晶格上 的單位面積懸掛鍵越多，會造成表面的化學反應自然增快。
Si\Six
Si 云 SMH-— Si 云 Si — OH + e [111]
SKSK
SkSk /DH
)S 陣 20H-— )Sk + 2e [100] SKSK xDH金字塔絨面的大小與單晶硅片刻蝕量的關系如圖所示，由于硅片為金剛石結構，通常金字塔的上頂角70. 52度，下角為54. 74 度。在絨面腐蝕時通常硅片的正反面同時刻蝕，如果把金字塔近似為等邊三角形計算，如果 邊長為5um時，金字塔的高度為4. 33um如果邊長為0. 8um時，金字塔的高度為0. 64um如果邊長為0. 6um時，金字塔的高度為0. 52um那么，5um金字塔的高度分別為0. 8um和0. 6um金字塔高度的6. 7 8. 3倍，在絨 面的制造過程中，是擇優腐蝕，只不過是[100]面比[111]快35倍，其實[111]也在腐蝕中， 如果考慮這方面的因素，大金字塔的刻蝕量比上述的計算還要大一些。制作單晶硅片亞微米絨面的技術因素1、硅片表面預清洗要徹底，否則會影響絨面的連續性和均勻性；2、NaOH溶液中，OH根的濃度越高，溫度高，時間越長，則絨面越大；3、如果損傷層去除不徹底，有缺陷存在，會引起絨面大小，高低不均勻，眾所周知，化學反應首先從一些高活性的地方開始(當然缺陷存在的地方，活性高)；4、苯甲酸鈉在硅片表面特征吸附，阻滯了硅離子化過程，或者在硅片表面氧化，生 成極度致密的保護性氧化膜，它阻止絨面尺寸過大；5、鉬酸鈉是一種低污染性金屬鹽，安全堿性介質中是有效的緩蝕劑，鉬酸鈉是一 種鈍化型緩蝕劑；
6、鉬酸鈉與磷酸鈉的水溶液對腐蝕速率有協同緩蝕的作用，其緩蝕劑的臨界濃度 降低，兩者的總濃度為0.0015mg/L時，且比例為(40 60) (10 80)內，平均緩蝕率達 91. 5% ；7、鉬酸鈉的熱穩定性高，當溫度高于70°C，PH > 9的溶液中，而其它緩蝕劑難于做 到；8、磷酸鈉的水溶液，P043_水解產生大量的0H_以腐蝕單晶硅，同時P043_或ΗΡ042_也 同樣起著異丙醇的作用，消除氣炮和減緩腐蝕的作用。
權利要求
1. 一種晶向為[100]單晶硅片亞微米絨面的制造方法，其特征在于包括下列步驟(1)選擇電阻率為0.5 20 Ω. cm，晶向為[100]，硅片厚度為180 士 40um的單晶硅片；(2)硅片預清洗，在包含3% 7%的君和150和 2%的NaOH重量比的水溶液內 清洗，溶液溫度控制在50 60°C，時間為4 6分鐘；(3)去除損傷層，將單晶硅片放入濃度為10% 15%NaOH重量比水溶液，溫度控制在 60 80°C，時間為2 6分鐘；(4)制絨，將單晶硅片放入1. 5% 的 Na0H，0. 05% 1 % 的 Na3PO4. 12H20,1. 5 %的苯甲酸鈉，0. 1 % 0. 5 %的鉬酸鈉重量比的水溶液中，溫度控制在70 83°C，時間 為5 25分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種晶向為[100]單晶硅片亞微米絨面的制造方法。該方法包括下列步驟(1)選擇電阻率為0.5～20Ω.cm，晶向為[100]，硅片厚度為180±40um的單晶硅片；(2)硅片預清洗，在包含3％～7％的君和150和1％～2％的NaOH重量比的水溶液內清洗，溶液溫度控制在50～60℃，時間為4～6分鐘；(3)去除損傷層，將單晶硅片放入濃度為10％～15％NaOH重量比水溶液，溫度控制在60～80℃，時間為2～6分鐘；(4)制絨，將單晶硅片放入1％～1.5％的NaOH，0.05％～1％的Na3PO4.12H2O，1％～1.5％的苯甲酸鈉，0.1％～0.5％的鉬酸鈉重量比的水溶液中，溫度控制在70～83℃，時間為5～25分鐘。該方法可以保證在可見光范圍內電池平均反射率不變的情況下，使單晶硅片的減薄量是常規制絨方法減薄量的1/5～1/6，使其電池的彎曲度和碎片率明顯減少，降低成本，提高了效率。
文檔編號C30B33/10GK102134754SQ20111006014
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者劉紅成, 姜紅燕, 張勇, 李忠, 王玉亭 申請人:保定天威集團有限公司, 天威新能源(揚州)有限公司