硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备的制作方法

专利名称：：硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥方法及一体化处理机。技术背景太阳能光伏电池是新技术和可再生环保型能源的重要组成部分，是当今世界最有发展前景的能源技术。硅太阳能电池是光伏电池的核心部分，高效的硅太阳能电池需要通过一系列的技术来完成硅表面处理。目前在硅太阳能电池的表面处理上，主要沿用传统的RCA方法对硅片进行清洗，该工艺完成对硅片的清洗需要耗费大量的化学试剂和水源，其中大部分化学试剂对操作者和环境都会带来相当大污染和危险。目前的清洗是一个十分复杂的过程，清洁工艺采用搅拌、N2鼓泡的方法，高耗能，高污染，加工纹理容易出现粗糙度不一致现象。蚀刻清洗需消耗大量强酸强碱，用水量很大，工艺复杂，设备造价相当昂贵。
发明内容本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备。本发明的目的通过以下技术方案来实现硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，具体的步骤为①兆声波槽式清洗利用兆声在去离子水中产生03，并在去离子水中添加HF，HF浓度为25X，在常温下进行清洗；②将硅片放入去离子水中进行超声清洗，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50600W可调；③通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。进一步地，上述的硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，步骤①兆声波槽式清洗，其中O3的溶解度在10ppm以上，清洗温度控制在23。C。更进一步地，硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺的设备，特点是包括兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台，兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台三者呈并排布置，其中，兆声清洗槽配置有兆声波发生装置，去离子水清洗槽配置有超声装置，兆声清洗槽上方和去离子水清洗槽上方分别安装有清洗篮升降装置，两升降装置与横移装置驱动连接，另外，在去离子水清洗槽上方还安装有N2气氛装置。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在本发明不仅包含水、HF、异丙醇(IPA)、03、N2参与蚀刻清洗外，还包含兆声波产生03并辅助清洗的过程。兆声波槽式清洗去损伤层、腐蚀磷硅玻璃，所用化学试剂为HF、IPA、03、去离子水。由于整个过程中都采用槽式清洗，在生产上可以最大效益的节省成本，在清洗过程中采用兆声波，使清洗的均匀性得到很好保障，在清洗中使用氧化性极强的03，可很好的去除各类有机物污染，HF对各类金属离子和Si02有很好的清洗效果；干燥采用在N2气充入饱和的IPA进行脱水。整个清洗、干燥过程只采用极少量的化学试剂，大大减少了环境污染，节约了水资源，且工艺十分简单，显著降低生产成本，经济效益非常可观。该工艺可用于制绒前对硅片损伤层的清洗，也可用在注入后对硅片的清洗。下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图l:本发明清洗刻蚀、干燥设备的结构示意图。图中各附图标记的含义见下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具体实施方式硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，利用兆声能量产生03，作为蚀刻液对硅片进行清洗，并加入HF去除金属离子和Si02层，具体的步骤为①兆声波槽式清洗去损伤层利用兆声在去离子水中产生03，03的溶解度在10ppm以上，并在去离子水中添加HF，HF浓度为25X，在常温下进行清洗，理想温度控制在23'C;兆声波一方面起到产生臭氧的作用，另一方面起到均匀清洗的作用；②将硅片放入去离子水中进行超声清洗，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50600W可调；能够去除F离子的影响，达到均匀清洗效果，使清洗更加彻底；③通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片；IPA起到脱水作用，N2氛围下防止硅片表面被氧化。采用兆声波产生臭氧，利用气穴现象和声流高能量将水中02转为03，03的特性为不稳定气体，具有强烈的蚀刻性和氧化性。在常温常压下，臭氧在水中的饱和水溶解度约为15xK)a—6。臭氧的氧化还原势H2S04、HCL、H202都要高，因此用臭氧超净水去除有机物及金属的效率比传统的SPM、HPM等方法要高。另外，该清洗方法可在室温下进行，比传统的RCA清洗法有较大优势。在溶液里面还含有一定比例的HF，硅片表面经过了03的蚀刻氧化后，在表面形成一层自然氧化膜(Si02)，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被HF蚀刻，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。同时在整个清洗过程都伴有兆声震动，表面清洁均匀度提高。在整个清洗制绒过程中，所用的化学试剂比较少，温度为室温。槽内的清洗对杂质离子的去除率可达90%以上，与传统的CR法媲美。第二步清洗是去除F离子的影响，采用常温下将硅片放入去离子水中清洗，利用超声波加大清洗均匀性。在经过一定时间的反应后，硅片被慢慢抬出液面立即进行干燥处理，采用IPA进行气相干燥法，为避免在空气中氧化，将IPA充入到N2气里面，在N2氛围下干燥。对酸碱用量非常的少，对水的耗量也相当小。如图1所示，硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥的设备，主要包括兆声清洗槽l、去离子水清洗槽4及装片台10，兆声清洗槽l、去离子水清洗槽4及装片台IO三者呈并排布置，其中，兆声清洗槽1配置有兆声波发生装置2，去离子水清洗槽4配置有超声装置5，兆声清洗槽1的上方安装有清洗篮升降装置6，去离子水清洗槽4的上方安装有清洗篮升降装置9，两升降装置与横移装置7驱动连接，另外，在去离子水清洗槽4的上方还安装有N2气氛装置8。放置硅片的清洗篮3，由传送机构分别按顺序送入到兆声波清洗槽、去离子水超声清洗槽，最后进入N2(IPA)氛围下的干燥装载系统。具体应用时将承载有硅片的清洗篮3由清洗篮升降装置6送入到兆声清洗槽1中，利用兆声波发生装置2在槽内产生03，加入一定比例的HF，并在常温下对硅片进行清洗。完成清洗后由清洗篮升降装置6及横移装置7将清洗篮3移到去离子水清洗槽4内，利用超声装置5完成清洗。最后将清洗篮3提出液面，打开N2(IPA)气氛装置8，在N2氛围下完成装片工作，由清洗篮升降装置9转移清洗篮3，将清洗完成的硅片和硅片盒放入装片台10。本发明工艺可在制绒前对硅片的损伤层进行清洗，也可以用在注入后对硅片的清洗。采用一体机完成对太阳能硅片的清洗、干燥工艺，不仅包含水、HF、异丙醇(IPA)、03、N2参与蚀刻清洗外，还包含了兆声波产生03并辅助清洗的过程。兆声波槽式清洗去损伤层、腐蚀磷硅玻璃，所用化学试剂为HF、IPA、03、去离子水。由于整个过程中都采用槽式清洗，在生产上可以最大效益的节省成本，在清洗过程中采用了兆声波，使清洗的均匀性得到很好保障，在清洗中使用氧化性极强的03，可以很好的去除各类有机物污染，其中HF对各类金属离子和Si02有很好的清洗效果。干燥采用在N2气充入饱和的IPA进行脱水。整个清洗、干燥过程采用极少量的化学试剂，减少了环境污染，大量节约水资源，且工艺非常简单，大大节约生产成本。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。权利要求1.硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，其特征在于具体包括以下步骤——①兆声波槽式清洗利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加HF，HF浓度为2～5％，在常温下进行清洗；②将硅片放入去离子水中进行超声清洗，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调；③通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺，其特征在于步骤①兆声波槽式清洗，其中03的溶解度在10ppm以上，清洗温度控制在23°C。3.硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥的设备，其特征在于包括兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台，兆声清洗槽、去离子水清洗槽及装片台三者呈并排布置，其中，兆声清洗槽配置有兆声波发生装置，去离子水清洗槽配置有超声装置，兆声清洗槽上方和去离子水清洗槽上方分别安装有清洗篮升降装置，两升降装置与横移装置驱动连接，另外，在去离子水清洗槽上方还安装有N2气氛装置。全文摘要本发明提供硅太阳能电池清洗刻蚀、干燥工艺及其设备，其工艺先兆声波槽式清洗利用兆声在去离子水中产生O₃，并在去离子水中添加HF，在常温下进行清洗；再将硅片放入去离子水中进行超声清洗；通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有N₂的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N₂直接接触，采用含有饱和IPA的N₂进行干燥处理，然后装片。放置硅片的清洗篮，由传送机构分别按顺序送入到兆声波清洗槽、去离子水超声清洗槽，最后进入N₂(IPA)氛围下的干燥装载系统。整个清洗、干燥过程只采用极少量的化学试剂，大大减少了环境污染，节约了水资源，工艺十分简单。文档编号B08B3/12GK101276856SQ20081002544公开日2008年10月1日申请日期2008年4月30日优先权日2008年4月30日发明者张宝顺,曾春红,王敏锐申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所