湿法刻蚀在晶体硅太阳能电池生产中应用

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1、湿法刻蚀在晶体硅太阳能电池生产中应用　　摘要：湿法刻蚀可以用来代替太阳能电池生产中通常使用的等离子刻蚀，将扩散后正面和背面的p-n结分开。在太阳能电池的生产工艺中，湿法刻蚀的背腐蚀效果的优劣决定了太阳能电池的腐蚀效果和清洗效果，且会对制程的管控造成严重的影响。本文主要总结了HF-HNO3体系的背腐蚀原理，并对氢氟酸，硝酸等化学品的配比，流量，温度等对太阳能电池片的影响做了分析。关键词：背腐蚀；流量；温度；太阳能电池中图分类号：TK511文献标识码：A文章编号：引言硅材料中含有大量的杂质和缺陷，导致硅中少数载流子寿命及扩散长度降低。为提高硅太阳电池的效率，首先

2、必须对硅材料中具有电活性的杂质和缺陷进行钝化和清洗。近年来，湿法刻蚀的钝化作用和清洗引起人们广泛的关注，它具有低温、高效率、成本低等优点，并能一次性完成钝化和清洗去除杂质。一系列的文章都报导了采用湿法刻蚀能够去除硅表面的杂质和金属离子，最终提高电池的效率。8硅刻蚀技术在光电子器件[1]、压电电阻[2]、量热光检测[3]、基因芯片[4]等多种领域均有广泛应用。化学刻蚀因其方法简单、操作容易、适合于大面积硅片蚀刻和大规模生产的特点倍受关注。湿法刻蚀是刻蚀的一种方法，其他的有干刻蚀，等离子刻蚀等。湿法刻蚀是利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶片部分分解，然后转

3、成可溶的化合物达到去除的目的。这种刻蚀技术主要是借助腐蚀液和晶片材料的化学反应，因此我们可以借助化学试剂的选取、配比以及温度的控制等来达到合适的刻蚀速率和良好的刻蚀选择比。本文主要总结了HF-HNO3体系的背腐蚀原理，并对氢氟酸，硝酸等化学品的配比，流量，温度等对太阳能电池片的影响做了分析。湿法刻蚀定义及工艺1.1湿法刻蚀的定义湿法刻蚀：一般将硅片放入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里通过化学反应来进行的腐蚀。一般湿法刻蚀是各向同性的。硅的各向同性腐蚀是指腐蚀速率与晶向(晶面)基本无关，在各个方向上硅的腐蚀速度相等。硅在腐蚀液中的腐蚀受到多种因素的影响，

4、例如温度及配比等对腐蚀速率和形貌都有大影响。一般腐蚀速率随温度升高而增大，并呈指数关系，而且不同配比的腐蚀剂其腐蚀速率随温度变化的快慢也有差异。另外，不同配比的腐蚀液，腐蚀速率也不同。硅的各向异性腐蚀，是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。81.2湿法刻蚀的原理湿法刻蚀其实是腐蚀的一种，是对硅片边缘的腐蚀，但不影响太阳电池的工艺结构，是把去除磷硅玻璃工艺和等离子刻蚀工艺两种工艺揉和在一起，但效果却优胜的一种工艺。HF/HNO3体系，利用其各向同性腐蚀特性，使用RENAin-line式结构的设备，利用表面张力和毛细作用力的作用去除边缘和背面的PN结，防止上下短

5、路；同时去掉扩散前的磷硅玻璃（PSG）。大致的腐蚀机制是HNO3把Si氧化成SiO2，HF再去除SiO2。化学反应方程式：3Si+4HNO3→3SiO2+4N0+2H2OSiO2+4HF→SiF4+2H2OSiF4+2HF→H2SiF61.3湿法刻蚀的基本过程湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术，它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。它主要有以下过程：去除PSG（去除边缘PN结）→酸洗（去除磷硅玻璃）→水洗→碱洗（中和前面的酸）→水洗→酸洗（去除硅片的金属离子）→水洗→吹干。1.4主要的化

6、学反应酸洗8SiO2+6HF→H2+SiF6+2H2O用氢氟酸把上道工序产生SiO2去除，生成可溶性物质和气体，从而达到去除磷硅玻璃的目的。中和反应NaOH+HNO3=NaNO3+H2OHF+NaOH=NaF+H2氧化还原反应HF和硅片上的金属杂质反应使硅片更纯，光电转换效率更高。刻蚀的重要参数2.1刻蚀速率刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用A/min表示，刻蚀窗口的深度称为台阶高度。刻蚀速率由工艺和设备变量决定，如被刻蚀材料类型、刻蚀机的结构配置、使用的刻蚀气体和工艺参数设置。刻蚀速率用下式来计算：刻蚀速率=△T/t(A/min)其中，

7、T:去掉的材料厚度（A或μm）t:刻蚀使用的时间（分）刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度，硅片表面几何形状等因素都能影响硅片与硅片之间的刻蚀速率。下表为主要晶面的相对刻蚀速率表1。82.2均匀性刻蚀均匀性时一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批于批之间刻蚀能力的参数。保持硅片的均匀性时保证制造性能一致的关键。难点在于刻蚀工艺必须在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保证均匀性。影响刻蚀质量的因素影响湿法刻蚀质量的因素：刻蚀槽各药液浓度、流量、温度、时间、带速、外围抽风、液面高度等。3.1腐蚀液药液配比HF-HNO3刻蚀体系大概是硅各向同性刻蚀剂中应用最广泛的了。

8、硅在由浓HF和浓HNO3按不同比例混合的混合液中的刻