引言

許多晶圓清洗技術(shù)都在競(jìng)爭(zhēng)高效太陽(yáng)能電池處理的使用。有些是從集成電路制造中借鑒而來(lái)的，在本工作中，對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行了定性比較，并在清潔效率和作為預(yù)擴(kuò)散清潔的適用性方面對(duì)后三種技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較，所述預(yù)擴(kuò)散清潔用于加工效率超過(guò)21 %的雙面和IBC n型太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用。

一般認(rèn)為高效太陽(yáng)能電池器件，如PERC電池、雙面n型太陽(yáng)能電池如ISC的BiSoN概念和交叉背接觸(IBC)太陽(yáng)能電池如ISC的ZEBRA概念需要比標(biāo)準(zhǔn)鋁背表面場(chǎng)太陽(yáng)能電池更先進(jìn)的晶片清洗。電池效率在20% (BiSoN) 左右和21% (ZEBRA) 以上，只有在高溫步驟前表面足夠清潔的情況下才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這種太陽(yáng)能電池概念的工業(yè)實(shí)施來(lái)說(shuō)，需要直接且成本高效的高通量清潔技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)

清潔效率的比較：根據(jù)圖1清洗使用RENA monoTEX紋理化的晶片。

圖1:比較的清潔程序，在本實(shí)驗(yàn)中，使用了二氯乙烷/二氟化氫混合物(2% / 2%)。

在所有清洗程序中，使用的稀釋氟化氫(d HF)濃度為2%。POR和工業(yè)清洗液中稀釋的氯化氫濃度為3%，浸泡時(shí)間為5分鐘。在80℃下，在SPM(硫酸過(guò)氧化氫混合物)中的浸泡時(shí)間為10分鐘。整個(gè)POR過(guò)程需要45分鐘。對(duì)于氟化氫/臭氧浴，使用的氟化氫濃度低于0.5%。使用臭氧發(fā)生器(BMT 803，靜電放電)產(chǎn)生O3，并通過(guò)臭氧接觸膜溶解在HF水溶液中。O3濃度通過(guò)光度測(cè)量(使用BMT 964 AQ)確定為16至20 g/Sm3。

通過(guò)添加1份Seluris C和0.2份H2O2 (30%霍尼韋爾Puranal)以及6份去離子水來(lái)配制Seluris C浴。將浴加熱至50℃，浸泡時(shí)間為5分鐘。不同程序的清潔效率可以在圖2中找到。顯示清洗前后的金屬表面濃度。在1E10至3E10原子/cm2的范圍內(nèi)，元素之間的定量極限不同。

鋁鈦鉻錳鐵鎳銅

圖2:使用不同清潔程序清潔前后的金屬表面污染。晶片表面上初始濃度最高的元素是銅和鐵(線鋸工藝的殘留物)。所有清洗都顯著降低了這些濃度，工業(yè)清洗順序(鹽酸+氟化氫)留下了最高的銅值。兩種高級(jí)清洗順序(氫氟酸/臭氧和硫酸)都達(dá)到了與POR類(lèi)似的低水平。

輸入值見(jiàn)圖3，計(jì)算出的清洗液濃度見(jiàn)圖4。

從晶片表面開(kāi)始

銅鐵

500-1000

E10原子/cm2

500-1000

晶片表面的輸出

銅鐵

15

E10原子/cm2

14

圖3:模擬清洗槽中金屬污染物富集的設(shè)置，假設(shè)晶片污染物是在清洗槽中去除的，而不是在后續(xù)的dHF步驟中。排放和進(jìn)料:用新鮮的化學(xué)物質(zhì)(浴體積200升)替換每個(gè)晶片1毫升。
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圖4:模擬結(jié)果：浴中濃度與晶片數(shù)的關(guān)系

為了確定槽老化對(duì)晶片表面濃度的影響，使用銅和鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000克/升，2%硝酸中的原子吸收標(biāo)準(zhǔn)溶液，卡爾·羅斯)添加新配制的清洗槽。對(duì)于第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，加入相當(dāng)于5 ppb的鐵/銅，第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)加入50 ppb，第三個(gè)測(cè)量點(diǎn)加入250 ppb(在浴中產(chǎn)生5、55和305 ppb)。將SPM清洗過(guò)的晶片分別浸入加標(biāo)清洗槽中5分鐘和10分鐘。在提取金屬表面污染物用于電感耦合等離子體質(zhì)譜法之前，用水沖洗晶片分析。晶片表面上的銅和鐵的最終濃度可以在圖5中找到。

圖5:鐵(頂部)和銅(底部)的輸出測(cè)試結(jié)果
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鐵表面濃度

銅表面濃度[1E10原子/cm2]

圖6:鐵(頂部)和銅(底部)加標(biāo)清洗槽的清洗效率測(cè)試結(jié)果

每個(gè)清洗序列的結(jié)束。眾所周知，鐵在稀釋的氟化氫中具有良好的溶解性。然而銅的濃度在我們的檢測(cè)限(POR)范圍內(nèi)不同，最高可達(dá)600E10原子/cm2。

圖7:將堿性紋理晶圓浸入不同加標(biāo)清洗槽中獲得的表面污染
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處理對(duì)稱壽命樣品，得到圖8 c)和d)中的結(jié)構(gòu)。受污染的晶圓被擴(kuò)散(硼和磷)并在兩側(cè)鈍化。用QSS-PC機(jī)測(cè)量了燒制后的壽命。所得的隱含Voc值相對(duì)于銅表面濃度繪制在圖9中。

圖8:從上到下: BiSoN細(xì)胞結(jié)構(gòu)；前驅(qū)體結(jié)構(gòu)，研究清洗對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能電池過(guò)程的影響；要研究的對(duì)稱壽命樣品結(jié)構(gòu)。

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?

銅表面濃度[1E10原子/cm2]
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圖9:隱含揮發(fā)性有機(jī)化合物與銅的相關(guān)性 磷(a)和硼(b)擴(kuò)散的污染。從圖9中的兩 張圖中可以明顯看出，只有在表面濃度高達(dá)500至600E10原子/cm2時(shí)，才能檢測(cè)到隱含Voc的大幅下降。然而，C組已經(jīng)顯示出磷擴(kuò)散的統(tǒng)計(jì)顯著下降2 mV，硼擴(kuò)散的統(tǒng)計(jì)顯著下降0.8 mV。因此，我們推斷我們的工藝步驟的最佳生產(chǎn)結(jié)果的閾值限制在100E10原子/cm2的范圍內(nèi)。

結(jié)果和討論

高效電池工藝需要更先進(jìn)的清潔技術(shù)。然而，清潔需要簡(jiǎn)單且具有成本效益。兩種替代品被證明適合大規(guī)模生產(chǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出ISC·康斯坦茨的高效雙面n型太陽(yáng)能電池標(biāo)準(zhǔn)工藝擴(kuò)散步驟之前的臨界銅表面濃度，發(fā)現(xiàn)其在1E12原子/cm2的范圍內(nèi)。

總結(jié)

需要進(jìn)一步測(cè)試和優(yōu)化，例如，需要重新考慮氟化氫/臭氧的進(jìn)料+排放條件，因?yàn)橐呀?jīng)達(dá)到臨界污染水平。這兩種技術(shù)的下一步是轉(zhuǎn)移到整個(gè)細(xì)胞過(guò)程，并在大規(guī)模生產(chǎn)下測(cè)試我們的假設(shè)。

　　審核編輯：湯梓紅