多晶硅电池背表面刻蚀提升性能产线工艺研究
摘要：对比研究了产线上多晶硅太阳电池背表面刻蚀对其光电转换性能的影响。示范性实验结果表明：多晶硅太阳电池背表面刻蚀能够改善其短路电流，从而相应的光电转换效率提升了约0．1％。依据多晶硅太阳电池背表面刻蚀前后的扫描电镜（SEM）形貌、背表面漫反射光谱及完整电池片外量子效率的测试结果，改进的光电转换的原因可能源于背表面刻蚀“镜面”化有利于太阳光子在背表面内反射和改进印刷Al浆与背表面覆盖接触。背表面刻蚀与当前晶硅电池产线工艺兼容，能够提升电池片的光电转换效率，是一种可供选择的产线升级工艺。1
引言
如何提升产线晶硅太阳电池的光电转换效率是当前光伏产业中的一个重要研发课题。基于晶硅太阳电池的整个光电过程，可针对增加电池片对300～1100nm太阳光子的捕获和吸收、降低电池片前后表面复合及减少电池片串并联电阻的电学损失3方面考虑，进行器件结构设计和制备工艺研发，有效地改进电池片光电转换效率。其中，增加电池片对300～1100nm太阳光子的捕获和吸收，需要合理设计电池
片前表面光电结构。
当前工业生产主流晶硅太阳电池产品前表面印有图形
化栅线电极，它将遮挡太阳光子入射到电池片内部，造成反射损失。降低栅线宽度及提高栅线高度的二次印刷技术［1］、减小主栅宽度的多主栅技术［2］均能够有效地降低遮挡面积，减少其光遮挡。另外，未被遮挡的晶体硅在300～1100nm 光谱范围内折射率大，也将造成严重的光反射损失。通过表面织构［3～5］，可有效地降低晶硅表面光反射损失，特别是硅纳米结构［6～9］能够使获得超低光反射率。进一步在微纳织构上及在其表面制作减反射膜［10，11］，引入多次光反射和干涉效应，可进一步降低晶硅表面光反射损失。
另一方面，晶体硅的吸收系数［12，13］在300～1100nm 光谱范围有很大变化，短波太阳光子（300～450nm）和长波太阳光子（850～1100nm）的吸收系数相差数2～3量级，导致各种波长太阳光具有不同的吸收深度。结合晶体硅的吸收系数及工业生产主流晶硅太阳电池产品180μm的厚度，理论计算结果表明，长波太阳光子吸收不完全而入射到晶硅电池背表面，随后被背Al电极吸收损失或内反射回晶硅中再吸收利用。碱或酸制绒工艺中晶硅太阳电池的背表面也被织构化，导致入射到晶硅太阳电池背表面的长波太阳光子在晶硅／Al电极界面多次反射，多次撞击背Al电极而增加背Al 电极对长波光子的吸收，造成光损失。若将晶硅太阳电池背
表面“镜面”化，力争长波太阳光子在晶硅／Al电极界面单次反射，可减少Al背电极的吸收损失，提升晶硅太阳电池背表面的内反射率，从而增加晶硅太阳电池对长波太阳光子的吸收利用。进一步探究把“镜面”化工艺集成至晶硅太阳电池产线，有利于有效提升产线电池片产品的光电转换效率。
本文以多晶硅太阳电池为研究对象，在多晶硅太阳电池产线上引入混酸各向同性腐蚀多晶硅太阳电池背表面工艺，将电池片背表面“镜面”化，证实了混酸湿法刻蚀多晶硅太阳电池背表面能够提升电池片的光电转换效率。结合多晶硅太阳电池背表面刻蚀前后的扫描电镜（SEM）形貌、背表面反射光谱及外量子效率的测试结果，分析和理解了电池片的光电转换效率提升的相关原因。2
实验
以156mm×156mm多晶硅为衬底，在晶硅太阳电池产线制备两组太阳能电池片，对比研究其光电转换性能，探究混酸湿法刻蚀多晶硅太阳电池背表面前后对电池片光电转
换的影响及原因。其中一组电池片工艺流程主要包括混酸制绒、扩散制结、干法刻边、PECVD制减反、钝化膜、印刷及烧结前后电极，称之为干法去边电池片。另一组电池片将干法刻边工艺替换成混酸（HF、浓HNO3）各向同性腐蚀
［14～17］多晶硅太阳电池背表面工艺，将电池片背表面“镜面”化，同时完成去边，绝缘电池片前后表面，称之为湿法背刻去边电池片。两组对照试验中除了刻边工艺不同外，后者增加了混酸各向同性腐蚀电池片背表面。混酸各向同性腐蚀时混酸工艺中，腐蚀液体积比为浓HNO3（浓度为64％）∶HF （浓度为49％）∶去离子水＝56∶13∶29。在腐蚀过程中，电池片背表面直接接触腐蚀液漂浮移动刻蚀反应，反应时选取移动腐蚀带速为1．9m／min，腐蚀液温度固定为12℃。
在AM1．5G模拟太阳光照下测试两组电池片电性能，光照强度为100mW／cm2，获得关键光电参数及光电转换效率，表征电池片的光电转换性能。借助SEM和D8漫反射光谱测试仪表征太阳电池片背表面腐蚀前后形貌及背表面
的漫反射光谱，并采用量子效率测试仪对比测试了传统干法刻边工艺与引入背表面刻蚀及去边工艺制备的完整多晶硅
太阳电池片的外量子效率，从而进一步理解和印证采用混酸湿法腐蚀多晶硅太阳电池背表面对其光转换的影响的原因。3
实验结果与讨论图1结果比较表明，引入背表面刻蚀及去边工艺制备的多晶硅太阳电池片，相对于传统干法刻边工艺制备的多晶硅太阳电池片，其均值短路电流Isc从8．676A 增加到了8．728A，均值开路电压Voc从0．6263V提升到
0．6269V，以及几乎一致的填充因子（FF）。依据光伏理论，由晶硅太阳电池的Isc、Voc及FF的决定式，并结合相应决定式分析和理解两组晶硅太阳电池片的3个关键光电参数的差异及可能的产生原因。
晶硅太阳电池的Isc可表示为［18］其中：q为电子电量；A为器件面积；G为光生载流子的产生速率；Ln和Lp分别为电子和空穴在电池中的扩散长度。依据公式（1），两组电池片的短路电流取决于G、Ln、Lp。二者具有相同前表面光电结构，可认为Ln一致。二者不同之处在于背表面结构，引入背表面“镜面”化工艺后将有利于减少背Al电极的吸收损失，提升晶硅太阳电池背表面的内反射率，从而增加对长波太阳光子的吸收利用。因此，相应的G提高，Lsc相对于未“镜面”化干法去边工艺制备的电池片有所提升。另外，多晶硅太阳电池片背表面“镜面”化后，印刷背Al电极及烧制背表场工艺时有利于Al浆全覆盖接触背表面，提高了背场钝化的一致性和均匀性，从而提升电池片P型基区的Ln，改进Isc。
晶硅太阳电池的VOC可表示为［19］
其中：kT／q＝0．02585V为热电势；Jsc为短路电流密度；Job为基极饱和电流密度；Joe为发射极饱和电流密度。从公式（2）中可知，Voc取决于Jsc及Job和Joe。若Voc提升直接源于Isc的提升，则传统干法刻边工艺与引
入背表面刻蚀及去边工艺制备两组多晶硅太阳电池片的Job 和Joe相同，则由公式（2）可得
根据式（3）和实验获得的Voc干刻＝0．6263V、Isc
干刻＝8．676A及Isc湿刻＝8．728A，可得引入背表面刻蚀及去边工艺制备的电池片的Voc计算值应为Voc湿刻＝0．6265V。实验中的均值Voc为0．6269V。因此，Voc
的提升除了因Isc的提升诱导的之外还可能与Job和Joe的改变有关。两种工艺制备的电池片前表面完全一样，N型Joe 可认为一致。二者不同之处在于背表面结构，采用混酸湿法腐蚀将电池片背表面“镜面”化有利于印刷Al浆料与背表面有效接触，改进了背场钝化，从而能够降低P型Job，进一步提升Voc。
考虑到并联电阻效应，晶硅太阳电池的FF可表示为［20］其中：FF0为不计并联电阻影响的填充因子；Rch为电池片最大功率点时的电阻；Rsh为电池片并联电阻。
传统干法刻边工艺与引入背表面刻蚀及去边工艺制备
多晶硅太阳电池片的相同功能为绝缘电池前后两个表面，确保较高的Rsh。两组电池片的电性能测试中获得的均值Rsh 干刻＝47．19Ω和均值Rsh湿刻＝186．65Ω。结合公式（4）可知，引入背表面刻蚀及去边工艺制备电池片的Rsh导致的FF下降将低于传统干法去边工艺制备电池片的Rsh导致的
FF下降。因此，引入背表面刻蚀及去边工艺具有很好的去
边能力，相对传统干法刻边工艺能够提升Rsh，减少因Rsh 导致FF的降低。
晶硅太阳电池的光电转换η可表示为其中：Pin＝100mW／cm2为电性能测试时入射的模拟太阳光的入射功
率密度。由于引入背表面刻蚀及去边工艺制备的多晶硅太阳电池片相对于传统干法刻边工艺制备的多晶硅太阳电池片
的均值Isc提升及相近的均值Voc及均值FF，因此相应的η能够得到提升。图2为两组电池片η分布对照，引入背表面刻蚀及去边工艺相对于传统干法刻边工艺，电池片的η从17．66％增加到了17．78％，提升了约0．1％，产线上实验证实了引入背表面刻蚀及去边工艺有利于电池片η的提升。
为印证上述采用混酸湿法腐蚀多晶硅太阳电池背表面
能够将其“镜面”化，及理解光电转换效率η提升的原因，测
试太阳电池片背表面（未印刷Al电极）刻蚀前后的SEM形貌及漫反射光谱；同时，分别测试了传统干法刻边工艺与引入背表面及去边工艺制备的完整多晶硅太阳电池片的外量
子效率。背表面刻蚀前后的SEM形貌测试结果如图3所示。图3表明，引入背表面混酸各向同性腐蚀后绒坑密度减小、绒坑面积增大及绒坑深度降低，整个表面趋于平坦，即“镜面”化。绒坑密度、面积及深度决定着太阳子在该表面上的加权
撞击次数，绒坑的密度越小、面积越大和深度越浅，相应太阳光撞击表面的次数也就越低。图4（a）为背表面刻蚀前后的漫反射光谱。由图可见，在宽光谱范围内，背表面刻蚀后相对于腐蚀前的漫反射率明显提高，证实了上述绒坑形貌决定背表面加权撞击次数。若背表面印刷背Al电极及烧制背表场后，从Si片内部入射到Si／Al界面将产生内反射，同样存在绒坑形貌决定加权撞击次数。由于背表面刻蚀“镜面”化后绒坑的密度变小、面积变大和深度变浅，从而太阳光子的加权撞击次数减少，Al背电极光吸收损失将有效地降低，使得太阳光内反射回晶硅中吸收增加。实验结果印证了上述短路电流Isc提升起源于“镜面”化工艺有利于增加光吸收，提升了光生载流子产生速率。更进一步理解，图4（b）为两组多晶硅太阳电池片的量子效率。可以看出，二者在短波区量子效率几乎一致，而长波区“镜面”化电池片的量子效率明显提高，进一步说明背表面“镜面”化有利于太阳光子的吸收和转换。可是，依据晶体硅的吸收系数，500～850nm光谱范围的太阳光子几乎在晶体硅内吸收完，背表面光损失对这一光谱范围的光电转换影响不大，这一波段光电转换的改善将另有其它物理原因。结合背表面刻蚀前后的形貌及上述短路电流Isc、开路电压Voc分析可知，背表面“镜面”化有利于Al浆全覆盖接触背表面，能够提高背场钝化的一致性和均匀性，从而提高电池中P型基区少数载流子寿命及扩散长度，
降低P型基极的饱和电流密度Job。背表面“镜面”化工艺使得500～800nm光谱范围的太阳光子改进的量子效率的实验结果印证了Isc、Voc改善的分析，因此，500～850nm这一光谱范围光电转换效率η的提升可能起源于印刷铝浆与背表面覆盖接触的改善。
为了在晶硅太阳电池产线上有效地应用电池片背表面“镜面”化工艺，探究了其的工艺窗口。改变腐蚀温度10℃至14℃，及改变腐蚀带速1．7m／min至2．1m／min，相应的多晶硅太阳电池的光电转换效率η偏差低于0．04％，均高于传统干法刻边工艺制备多晶硅太阳电池。因此，可将晶硅太阳电池产线中传统干法刻边工艺替换成混酸各向同性腐蚀多晶硅太阳电池背表面及去边工艺，进行产线升级，从而改进多晶硅太阳电池的性能。4
结论
示范性实验证实，在多晶硅太阳电池制备产线中引入湿法混酸各向同性腐蚀工艺，能将电池片背表面“镜面”化，改进电池片短路电流；同时能够有效实现去除电池片边缘的扩散层，提升电池片的并联电阻。该工艺制备的多晶硅太阳电池片相对于传统干法刻边工艺制备，湿法混酸各向同性腐蚀工艺制备多晶硅太阳电池片的光电转换效率能够提升约
0．1％。光电转换效率提升的可能原因，是源于背表面刻蚀“镜面”化有利于太阳光子在背表面内反射和改进印刷Al浆料与背表面覆盖接触。背表面刻蚀工艺与当前晶硅电池产线工艺兼容，能够提升多晶硅太阳电池片的光电转换效率，是一种可供选择的产线升级工艺。
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摘要 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。 由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得光伏产业迅猛发展；太阳电池的发展也日新月异。太阳能电池的发展历程，详细介绍了多晶硅太阳能电池的各种工艺，多晶硅太阳能电池的结构、特点，以及多晶硅的制备方法，并展望了多晶硅太阳能电池的研究趋势。 关键词：多晶硅太阳能电池发展趋势
目录 绪言 (3) 一.太阳能电池概述 (4) 1.1太阳能电池简介 (4) 1.2太阳能电池原理 (4) 1.3太阳能电池材料 (5) 二.多晶硅太阳电池的制造 (6) 三.多晶硅生产工艺分析 (7) 3.1不同硅原子种类太阳能电池商业化的比较 (7) 3.2多晶硅太阳能电池生产工艺分析 (8) 3.3多晶硅太阳能电池影响因素分析 (8) 四.多晶硅电池应用前景分析 (9) 参考文献 (10)
绪言 鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加, 世界上许多国家掀起了开发和利用新能源的热潮。在新能源中, 特别引人瞩目的是不断地倾注于地球的永久性能源——太阳能。太阳能是一种干净、清洁、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源,将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础, 世界各国都很重视。 利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。多晶硅，这种原本主要用作电子芯片领域的原材料，在中国成为各地争上的产业,虽然在2008年曾因金融危机的影响，但是作为一种新型的产业其具有极强的生命力。中国电子材料行业协会给国家发改委的一份行业报告显示，到2009年6月底，我国已有19家企业多晶硅项目投产，产能规模达到3万吨/年，另有10多家企业在建，扩建多晶硅项目，总规划产能预计到2010年将超过10万吨。而2008年我国多晶硅的总需求量才17000吨。这些产能若全能兑现，将超过全球需求量的2倍以上。
刻蚀简介.txt遇事潇洒一点，看世糊涂一点。相亲是经销，恋爱叫直销，抛绣球招亲则为围标。没有准备请不要开始，没有能力请不要承诺。爱情这东西，没得到可能是缺憾，不表白就会有遗憾，可是如果自不量力，就只能抱憾了。本文由bshxl1贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 等离子刻蚀简介 自 1970 年代以来组件制造首先开始采用等离子刻蚀技术，对于等离子化学新的了解与认知也就蕴育而生。在现今的集成电路制造过程中，必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性，而由于等离子刻蚀是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成，因此等离子刻蚀便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。等离子刻蚀主要应用于集成电路制程中线路图案的定义，通常需搭配光刻胶的使用及微影技术，其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻：应用于定义主动区；2) 多晶硅化物/多晶硅(Polycide/Poly)刻蚀：应用于定义栅极宽度/长度；3) 多晶硅(Poly)刻蚀：应用于定义多晶硅电容及负载用之多晶硅；4) 间隙壁(Spacer)刻蚀：应用于定义 LDD 宽度；5) 接触窗(Contact) 及引线孔(Via)刻蚀：应用于定义接触窗及引线孔的尺寸大小；6) 钨回刻蚀(Etch Back)：应用于钨栓塞(W-Plug)的形成；7) 涂布玻璃(SOG)回刻蚀：应用于平坦化制程；8) 金属刻蚀：应用于定义金属线宽及线长；接脚(Bonding Pad)刻蚀等。 9) 影响等离子刻蚀特性好坏的因素包括了：1) 等离子刻蚀系统的型态；2) 等离子刻蚀的参数；3) 前制程相关参数，如光刻胶、待刻蚀薄膜的沉积参数条件、待刻蚀薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。何谓等离子体?基本上等离子体是由部份解离的气体及等量的带正、负电荷粒子所组成，其中所含的气体具高度的活性，它是利用外加电场的驱动而形成，并且会产生辉光放电(Glow Discharge) 现象。刻蚀用的等离子体中，气体的解离程度很低，通常在 10-5-10-1 之间，在一般的等离子体或活性离子反应器中气体的解离程度约为 10-5-10-4，若解离程度到达 10-3-10-1 则属于高密度等离子体。等离子体形成的原理：等离子体的产生可藉由直流(DC)偏压或交流射频(RF)偏压下的电场形成，如图 1-3 所示，而在等离子体中的电子来源通常有二：一为分子或原子解离后所产生的电子，另一则为离子撞击电极所产生的二次电子(Secondary Electron)，在直流(DC)电场下产生的等离子体其电子源主要以二次电子为主，而交流射频(RF)电场下产生的等离子体其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。在等离子刻蚀中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了：需要较高的功率消耗， 1) 也就是说产生的离子密度低； 2) 须要以离子撞击电极以产生二次电子，如此将会造成电极材料的损耗；3) 所需之电极材料必须为导体。如此一来将不适用于晶圆制程中。在射频放电(RF Discharge)状况下，由于高频操作，使得大部份的电子在半个周期内没有足够的时间移动至正电极，因此这些电子将会在电极间作振荡，并与气体分子产生碰撞。而射频放电所需的振荡频率下限将视电极间的间距、压力、射频电场振幅的大小及气体分子的解离位能等因素而定，而通常振荡频率下限为 50kHz。一般的射频系统所采用的操作频率大都为13.56MHz。相较于直流放电，射频放电具有下列优点：1) 放电的情况可一直持续下去而无需二次电子的发射，当晶圆本身即为电极的一部份时，这点对半导体材料制程就显得十分重要了；由于电子来回的振荡， 2) 因此离子化的机率大为提升，蚀刻速率可因而提升；3) 可在较低的电极电压下操作，以减低电浆对组件所导致之损坏；4) 对于介电质材料同样可以运作。现今所有的等离子体系统皆为射频系统。另外值得一提的是在射频系统中一个重要的参数是供给动力的电极面积与接地电极面积之比。等效电子及离子温度：存在于等离子体中的电场分别施力于带正电荷之离子与代负电荷之电子，F=E*q ，而加速度 a=F/M，由于离子质量远大于电子，因此电子所获得的加速度与速度将远大于离子，以致电子的动能远大于离子，电子与离子间处于一非平衡状态。从气体动力论中，得知 Ekinetic = (3/2) kT，由此可知，等效电子温度远大于等效离子温度，如此可视为“热”电子处于“冷”等
收稿日期:2010-11-03. 材料、结构及工艺 CCD 多晶硅刻蚀技术研究 向鹏飞,袁安波,杨修伟,高建威 (重庆光电技术研究所,重庆400060) 摘 要: CCD 晶硅刻蚀相比于传统CM OS 工艺的多晶硅刻蚀需要多晶硅对氮化硅更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间。采用Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2,Cl 2+H e+O 2+H Br 三种工艺气体组分在Lam4420机台进行了多晶硅刻蚀实验,研究了不同气体配比、不同射频功率对刻蚀速率、选择比、条宽、侧壁形貌等参数的影响。通过优化工艺参数,比较刻蚀结果,最终获得了适合于CCD 多层多晶硅刻蚀的工艺条件。 关键词: 多晶硅;刻蚀;选择比;CCD 中图分类号:TN386.5 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2010)06-0885-03 Study on Technology of Poly Etch in C CD XIANG Pengfei,YUAN Anbo,YANG Xiuw ei,GAO Jianw ei (C hongqing Optoelectronics Research Institute,C hongqing 400060,CHN) Abstract: Relative to nor mal CM OS po ly etch process,the techno logy of poly etch in CCD need higher selectiv ity betw een poly and SiN,and mo re over etch tim e.Po ly etch on Lam 4420machine w as perform ed w ith Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2and Cl 2+H e+O 2+H Br as etching gases.The relationship betw een different etching gases,RF pow er and the four par am eters of etch rate,selectivity ,profile and CD bias w as researched.By o ptimizing the ratio of different gases and com paring the different etching results,the optimized etching process for CCD w as obtained. Key words: poly;etch;selectiv ity;CCD 0 引言 CCD 和标准的CM OS 器件一样,都是用多晶硅作为器件的栅极,多晶硅栅的刻蚀是整个CCD 制作中的关键工艺,器件成品率和器件性能都与多晶硅栅的刻蚀工艺有直接的关系。目前多晶硅刻蚀在CM OS 工艺中是很成熟的工艺技术,但CCD 的多晶硅栅刻蚀与CMOS 器件的多晶硅刻蚀相比有较大的不同。因为CCD 多晶硅栅极下的介质层是氮化硅,而且需要3~4次多晶硅栅刻蚀布线以形成交叠,相比于CM OS 工艺中的多晶硅刻蚀需要更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间,才能满足CCD 多晶硅栅极刻蚀的要求。本文针对CCD 多晶硅刻蚀在刻蚀选择比、刻蚀形貌、条宽控制等几个方面进行 了研究,找到了满足CCD 多层多晶硅栅布线的多晶硅刻蚀条件。 1 多晶硅刻蚀原理 反应离子刻蚀多晶硅的反应气体是Cl 2,H Br 等气体,反应离子刻蚀主要有化学刻蚀和物理刻蚀两方面的作用。 (1)化学刻蚀(反应刻蚀)。反应气体(Cl 2,H Br)在高频电场中被电离,产生离子、电子、激发原子、游离原子(亦称游离基)等,具有很强的化学活性,可以与处于等离子体中的物质发生如下化学反应[1]:Si+4Cl SiCl 4 ,Si+4Br SiBr 4 。 (2)物理刻蚀(溅射刻蚀)。由于反应离子在电场中获得能量,并且定向移动到硅片表面,形成对硅片物理轰击作用,使原子或分子得到足够的动能离 885 半导体光电 2010年12月第31卷第6期向鹏飞等: CCD 多晶硅刻蚀技术研究
第20卷第6期 半 导 体 学 报 V o l.20,N o.6 1999年6月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S June,1999 多晶硅薄膜应力特性研究 张国炳 郝一龙 田大宇 刘诗美 王铁松 武国英 (北京大学微电子学研究所 北京 100871) 摘要 本文报道了低压化学气相淀积(L PCVD)制备的多晶硅薄膜内应力与制备条件、退火 ,用XRD、R ED等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成.结果表明,L PCVD制备的多晶硅薄膜具有本征压应力,其内应力受淀积条件、微结 构组成等因素的影响.采用快速退火(R TA)可以使其压应力松弛,减小其内应力,并可使其转 变成为本征张应力,以满足在微机电系统(M E M S)制备中的要求. PACC:6220,7360F,6860 1 引言 多晶硅薄膜由于其特有的导电特性和易于实现自对准工艺的优点,在大规模集成电路(VL S I)的制备中有着广泛的应用.对多晶硅薄膜的导电特性已进行了深入的研究[1].近年来,随着集成电路的发展,特别是微机电系统(M E M S)的兴起,多晶硅膜作为M E M S中的基本结构材料,其机械特性直接影响着器件的性能和稳定性、可靠性. 在M E M S应用中要求多晶硅膜本身具有较小的张应力且膜内有小的应力梯度,如果多晶硅膜内应力过大,会使M E M S结构层形变甚至断裂,造成器件失效.所以,控制制备工艺条件,使其具有较小的张应力,成为M E M S制造工艺中的一个很关键的问题[2,3].本文对L PCVD多晶硅薄膜的应力特性进行了实验研究,主要包括:制备工艺条件、退火温度和时间、掺杂浓度和微结构组成对其应力特性的影响.实验中采用薄膜全场应力测试系统测量薄膜的应力,用X光衍射(XRD)及反射电子衍射(R ED)等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成. 2 实验 2.1 实验样品制备 实验样品采用在N型(100)单晶硅衬底热生长300～500nm厚的Si O2膜;再用低压化学气相淀积生长多晶硅薄膜,工艺条件为:淀积温度分别为575℃和610℃,压力30Pa,硅烷 张国炳 男,1937年出生,教授,从事半导体器件物理及VL S I和M E M S中薄膜结构特性及应用研究 郝一龙 男,1963年出生,副研究员,从事VL S I多层互连技术及M E M S器件和制备工艺研究 1998202213收到,1998208225定稿
e光伏产业链流程及工艺设备
太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相
同，但工艺加工精度低于集成电路芯片的制造要求 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。 太阳能电池组件生产工艺 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域
产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可
多晶硅锭的生产流程 1. 生产工艺流程 （1） 制造工艺流程图 （2） 工艺流程简述 坩埚喷涂：其目的是为了在铸锭的过程中，防止坩埚的杂质混入硅料。喷涂 的Si 3N 4粉起到一个隔离杂质和防止粘埚的作用。 坩埚烧结：此过程是为了使喷涂在坩埚内表面的Si 3N 4粉牢固附着在坩埚上。 多晶炉铸锭：将盛好硅料的坩埚放入多晶炉中，经高温熔化定向凝固铸锭。 （3）反应副产物 生产过程中产生含Si 3N 4粉尘的空气，过滤除尘后排放大气；铸锭过程中排放的少量氩气，直接排放入大气；铸锭后产生的石英坩埚碎片作为废物处理。
多晶铸锭操作流程 1 目的 为了保证正确操作多晶硅铸锭炉，使铸锭过程规范、有效地进行，并确保铸锭成功。 2 适用范围 多晶铸锭车间 3 规范性引用文件 无 4 职责 4.1 生产部负责铸锭的整个过程。 4.2 工厂工程部负责整个外围设施条件，以保证多晶炉正常运行的环境条件 要求。 5 术语和定义 5.1 坩埚喷涂： 在坩埚的内表面均匀喷涂Si 3N 4粉溶液，以防止在铸锭时坩埚和硅锭烧结在一起。其目的是为了在铸锭过程中，防止坩埚内的杂质扩散入硅锭。喷涂Si 3N 4粉起到了一个隔离杂质和防止粘埚的作用。 5.2 涂层烧结： 此过程是为了使喷涂在坩埚内表面的Si 3N 4涂层牢固地附着在坩埚上。 5.3 多晶炉铸锭： 将硅料放入坩埚，并一起放入多晶炉中，硅料经高温熔化、定向凝固成为硅锭。 5.4 定向凝固： 在梯度热场中，液体朝一个方向凝固，固液界面近似于平面的凝固过程。
6 多晶炉工艺过程 6.1 准备石英坩埚 检查石英坩埚表面，不能有裂纹，内部不能有超过2mm 的划痕、凹坑、突起。 6.1.1 用压缩空气和去离子水清洁坩埚的内表面。 6.1.2 坩埚喷涂： 取250g 的Si 3N 4粉末，用滤网筛滤。然后取1000ml 的去离子水，将Si 3N 4粉末溶解到去离子水中，用气动搅拌泵搅拌均匀。喷涂时喷枪要距离坩埚内壁30cm 左右，只喷涂坩埚底部和侧壁3/4的地方，要均匀不要使液体凝聚。喷涂过程中要检测坩埚内表面的温度，应为80±5℃，不断用去油的压缩空气吹去掉落的颗粒。 6.1.3 将坩埚放在烧结炉中进行烘烤。 设定程序，用10分钟升到40℃，然后用6小时升到1000℃，在1070℃保温2∽3小时，然后等坩埚冷却后待用。 6.2 填料 将坩埚放在石墨板上，并一起放在磅秤上称量（磅秤必须归零）。要保证坩埚处于石墨板的中央，距石墨板周围4.3cm 左右，误差不得超过2mm 。向坩埚中填料240kg 左右。（特别注意：在填料的过程中尽量少走动，以免扬起灰尘）。 6.3 外围设施基本条件的准备 6.3.1 启动设备前，检查水、电、气。冷却水、气、电源检查没有问题后， 方可进行。 6.3.2 密切监视室内的温度和湿度，冷却水进水温度25±1℃，室温下相对 湿度不超过65%。
硅刻蚀技术简介 在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。 湿法刻蚀即利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。因为湿法刻蚀是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿法刻蚀过程为等向性。湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。 湿法刻蚀之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。 基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。 1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度。 干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。 刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。对于化学反应性刻蚀则是产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生挥发性的反应生成物（各向同性），并被真空设备抽离反应腔。 2、硅刻蚀工艺的要求
微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究 班级：微电子0901 学号：****** 姓名：*** 指导老师：**** 日期：2012.5.20
一、目的 研究MOSFET漏源极击穿特性，主要包括： 1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响 2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响 3.介绍源漏穿通穿通 二、工作原理 当V DS增大到漏源击穿电压BV DS的值时，反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿，或在漏区与源区之间发生穿通。这时I D将迅速上升，如图所示。 通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度，可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线 三、仿真过程 首先构建NMOS结构 源代码如下： go athena # 网格定义（创建非均匀网格） # Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um) line x loc=0.00 spac=0.10 line x loc=0.20 spac=0.01 line x loc=0.60 spac=0.01 # line y loc=0.00 spac=0.008 line y loc=0.2 spac=0.01 line y loc=0.5 spac=0.05 line y loc=0.8 spac=0.15 #初始衬底参数：浓度、晶向等（浓度1.0e14/cm2晶向100方向） # Initial Silicon Structure with <100> Orientation init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d # 栅极氧化及优化（使氧化层厚度约为100A） # Gate Oxidation diffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3 # 提取栅极厚度
2019年多晶硅太阳能电池片企业发展战略和经营计划 2019年4月
目录 一、行业发展趋势 (3) 1、宏观经济层面 (3) 2、行业环境层面 (3) 二、公司发展战略 (4) 三、公司经营计划 (5) 1、强化内控管理 (5) 2、加快技改进程 (5) 3、稳定现有客户资源，拓展优质新客户 (5) 4、推进品牌战略，提升企业形象 (6) 四、风险因素 (6) 1、客户集中风险 (6) 2、委外加工模式的风险 (6) 3、产品价格波动的风险 (7) 4、产业政策变动风险 (7) 5、竞争加剧的风险 (8) 6、资金压力及融资风险 (9)
一、行业发展趋势 1、宏观经济层面 根据《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》，我国规划到2020年非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右；根据《中美气候变化联合声明》，中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。国家对于未来中长期的能源规划非常清晰。 现阶段，各项非化石能源对应的2020年和2030年发电量目标总和低于《中美气候变化联合声明》中的要求，考虑到风电和光伏的建设周期相对较短，因此用于填补发电量缺口的可能性较大。与风电相比，光伏发电更清洁，更有优势。以2020年为例，非化石能源发电量测算缺口659亿千瓦时，如果全部用光伏填补缺口相当于光伏并网从 100GW增加到155GW。由此可见，光伏发电的发展空间仍相当可观，电站运营的未来发展十分有前景。 2、行业环境层面 国内光伏电站运营商的竞争处于“一超多强”的格局，央企国电投独占鳌头，其后国企、民企群雄并起。由于电站运营属于资本密集型行业，进入壁垒较高，企业不但需要有雄厚的资金实力，还需要有持续的项目开发能力，因此大型国企的竞争优势较强。但民营企业依靠自身灵活多变的机制，强大的执行力，以及通过资本市场融资平台，
太阳能电池光电转换原理主要是利用太阳光射入太阳能电池后产生电子电洞对，利用P-N 接面的电场将电子电洞对分离,利用上下电极将这些电子电洞引出，从而产生电流。整个生产流程以多晶硅切片为原料，制成多晶硅太阳能电池芯片。处理工艺主要有多晶硅切片清洗、磷扩散、氧化层去除、抗反射膜沉积、电极网印、烧结、镭射切割、测试分类包装等。 生产工艺主要分为以下过程： ⑴ 表面处理（多晶硅片清洗、制绒） 与单晶硅绒面制备采用碱液和异丙醇腐蚀工艺不同，多晶硅绒面制备采用氢氟酸和硝酸配成的腐蚀液对多晶硅体表面进行腐蚀。一定浓度的强酸液对硅表面进行晶体的各相异性腐蚀，使得硅表面成为无数个小“金字塔”组成的凹凸表面，也就是所谓的“绒面”，以增加了光的反射吸收，提高电池的短路电流和转换效率。从电镜的检测结果看，小“金字塔”的底边平均约为10um 。主要反应式为： 32234HNO 4NO +3SiO +2H O Si +???→↑氢氟酸 2262SiO 62H O HF H SiF +→+ 这个过程在硅片表面形成一层均匀的反射层（制绒），作为制备P-N 结衬底。处理后对硅片进行碱洗、酸洗、纯水洗，此过程在封闭的酸蚀刻机中进行。碱洗是为了清洗掉硅片未完全反应的表面腐蚀层，因为混酸中HF 比例不能太高，否则腐蚀速度会比较慢，其反应式为：2232SiO +2KOH K SiO +H O →。之后再经过酸洗中和表面的碱液，使表面的杂质清理干净，形成纯净的绒面多晶硅片。 酸蚀刻机内设置了一定数量的清洗槽，各股废液及废水均能单独收集。此过程中的废酸液（L 1，主要成分为废硝酸、氢氟酸和H 2SiF 6）、废碱液（L 2，主要成分为废KOH 、K 2SiO 3）、废酸液（L 3，主要成分为废氢氟酸以及盐酸）均能单独收集，酸碱洗后均由少量纯水洗涤，纯水预洗废液（S 1、S 2、S 3）和两级纯水漂洗废水（W 1），收集后排入厂区污水预处理设施，处理达标后通过专管接入清流县市政污水管网。 此过程中使用的硝酸、氢氟酸均有一定的挥发性，产生的酸性废气（G 1-1、G 1-2），经设备出气口进管道收集系统，经厂房顶的碱水喷淋系统处理达标后排放。G 1-2与后序PECVD 工序产生的G 5（硅烃、氨气）合并收集后经过两级水吸收处理后经排气筒排放。
多晶硅刻蚀特性的研究 随着硅珊MOS器件的出现，多晶硅渐渐成为先进器件材料的主力军。文章主要对多晶硅刻蚀的特性进行研究，希望能够给相关人士一定的借鉴。 标签：多晶硅；刻蚀；研究 1 硅和多晶硅刻蚀的介绍 硅栅（Poly Gate）的干法刻蚀： 随着晶体管尺寸的不断缩小对硅栅的刻蚀就越具有挑战性。因为受到光刻线宽的限制，为达到最后的CD线宽要求往往需要先对光阻进行缩小处理，然后进一步往下刻蚀。BARC打开后，再以光阻为阻挡层将TEOS打开。接着把剩余的光阻去除，再以TEOS作为阻挡层对硅栅进性刻蚀。为了保护栅极氧化层不被损伤，通常要把硅栅的刻蚀分成几个步骤：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀。主刻蚀通常有比较高的刻蚀率但对氧化硅的选择比较小。通过主刻蚀可基本决定硅栅的剖面轮廓和关键尺寸。着陆刻蚀通常对栅极氧化层有比较高的选择比以确保栅极氧化层不被损伤。一旦触及到栅极氧化层后就必须转成对氧化硅选择比更高的过刻蚀步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层。 Cl2，HBr，HCl是硅栅刻蚀的主要气体，Cl2和硅反应生成挥发性的SiCl4而HBr和硅反应生成的SiBr4同样具有挥发性。为了避免伤及栅极氧化层，任何带F基的气体如CF4，SF6，NF3都不能在过刻蚀的步骤中使用。 2 硅和多晶硅刻蚀的结构 我们介绍一个Logic刻蚀的程式，刻蚀多晶硅的结构包括PR，SION，Poly，Oxide。多晶硅的线宽要求非常小。如图1所示。 在MOS器件中，掺杂的LPCVD多晶硅是用做栅极的导电材料。掺杂多晶硅线宽决定了有源器件的栅长，并会影响晶体管的性能。因此，CD控制是很关键的。多晶硅栅的刻蚀工艺必须对下层栅氧化层有高的选择比并具有非常好的均匀性和可重复性。同时也要求高度的各向异性，因为多晶硅栅在源/漏的注入过程中起阻挡层的作用。倾斜的侧壁会引起多晶硅栅结构下面部分的掺杂。 刻蚀多晶硅（硅）通常是一个三步工艺过程。这使得在不同的刻蚀步骤中能对各向异性刻蚀和选择比进行优化。这三个步骤是： （1）第一步是预刻蚀，用于去除自然氧化层、硬的掩蔽层（如SiON）和表面污染物来获得均匀的刻蚀（这减少了刻蚀中作为微掩蔽层的污染物带来的表面缺陷）。
多晶硅铸锭的晶体生长过程 在真空熔炼过后，还要经过一个降温稳定，就进入定向凝固阶段。这个过程既是多晶硅的晶体生长过程，也能够对回收料和冶金法多晶硅料中含有的杂质进行进一步的提纯。 （一）定向凝固与分凝现象 硅液中的杂质在硅液从底部开始凝固的时候，杂质趋向于向液体中运动，而不会停留在固体中。这个现象叫做分凝现象。 在固液界面稳定的时候，杂质在固体中的数量与在液体中的数量的比值，叫做分凝系数。分凝系数小于1的杂质，在进行定向凝固的时候，都会趋向于向顶部富集。富集的数量和程度，取决于分凝系数的多少。一般来说，金属杂质的分凝系数都在10-3以下（铝大约是0.08），所以，定向凝固方式除杂，对于金属杂质比较有效；而硼和磷的分凝系数分别为0.8和0.36，因此，硼和磷的分凝现象就不是太明显。 在定向凝固提纯的同时，考虑硅的长晶工艺，使得定向凝固后的硅能够成为多晶硅锭而直接进行切片，这就是将提纯与铸锭统一在一个工艺流程中完成了。这也是普罗的提纯铸锭炉的重要提纯手段。由于含有杂质的硅料和高纯料的结晶和熔液的性质都不太一样，因此，提纯铸锭炉所采用的热场与纯粹铸锭炉的热场是有区别的。 普罗新能源公司目前采用自己研制的提纯铸锭一体化的专利设计，比较成功地解决了这个问题，使得真空熔炼与铸锭是在一次工艺里完成的，既较好地解决了提纯的问题，也圆满地完成了铸锭的要求。 （二）晶体生长过程
定向凝固分为以下四个阶段，包括：晶胚形成、多晶生长、顶部收顶、退火冷却。 晶胚形成 在熔炼过后，要把硅溶液的温度降低到1440℃左右，并保持一段时间，然后，使坩埚底部开始冷却，冷却到熔点以下6-10℃左右，即1404-1408℃左右。 RDS4.0型的炉体降低底部温度的方法是降低底部功率，和逐渐打开底部热开关的方式。与常规铸锭炉的提升保温体和加热体方式相比，由于不存在四周先开始冷却然后才逐步到中央的过程，因此，底部温度要均匀得多。 铸锭时，底部红外测温的数据不完全是硅液底部的温度，因为，该测点与坩埚底部的硅液还隔了至少一层坩埚，因此，红外温度仅能参考，还是要根据每台炉子各自的经验数据。这时，底部会形成熔点以下的过冷液体，由于坩埚底部的微细结构的不均匀，在一些质点上会形成晶核，即这些质点会首先凝固，形成结晶。这些质点可能是坩埚上突出的不均匀点，可能是坩埚的凹陷，由于位置比其它位置低，所以在降温的时候，温度也会较低。 晶核形成后，由于太阳能电池需要的是径向尺寸较大的柱状晶，因此，最好不要让晶核一旦形成就立刻向上生长，这样会导致晶粒过细；而是首先要让晶核形成后，先在坩埚底部横向生长，等长到一定的尺寸后，再向上生长。这样，要求坩埚底部的温度在下降到熔点稍低后，就保持平稳，不再下降。这样，坩埚底部晶核形成后，由于向上生长时，温度太高，无法生长，因此，只能横向生长。 开始形成晶核时，由于坩埚底部的不均匀，晶核的形成也不均匀，有的地方密，有的地方稀疏。在这些晶核横向生长时，长到一定的程度，就会相遇，相遇后由于有生长的动力，在遇到其它晶片时，则遇到了阻力，当晶片遇到的阻力过大时，就会停止生长。有的时候，这种阻力可能会使与坩埚底部结合不牢固的晶片脱落，这样，比较牢固的就会在脱落掉的晶片留下的空隙继续生长，直到整个底部都布满晶片后，相互挤压，所有的晶片就只能开始向上生长。这时，各个开始向上长的片状晶体，就称之为晶胚。这就是晶胚形成的过程。
多晶硅电池背表面刻蚀提升性能产线工艺研究 摘要：对比研究了产线上多晶硅太阳电池背表面刻蚀对其光电转换性能的影响。示范性实验结果表明：多晶硅太阳电池背表面刻蚀能够改善其短路电流，从而相应的光电转换效率提升了约0．1％。依据多晶硅太阳电池背表面刻蚀前后的扫描电镜（SEM）形貌、背表面漫反射光谱及完整电池片外量子效率的测试结果，改进的光电转换的原因可能源于背表面刻蚀“镜面”化有利于太阳光子在背表面内反射和改进印刷Al浆与背表面覆盖接触。背表面刻蚀与当前晶硅电池产线工艺兼容，能够提升电池片的光电转换效率，是一种可供选择的产线升级工艺。1 引言 如何提升产线晶硅太阳电池的光电转换效率是当前光伏产业中的一个重要研发课题。基于晶硅太阳电池的整个光电过程，可针对增加电池片对300～1100nm太阳光子的捕获和吸收、降低电池片前后表面复合及减少电池片串并联电阻的电学损失3方面考虑，进行器件结构设计和制备工艺研发，有效地改进电池片光电转换效率。其中，增加电池片对300～1100nm太阳光子的捕获和吸收，需要合理设计电池
片前表面光电结构。 当前工业生产主流晶硅太阳电池产品前表面印有图形 化栅线电极，它将遮挡太阳光子入射到电池片内部，造成反射损失。降低栅线宽度及提高栅线高度的二次印刷技术［1］、减小主栅宽度的多主栅技术［2］均能够有效地降低遮挡面积，减少其光遮挡。另外，未被遮挡的晶体硅在300～1100nm 光谱范围内折射率大，也将造成严重的光反射损失。通过表面织构［3～5］，可有效地降低晶硅表面光反射损失，特别是硅纳米结构［6～9］能够使获得超低光反射率。进一步在微纳织构上及在其表面制作减反射膜［10，11］，引入多次光反射和干涉效应，可进一步降低晶硅表面光反射损失。 另一方面，晶体硅的吸收系数［12，13］在300～1100nm 光谱范围有很大变化，短波太阳光子（300～450nm）和长波太阳光子（850～1100nm）的吸收系数相差数2～3量级，导致各种波长太阳光具有不同的吸收深度。结合晶体硅的吸收系数及工业生产主流晶硅太阳电池产品180μm的厚度，理论计算结果表明，长波太阳光子吸收不完全而入射到晶硅电池背表面，随后被背Al电极吸收损失或内反射回晶硅中再吸收利用。碱或酸制绒工艺中晶硅太阳电池的背表面也被织构化，导致入射到晶硅太阳电池背表面的长波太阳光子在晶硅／Al电极界面多次反射，多次撞击背Al电极而增加背Al 电极对长波光子的吸收，造成光损失。若将晶硅太阳电池背
多晶硅硅片生产流程 (1)洗料 为得到纯净的多晶硅原料，须将多晶硅原料清洗，去除杂质和油污。将多晶硅料放入氢氟酸和硝酸中浸泡，然后用高纯水多次清洗，清洗干净后进入下一道工序。 b、烘料 将清洗干净的多晶硅原料放入烘箱中烘干。 c、装袋 烘干后的多晶硅原料按型号、电阻率分别包装。 d 、配料 根据生产需要将不同电阻率的多晶硅料加入母合金配制成符合要求的原料。（2）多晶铸锭阶段 a、准备阶段 经减压、放气后打开炉盖，清洁炉壁及石墨件，将清洗好的石英坩埚装入炉内。 b、投料 将配制好的多晶硅料500 公斤装入石英坩埚中，合上炉盖。检查水和泵油情况，正常后进入下一工序。 c、抽真空 密封炉盖后启动真空泵，将炉体内抽成真空，然后充入氩气。 d、化料 将坩埚加热到1420℃以上将多晶料融化。 e、定向凝固 多晶料全部融化后开始凝固多晶，开始时多晶每分钟生长0.8 mm～1.0 mm,长晶速度由工作台下移速度及冷却水流量控制，长晶速度近于常速，硅锭长度受设备及坩埚高度限制，当硅锭达到工艺要求时，凝固结束。停机使多晶炉降，约四个小时后将多晶锭取出。 f、检验
检验多晶锭的电阻率、寿命及氧炭含量，合格的进入下一道工序，不合格的作标记切断，部分可以回收重新铸锭。 （3）切片 a.多晶硅锭 将铸锭生产工序检测的硅锭清洗干净 b.切方 将硅锭固定在切方机上，要完全水平。固定好后切成方棒（6 英寸125mm×125m m；8 英寸156mm×156mm）。 c.抛光 将切好的方棒在抛光机上抛光。 e.清洗粘胶 将切方抛光好的方棒用超声波清洗机清洗干净后，粘在工件板的玻璃板上。 f.切片 将粘好硅棒的工件板按在切片机上（4 根），将硅片切成180微米厚的硅片。 g.脱胶 将切割好的粘在玻璃板上的硅片用70 度的热水将硅片与玻璃板分离 h.清洗 将脱过胶的硅片插在硅片盒中在超声波清洗机中清洗。清洗时先在常清水中清洗，然后在放有清洗剂的70度热水中清洗，最后在常清水中清洗。 i.甩干 将经过清洗的硅片连盒插在甩干机的甩干工位上甩干。 j.检片 将甩干好的硅片检测硅片TV 和TTV 及表面洁净度，并将硅片按等级分类。k.包装 该工艺方案具有简单，易操作，产品成品率高等特点。
在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。 湿法刻蚀即利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。因为湿法刻蚀是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿法刻蚀过程为等向性。 湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。 湿法刻蚀之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。 基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。 1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度。 干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。 刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。对于化学反应性刻蚀则是产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生
Corresponding author . Tel./fax: t886 2 2363 3917. Journal of Crystal Growth ] (]]]]) ]]]–]]] 1 3 5 7 9 11 Contents lists available at SciVerse ScienceDirect Journal of Crystal Growth 晶体生长杂志 journal homepage: https://www.doczj.com/doc/c08044113.html,/locate/jcrysgro Grain control in directional solidi?cation of photovoltaic silicon 光伏硅材料定向凝固中的晶粒控制 13 15 17 19 Q1 C.W. Lan a,n , W.C. Lan b , T .F . Lee a , A. Yu b , Y.M. Yang b , W.C. Hsu b , B. Hsu b , A. Yang c a Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, Taipei 10617, Taiwan, ROC b Sino-American Silicon Productions Inc., Hsin-chu, Taiwan, ROC c Solartech Energy Inc., Hsin-chu, Taiwan, ROC a r t i c l e i n f o abstract 摘要 21 23 25 27 29 31 Keywords:关键词 A1. Directional solidi?cation 定向凝固 A3. Grain Growth 晶粒生长 B2. Semiconducting Materials 半导体材料 B2. Semiconducting silicon 半导体硅 B3. Solar cells 太阳能电池 光伏产业中，定向凝固已成为太阳能电池多晶硅生产的主要工艺。 晶粒以及晶界的控制对晶体的质量以及太阳能电池的转换效率至关重要。 本文，我们将通过从实验室规模到产业规模的不同级别的实验来回顾多晶硅定向凝固的晶粒控制工艺的进展。 33 67 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 1. 引言 随着全球变暖和矿物能源短缺，光伏产业近年来发展极为迅速 绝大多数太阳能电池是由硅材料制成的。尤其，由于硅材料成本低， 生产流通量高，定向凝固的多晶硅因此受到了关注。 2010年，多晶硅的市场占有率接近50%10GW 。 硅是太阳能电池的吸收器，硅的质量对于转换效率显得非常关键。 但是，在经氮化物喷涂的石英坩埚中采用定向凝固方法生成的多晶硅， 目前存在很多缺陷，比如，晶界无规则、位错、夹杂、杂质。 这些缺陷，尤其是位错，通常是光生电子和空穴的复合中心， 它们必然对电池性能有不利影响。因此，多晶硅电池的转换效率， 一般来说会远远低于单晶硅电池的转换效率。[1] 研究发现，晶粒和晶界对硅片质量有深刻影响，同理， 对多晶太阳能电池的转换效率也甚为重要。[2-6]更有趣的是，晶粒取向、 晶界和位错密度是紧密相关的，在硅片的性能方面它们都扮演着非常 重要的角色。[4-8] n E-mail address: cwlan@https://www.doczj.com/doc/c08044113.html,.tw (C.W. Lan). 0022-0248/$ - see front matter & 2012 Published by Elsevier B.V. 在不同的方向情况下，晶界会造成不同的机械和电气特性[2-3.9]。例如，?3晶界 有较大的切削抗压力，有助于超薄切片[9]。此外，它拥有电气惰性（即使是被污染 的样本）以至于它无法成为电子和空穴的复合中心[10,11]。另外，含有孪晶或者固定晶向的晶粒，根据腐蚀坑密度（EPD ）显示出的位错密度也比较低。[8]现在普遍认为，对于质地洁净未受污染的硅片，少子寿命和电池转换效率都和位错密度，尤其是位错簇群密切相关。所以，为了得到高质量的多晶硅片、高转换效率的电池，晶粒控制就显得格外重要。 在多晶硅DS 生长技术发展早期，增大晶粒尺寸、减少晶界被认为是提高晶体质量和转换效率的最直接的方法[12]。从生长速率和生长界面形状，业界一致认为通过降低冷却速度和晶粒竞争，严密控制最初的成核过程是非常关键的步骤[13]。有些观点是正确的，有些还不能定论。例如，一个平面的或略微凸面的生长界面，对减少来自坩埚内壁的寄生成核是很有利的，热应力同样如此[12-14]。然而，如果成核阶段的过冷度和生长速率太低，对于晶粒成长的作用也不一定都是正面的。最近的研究结果表明，高的初始冷却会诱导枝晶的生长，很有可能会产生高质量的大晶粒[4,15]。 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 95 97 doi:10.1016/j.jcrysgro.2012.01.007