原作者: 童学宝，王亮，缪建军

    单晶硅片因其优异的电气和力学性能成为比较理想的太阳能电池材料。经过多道程序加工成的硅片表面吸附了各种杂质，而其表面的洁净程度直接影响着电池片的成品率和可靠性。因此开展对硅片的清洗工作就变得十分重要。本文通过两种不同的工艺对太阳能硅片进行清洗，利用SEM和XRD等对硅片的表面洁净程度和硅片的物相结构进行分析，结果表明硅片表面吸附的无机和有机污染物可以通过工艺优化有效去除，从而获得了表面规整、洁净的合格产品。

　　单晶硅以其有较高的光电转换效率、对环境无污染且材料性能稳定，已成为最理想的太能能电池材料。单晶硅太阳能电池的生产流程一般为：制备硅片→扩散制结→镀膜→制作电极→封装。将单晶硅棒或硅碇切成片，一般片厚约0.35mm。硅片经过研磨、抛光、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。为了提高电池片的导电性能，需对原料硅片进行掺杂和扩散处理,以制成结,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,再采用丝网印刷的方法,制作电极,并涂覆减反射膜,以降低表面反射。再根据要求将电池片用串联或并联的方法组装成太阳电池组件,最后进行封装。经切片、研磨、倒角、抛光等多道工序加工成的硅片,其表面已吸附了各种杂质,如颗粒、金属离子、硅粉粉尘及有机杂质,硅片清洗的目的就是要清除各类污染物,且清洗的洁净程度直接影响着电池片的成品率和可靠性。

　　起初很多厂家都采用手洗的方法，这种方法不稳定的因素较多，一方面容易产生碎片，经济效益下降，另一方面手洗的硅片表面洁净度差，污染严重，使下道工序化学腐蚀过程中的合格率较低。目前大多数厂家采用SC-1和SC-2复合清洗法，SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。另外SC-2是H2O2和HCl的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。然而在具体清洗过程中，由于工艺过于简单，会导致清洗不彻底，一定程度上影响了硅片的表面规整度和制成品的合格率。因此，找到一种有效实用的清洗方法引起了人们的普遍关注。

　　本文通过开发一种高性能的太阳能硅片清洗剂，优化清洗工艺，有效地去除了硅片表面吸附的微粒以及无机和有机污染物，获得了表面规整、无残留物的合格产品。

　　实验部分

　　主要工艺流程
 

　　仪器和试剂

　　主要试剂：浓硫酸(H2SO4)、氢氟酸(HF)、浓氨水(NH3.H2O)、双氧水(H2O2)均为分析纯，市售SC-1、SC-2清洗液。

　　主要仪器：烧杯、玻璃棒等。[page]

　　操作步骤

　　1.清洗液配制

　　按照H2SO4:H2O2=5:1或4:1(质量比)的比例配制酸性溶液A；按照H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1或5:1:1或7:2:1(质量比)的比例配制碱性溶液；按照pH=5.0的HF配制酸性溶液B；按照HCl:H2O2:H2O=1:1:4(质量比)的比例配制酸性溶液C。

　　2.清洗过程

　　⑴工艺一：

　　选择加工后被污染的硅片，按照2.1描述的工艺流程图进行清洗，最后将硅片置于超纯水中，完成整个清洗过程。

　　⑵工艺二：

　　选择加工后被污染的硅片，先将硅片在盛有SC-1清洗液的烧杯中清洗，然后用超纯水清洗；接着把硅片放入盛有SC-2清洗液的烧杯中清洗，然后用超纯水清洗，完成整个清洗过程。

　　分析与测试

　　SEM：利用S-4800型扫描式电子显微镜测试单晶硅片在清洗前后的表面形貌。XRD：利用XD-3型X射线衍射仪测试单晶硅片在清洗前后的结晶性能。

　　结果与讨论

　　硅片处理前后的SEM表征

　　将清洗前后的硅片各取一部分，利用S-4800型扫描式电子显微镜测试单晶硅片在清洗前后的表面形貌，结果如图1所示，其中A为清洗前硅片表面，B为采用工艺二清洗后的硅片表面，C为采用工艺一清洗后的硅片表面。

　从图1中可以看出，硅片在经过清洗处理后，表面较清洗之前明显光滑平整，这是由于酸洗过程中对硅片表面腐蚀的原因。另外，经过工艺一清洗后的硅片表面明显比工艺二清洗后的硅片表面规整。[page]

　　XRD表征

　　将清洗前后的硅片烘干后分别进行X射线衍射分析，结果如图2所示，其中A为清洗前硅片表面，B为采用工艺二清洗后的硅片表面，C为采用工艺一清洗后的硅片表面。根据XRD标准卡片PDF#020561、PDF#882284和PDF#892955上可以比对出谱图中衍射峰对应的单晶硅晶面。

　　从图2中可以看出，在硅片清洗前后，硅片的结构没有明显改变，但是硅片清洗前和使用工艺二对硅片清洗后，在2q=15~20度之间有段凸起的衍射峰，这可能是由于硅片上存在有机物残留所致，而在使用工艺一对硅片清洗后，有机层被彻底去除，衍射峰基线明显比前两者平整。

　　两种清洗工艺的对比

　　使用工艺一处理后的硅片表面规整，无有机物残留；而使用工艺二处理后的硅片表面规整度虽然有所提高，但是由于清洗工艺过于简单，而导致有机物残留，这点从XRD谱图上可以看出。总之通过优化工艺，合理配制工作液，能达到理想的硅片清洗效果。

　　结论

　　通过配制清洗液及优化清洗工艺，有效的实现了对硅片表面的清洗，通过SEM和XRD测试可以看出，清洗后的硅片表面结构平整，无有机物残留，达到太阳能电池用硅片所需要的标准。