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各种硅片清洗方法及其最新发展方向介绍

2021-09-14 16:02
当前,我国光伏产业发展迅速,我国的太阳能电池年生产量在全球排名第一。太阳能硅片的清洁程度对太阳能电池的继续发展有着很大的影响,所以人们对太阳能硅片清洗的方法提出了更苛刻的要求。太阳能硅片在经过切片、倒角、研磨、抛光等加工过程中,表面会受到不同程度的污染,比如颗粒、金属离子以及有机物。如果没有处理好这些污染的话,器件性能会受到很大程度的影响。目前,制造总损失的一半是因为硅片清洗不当引起的器件失效。因此,人们对太阳能硅片清洗技术的研究在不断的深入。本文将对硅片表面污染类型进行简单的介绍,在此基础上阐述几种常用的太阳能硅片清洗方法及其最新发展方向。
 

1硅片加工表面污染类型


硅片污染发生的概率比较大,因为在硅片加工过程中,不可能做到无污染的程度。污染途径可能来源于大气、水、使用的化学试剂、人以及加工过程中。污染物可以分为以下几种类型:颗粒、有机物和金属。1)颗粒:颗粒的类型主要是一些聚合物、光致抗蚀剂等;2)有机物:它可以有很多种存在方式,如润滑油、松香、蜡等。如果这些物质没有得到有效清洗的话,后面的加工过程会受到很大影响;3)金属:它在硅片上主要以共价键、范德华引力和电子转移等三种形式存在。金属的存在会破坏掉氧化层,导致雾状缺陷或微结构缺陷。

2太阳能硅片清洗常用的几种方法


2.1RCA清洗法
RCA清洗法是一种典型湿式化学清洗,虽然发明的时间比较早,当时的科技没有现在发达,但它在各种清洗方法中仍占重要地位。RCA清洗在清除有机表面膜、粒子和金属等污染物时十分有效,这也是为什么它能够得到广泛的应用。但该清洗方法也存在很多缺点:比如清洗过程中要用到大量的不同的化学试剂,对环境污染比较严重;又因为清洗过程主要是在高温环境下,这就需要用到很多的液体化学品和水;同时为了抑制化学试剂的蒸发,需要用到大量的空气;化学试剂的使用会加大硅片的粗糙度。所以,耗用化学品大、排放量大和污染环境已经制约了RCA清洗法的继续应用,需要改进或者采用其它清洗方法。

2.2超声波清洗
超声波空化效应、辐射压和声流是超声波清洗的主要原理。清洗过程中,先把硅片放在槽内的液体中,然后利用槽底的超声振子工作,把能量传递给液体,并以声波波前的形式通过液体。当振动比较强的时候,液体会被撕开,从而产生很多气泡,叫做空穴泡。这些泡就是超声波清洗的关键所在,它们储存着清洗的能量,一旦这些泡碰到硅片表面,便会发生爆破,释放出来的巨大能量就可以清洗硅片的表面。在清洗液中加入合适的表面活性剂,可以增加超声波清洗效果。超声波清洗有很多优点:清洗的速度快;清洗的效果比较好;能够清洗各种复杂形状的硅片表面;易于实现遥控和自动化。它的缺陷有以下几个方面:清洗过程中要使用易挥发的有机溶剂,需要增加回收设备,增加了清洗的成本;超声波对颗粒大小不同的污染物的清洗效果不一样,颗粒尺寸越大,清洗效果越好,但是颗粒尺寸变小时,清洗效果不佳;清洗过程中用到的表面活性剂属于有机物,当无机物被除去后,化学试剂本身的粒子被留下而产生污染;在空穴泡爆破的时候,巨大的能量会对硅片会造成在所难免的损伤。

2.3气相干洗法
气相干洗时,先让片子低速旋转,再加大速度使片子干燥,这时,HF蒸汽可以很好的去除氧化膜玷污及金属污染物。该方法对那些结构较深的部分,比如沟槽,能够进行有效的清洗。对硅片表面的粒子的清洗效果也比较好,并且不会产生二次污染。虽然HF蒸汽可除去自然氧化物,但不能有效除去金属沽污。

2.4碱性清洗剂和双氧水
该方法中,第一步,用酒精清洗太阳能硅片;第二步,依次用碱性清洗剂溶液和水对硅片进行清洗;第三步,依次用双氧水和水对硅片进行清洗,最后可以获得较干净的太阳能硅片。在该方法中,碱性清洗剂溶液的作用是反应并溶解掉硅片表面的金属粉末,然后用水清洗可以去除金属粉末。双氧水溶液的作用是氧化并溶解太阳能硅片表面的有机溶剂,然后用水清洗可以去除有机溶剂,从而得到比较干净的太阳能硅片。该方法可以有效减少太阳能硅片表面残留的金属粉末和有机溶剂,将硅片清洗干净。

3太阳能硅片清洗最新发展


随着科技的发展,太阳能硅片清洗的最新发展方向便是激光清洗法,该方法得到了行业人士的青睐。它的原理主要是瞬时热膨胀机理。该清洗技的优点主要表现在以下几个方面:(1)激光清洗不是近距离直接进行的,它对那些以前难以清洗到的地方也能进行有效清洗;(2)不用化学溶液,所以对环境的污染比较小;(3)激光清洗不但可以选择清洗材料表面不同的污染物,而且清洗过程中材料不会受到伤害;(4)激光清洗的范围比较广,对不同类型的污染物都有用,而且清洁程度也挺高;(5)激光清洗不仅能够清洗大颗粒污染物,而且对微米级尺寸的污染微粒也能进行有效清洗;(6)激光清洗所用的设备运行效率高,运行成本相对低,可以实现自动化操作。
 
当今太阳能硅片清洗的方法多种多样,但每种方法都有各自的优缺点,企业可以结合实际需要进行选择。太阳能硅片清洗的发展应向资源节约、清洗效率高和绿色环保等方向前进,比如现在流行的激光清洗法。这对环境保护和国民经济可持续发展有着极其重要的作用和意义。