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1、太阳能硅片的清洗工艺1.药槽清洗液最佳配比确定由以上实验数据分析,在清洗剂浓度较低时,不能达到良好的清洗效果,切割过程中吸附到Si片表面的砂浆等沾污依然停留在Si片表面。提高清洗剂用量,砂浆残留的片数减少,但是持续加大清洗剂用量,又会造成新的污染,即清洗剂残留，和砂浆残留一样,会影响Si片的质量。因此选择其中效果最好的配比为2.0L。2．药槽清洗温度的确定药槽清洗温度设置与表面活性剂的性质密切相关，这是因为在低温时非离子表面活性剂与水完全混溶,亲水基聚氧乙烯与水形成的氢键能量低,随着温度升高分子热运动加剧氢键被破坏,导致非离子表面活性剂在水中的溶解度下降,当温度升高并且达到一定值时,非离子表面
2、活性剂从水溶液中析出变混浊,此时的温度即为浊点，温度对非离子表面活性剂的去污能力的影响是明显的,研究表明当温度接近于浊点时,清洗效果最好。通过实验得出40-55℃均可,但45℃为最佳。3.碱性清洗液与Si的反应选择生产线连续进行清洗一个药槽,从新配清洗液开始每隔1min测其pH值,所得数据如图。配置好准备清洗用的碱性清洗液pH值在12~13,碱性很强,Si片浸人清洗液后,表面会产生大量直径在0.5mm左右的气泡,认为是Si和清洗液中大量存在的-OH发生如下反应:Si+4OH-→(SiO4)4+2H2反应持续进行,过程测量药槽中清洗液pH值,相比开始降低0.1-0.3,但是继续测量,pH值将保持
3、在一定水平11.5-12左右不再继续下降,这是因为上步反应生成的(SiO4)4是不稳定的,它在水溶液中继续和水发生如下反应(SiO4)4+4H20→Si(OH)4+4OH-在式(1)中消耗的OH-得到补充,在反应达到平衡后,OH-基本保持不变,如此清洗液的pH值可以保持在一定范围而不持续下降,能够获得稳定的清洗效果.4.表面沾污的来源Si片内部的原子排列整齐有序,每个Si原子的4个价电子与周围原子的价电子结合构成共价键结构。但是经过切割工序后,Si片表面垂直切片方向的共价键遭到破坏而成为悬空键，这种不饱和键处于不稳定状态,具有可以俘获电子或其他原子的能力,以减低表面能,达到稳定状态。当周围环境
4、中的原子或分子趋近晶片表面时,受到表面原子的吸引力,容易被拉到表面,在Si晶片表面富集,形成吸附,从而造成污染。理想表面实际是不存在的,实际的Si片表面一般包括三个薄层:加工应变层、氧化层和吸附层,在这三层下面才是真正意义上的晶体Si。对于太阳能用Si片来说,加工应变层是指在线切工艺时所产生的应变区,氧化层指新切出的表面与大气接触造成的氧化薄膜,厚度在几纳米到几十纳米之间,和留置在空气中的时间有关,这也是切割后的Si片如果不能马上进入下一工序,要尽快浸泡到纯水中的原因。Si片表面的最外层即为吸附层,是氧化层与环境气氛的界面,吸附一些污染杂质。这些沾污可以分为分子、离子、原子或者分为有机杂质、金
5、属和粒子。如图所示。5.碱性清洗的机理碱性清洗液的主要成分是苛性碱、磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐、鳌合剂和表面活性剂，苛性碱具有强碱性,能够中和Si片表面的酸性沾污物,另外强碱的皂化作用可以将油脂分解成可溶的物质随清洗液冲走。磷酸盐和硅酸盐都能提供一定的清洁效果。碳酸盐具有弱碱性,pH值在9-9.5,碳酸盐的主要作用是作为缓冲剂,使清洗液的pH值保持在一定范围内。鳌合剂一方面通过化学反应减少溶液中的自由金属离子,另一方面通过竞争吸附提前吸附在Si片表面从而减少金属在Si片表面的附着。碱性清洗液的清洗效果与pH值也有着密切关系,随着清洗液的重复使用,pH必然下降,但是碳酸盐的缓冲作用使这一过程的速度明
6、显降低,另外-OH与Si的两步反应使得溶液中-OH浓度在反应达到平衡后基本保持不变,延长了清洗液的使用时间,生产中药槽的更换频次一般控制在每洗2000-4000片换一次清洗液。药槽中添加的表面活性剂的分子是由亲水基团和亲油基团构成的,即可溶解在极性溶液中,又可以溶解在非极性溶液中。表面活性剂的性质主要由亲水基团决定,一类是溶解于水后能解离的离子型表面活性剂,另一类是在水中不能解离的非离子型表面活性剂。在半导体清洗中为避免离子沾污通常使用非离子型表面活性剂。在切片过程中,切屑、油污、金属原子等易粘附在Si片表面,清洗液中的表面活性剂一方面能吸附各种粒子、有机分子,并在Si表面形成一层吸附膜,阻止
7、粒子和有机分子污粘附在Si表面上,另一方面可渗入到粒子和油污粘附的界面上,把粒子和油污从界面分离随清洗液带走,起到清洗作用使Si片表面洁净。一般来说在碱性清洗液中加人表面活性剂主要有以下2个作用：1）降低表面张力表面活性剂在溶液中的排列情况与浓度有关,只有当浓度达一定值时,才能在溶液表面聚集足够的数量形成单分子膜,从而降低表面张力,增强清洗液的润湿和渗透作用。2）提高超声效率其机理是借助于表面活性
