[发明专利]一种单晶硅清洗液及预清洗工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶硅清洗液及预清洗工艺，用于制作单晶硅太阳电池，属于太阳能电池生产工艺技术领域。

背景技术

目前常规单晶硅太阳电池生产的工艺流程为，表面预清洗、制绒去除损伤层并形成减反射的绒面结构、化学清洗并干燥；通过液态源扩散的方法在硅片表面各点形成均匀掺杂的PN结；去除扩散过程中形成的周边PN结和表面磷硅玻璃；表面沉积钝化和减反射膜；制作太阳电池的背面电极、背面电场和正面电极；烧结形成欧姆接触，从而完成整个电池片的制作过程。

以上表面预清洗这一步骤，是为了去除单晶硅在切片、清洗等制作过程中表面产生的损伤层以及微粒、金属杂质和有机污染等。其中损伤层和金属杂质可在制绒和后序酸洗过程中得到有效去除，而有机污染和微粒在制绒反应槽内很难去除，而且会阻碍硅表面的晶向腐蚀，以致绒面结构成型很差，制绒后硅片表面有明显的色差及反射率偏高等不良现象。

通常有以下几种湿法清洗技术可实现单晶硅制绒前的预清洗目的：

1、    粗抛清洗程序，即使用较高浓度的氢氧化钠强碱溶液和硅片发生强烈的化学反应而腐蚀硅片表面，去除表面的损伤层，从而也一定程度的去除表面的污染物。但此方法效果有限，且有两个问题，其一是粗抛后硅片表面的碱残留很多，且干燥很快而不易去除，其二是减薄量很大，控制和稳定性差，对后续生产会有很大影响。

2、    RCA清洗程序，标准的清洗工艺有SC～1和SC～2两种清洗液，SC～1即APM（Ammonium～peroxide mix）清洗液，配比为NH₄OH：H₂O₂：H₂O=1:1:5～1:2:7，以氧化和微刻蚀来去除表面颗粒，并可以去除轻微有机物和部分金属污染物。SC～2即HPM清洗液，配比为HCL：H₂O₂：H₂O=1:1:6～1:2:8，主要去除金属离子。

3、    SPM清洗液，用硫酸溶液和双氧水溶液按比例配成SPM溶液，清洗方法通常在120～150摄氏度清洗10分钟以上，SPM溶液具有很强的氧化能力，可去除重有机玷污和部分金属。但由于浓硫酸工艺温度很高，时间较长，经SPM清洗后，硅片表面会残留有硫化物，这些硫化物很难用去离子水去除干净，并且工艺过程中会产生硫酸雾和废硫酸，作为单晶制绒选用不看好其可操作性和经济性。

4、    SOM清洗液，即使用硫酸加臭氧，用臭氧代替双氧水作为氧化剂，但臭氧的含氧量需严格控制，以免对人体的呼吸器官造成影响，而且臭氧纯化不好，容易引入金属杂质。

5、    DHF清洗，即用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的氧化物，而附着在氧化物上的金属也被溶解到清洗液中，但对铜杂质的去除效果很差，且容易造成微粒吸附污染。

6、    FPM清洗液，改良的DHF清洗，即采用一定浓度的氢氟酸溶液和双氧水混合，可以很显著的降低微粒和金属杂质的吸附污染，但也仅限于能更好的去除金属杂质和减少微粒的引入。

综合比较上述几种清洗方法，单晶制绒预清洗去除硅片表面的微粒和有机物最简单和经济有效的方法，目前大都采用粗抛和APM清洗工艺，另外也常借助物理超声清洗的方法。但是单纯的超声清洗、粗抛和传统的APM等清洗工艺都有较多的不足。超声只能去除≥0.4um的微粒，粗抛的缺点在上面已有述及，而APM清洗液对后序制绒由于有机物和微粒玷污导致色差的控制虽然比较有效，但是使用APM清洗液对设备、环境和工艺控制的要求较高，氨水挥发性比较强，工艺稳定性控制难度较大，刺激性气味很大，对于排风和排水要求很高，否则对车间环境和员工身体不利。

因此，本发明提出了一种使用NaOH和H₂O₂的混合溶液的新式清洗技术，原理与APM清洗液相似，H₂O₂起氧化作用，NaOH起腐蚀作用，但NaOH碱性比氨水强，腐蚀作用要强烈，因此去除硅片表面污染物更有效，而且由于NaOH本身稳定性更好，不会分解和挥发，成本更低，操控更简单，相对于APM清洗液来说更适合生产使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种单晶硅清洗液及预清洗工艺，其不仅可以达到较好的清洗效果，而且具有较好的稳定性、不易挥发，降低生产成本。