电池片_组件工艺流程.ppt

4.4.5 CZ 晶棒中金属不纯物的来源与控制 金属不纯物在硅中是属于深能阶缺陷，它会降低少数载子的生命周期，进而降低太阳电池的转换效率。一般硅晶片表面的金属不纯物主要来自晶圆加工过程，而由晶体生长所引起的金属不纯物则常被忽略。CZ硅晶棒中的金属不纯物之可能来源估计有:(1)多晶硅原料；（2）掺杂物；（3）石英坩埚；（4）石墨元件；（5）Ar气体；（6）长晶炉。金属不纯物来自多晶硅原料及掺杂物的数量，取决于其纯度及使用量。其他的四个来源则随晶棒生长过程而变。至于参入晶棒的机构，大部分经由硅熔液，只有微量的金属不纯物会自晶棒表面靠扩散进入。 4.5 晶圆的加工 在整个太阳电池等级的硅单晶片制造过程中，多晶硅原材料大概占了制造成本的40%左右，CZ拉晶占了30%，而晶圆的加工成型也占了约30%左右。而整个加工成型中最重要的地方为切片，如何切出更薄的晶片及减少切损是节省成本的关键之一。 4.5.1 修边 由于CZ单晶棒为圆柱形，所以早期用在太阳电池的硅晶片也是圆形的。使用这种圆形硅晶片，在铺设模组时面积上无法达到最大利用和吸收，如图所示，所以现在的应用，大多要将CZ单晶棒修边成近似四方柱形。 （a）圆形的硅单晶片浪费很多面积 （b）使用方形的硅晶片更有效吸收太阳能源 下图为修边制程最后得到四方柱形晶棒的示意图。一般被修边下来的边缘部分，可以被回收使用当成拉晶时的硅原料 (a)圆柱形CZ单晶棒修边为近似四方柱形 (b)修边完后的四方柱形CZ单晶棒 4.5.2 切片 最早的切片方式是使用内径切割机，如图所示。这样的内径切割机的刀片内缘镶有做为切削用途的钻石颗粒，由它的切削作用，可将硅晶棒一片一片的切成晶片。然而内径切割机的最大缺点为切损太大（因刀片的厚度的关系），及比较耗时，而且在切薄片的时候容易造成晶片的破损。所以已被线切割机这种更先进的方法取代了。 使用内径刀片切割机进行切片示意图 下图为线切割机原理示意图，线切割机所使用的钢线缠绕在4个主轮上，在主轮上具有500~700个平行的沟槽，钢线即由主轮的一侧绕到另一侧，这种安排就像是织布机上的网状织线一样。在线切割机里头的钢线，如果把它伸展开来，可以长达数百里。在进行窃据过程中，必须施予钢线适当的张力并使钢线快速的来回拉动，钢线移动的速度约每分钟600~800公尺左右。钢线本身并没有切削能力，它的作用仅在带动有切削能力的浆料，使之对晶棒进行切片动作。 一般的浆料是由油及碳化硅（SiC）混合而成，这种浆料不仅是中研磨剂，而且可以用来带走切削过程所产生的热。目前也有公司使用水基系列或水溶性的浆料，例如聚乙二醇（PEG）.浆料中的碳化硅颗粒的大小约在5~30μm之间，它的价格占了整个切片成本的25~30%左右。使用油基浆料的最大缺点为，晶片容易彼此黏在一起而不易分开，当晶片的厚度越来越薄时，这点会变得更加严重。 一般用在太阳电池的晶片大约在200~280μm之间，这厚度远低于IC级硅晶片，所以切片制程在太阳电池产业反而更具挑战性。切损的程度与所使得的钢线直径及碳化硅颗粒大小有关。目前常用的钢线直径为180μm，碳化硅颗粒的大小约在5~30μm，这使得切损程度约在200~250μm左右。所以使用直径更小的钢线，可以减低切损及增加切片产出率。 使用线切割机进行切片 4.5.3 蚀刻清洗 将晶棒切断所得到的硅晶片的表面，会有一层因机械应力所造成的结构损伤层，这损伤层会影响太阳电池的效率。所以必须将这层损伤层去掉，在作法上必须使用化学蚀刻的方式，去除约10~20μm厚的表面层。蚀刻液的选择，通常是使用HF及HNO3所调配出来的混酸，有时可加入醋酸（CH3COCH）或磷酸（H3PO4）当缓冲剂。 蚀刻的反应机制，包含两个步骤。首先是利用硝酸HNO3来氧化晶片表面，接下来硅晶片表面所形成的氧化物，即可被氢氟酸（HF）溶解而去除。 步骤Ⅰ：Si+2HNO3=SiO2+2NO2 2NO2=NO+NO@+H2O 步骤Ⅱ：SiO2+6HF=H2SiF6+H2O 如图所示，蚀刻所使用的设备，一般称之为酸槽，它通常包括一个用来进行蚀刻反应的蚀刻槽及一个冲洗用的去离子水槽。 蚀刻清洗所使用的设备 Chapter 5 结晶硅太阳电池晶片制造技术 5.1 前言 目前的商业化太阳电池中，结晶硅就占了9成以上。虽然随着其他不同材料纸太阳电池之推广，结晶硅太阳电池的使用比例会略减，但它在未来仍会是太阳电池的主流。这个原因之一，是因为过去几十年的半导体工业之需求已使得结晶硅技术成熟化，间接地