專利名稱：單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的方法和它的一體化處理機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬化學蝕刻技術(shù)和清洗技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分，被認為是當前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。硅太陽能電池是光伏發(fā)電的核心部件，高效硅太陽能電池需要通過表面的紋理結(jié)構(gòu)來減少輻射，增強光線的搜集。如單晶硅的紋理通常是用堿性溶液處理的。在進行紋理工藝前后，都必須對硅片進行清洗。傳統(tǒng)加工紋理的方法是水洗——浸泡式堿液去損傷層(20-30％NaOH)——攪拌式堿腐蝕制絨——活水沖洗——鹽酸清洗(3-5％)——活水沖洗——氫氟酸清洗(3-5％)——活水沖洗——烘干。該工藝完成紋理的制作和清洗需要消耗大量的水源，并且鹽酸和氫氟酸對操作者帶來傷害和對周邊環(huán)境會帶來污染，也使硅片無法在凈化室內(nèi)進行清洗，很難提高硅片的清潔度。更重要的是如果未對硅片上的鹽酸，氫氟酸徹底洗凈，日久之后會對硅電池產(chǎn)生延遲性腐蝕，影響太陽能電池的使用壽命。傳統(tǒng)的制作工藝能耗高、污染嚴重、污水處理及空氣凈化復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能耗低、污染小、從而使污水易處理和無害化氣體排放的一種單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的方法和它的一體化處理機。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的方法，包含有純水、酸、堿參與去損傷層，其方案是由超聲波參與去損傷層、蝕刻和清洗過程，采用碳氫溶劑對單晶硅脫水、熱焓干燥。
采取以下操作程序完成預清洗、去損傷層、蝕刻、中和、漂洗和干燥①超聲波預洗、預熱；②超聲波去損傷層；③超聲波制絨；④超聲波漂洗；⑤超聲波中和；⑥超聲波漂洗；⑦切水；⑧熱焓干燥。所述的超聲波是每升液體20W的功率分布，頻率為40KHz。
單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的一體化處理機，包含放置單晶硅清洗籃的槽體，移動清洗籃的傳送機構(gòu)，其方案是放置單晶硅的清洗籃，由傳送機構(gòu)分別按序或同步送入超聲波預洗預熱槽位、超聲波去損傷層槽位、4個超聲波制絨槽位、超聲波漂洗槽位、超聲波中和槽位、3個超聲波漂洗槽位、2個切水槽位、熱焓干燥槽位；所述分別按序或同步送入槽位，是由升降裝置和橫移裝置操作實現(xiàn)，并由各槽位的超聲波裝置，介質(zhì)供應(yīng)裝置配合完成。
實施本發(fā)明后的積極效果是由于傳統(tǒng)方法采用攪拌或用水泵抽液流動攪拌，加工的紋理容易造成粗糙程度不一致。采用超聲波后，表面形成可靠相近的粗糙程度，出現(xiàn)反射性良好的棱錐圖案。其主要功能是通過超聲波的空化作用，使在硅片制絨過程中反應(yīng)生成的附著在硅片表面的微小氫氣泡被振碎，硅片表面被極度濕潤，也就是制絨液均勻地與硅片反應(yīng)。因為棱錐的數(shù)量及大小分布均由氫氣泡所決定。這些在蝕刻過程中產(chǎn)生的氫氣泡很容易附著在蝕刻表面，形成“偽遮蔽”現(xiàn)像。附著的氣泡會阻礙蝕刻溶液與硅原子之間完成生成棱錐紋理的化學反應(yīng)。因此，控制氫氣泡的分布與大小，就成了是否能夠獲得低反射性一致表面的關(guān)鍵；由于制絨液中的堿金屬(K.Na)會使絕緣膜耐壓不良，重金屬(Au Ag.Cu等)會使PN結(jié)耐壓降低，III族元素(B.Al.Ca等)會使N型半導體特性惡化，V族元素(P.As，Sb等)會使P型半導體特性惡化，水中的細菌高溫碳化后如吸附在單晶硅表面，就會引起電路短路或特性變差。而鹽酸中的氯離子、氫氟酸中的氟元素殘留在單晶硅上，都會對硅電池產(chǎn)生隱性腐蝕。因此，為了消除堿金屬、重金屬離子和各類元素對硅片的污染，傳統(tǒng)工藝只能采用大量純水沖洗硅片上的堿液。而后再用鹽酸進行中和和用氫氟酸去除硅片上雜物。在二次酸洗后，也必須采用大量純水沖洗，，這些水均不能被重復利用，只有這樣才能避免酸液殘留對硅片造成二次污染。采用本發(fā)明后，在蝕刻后的每一個清洗工位均引入超聲波裝置，由于超聲波空化產(chǎn)生的能量相當于幾千個大氣壓沖擊力，能將硅片紋理間的堿液和污物置換出來，所以，本發(fā)明采用食用檸檬酸進行中和，達到了除去鉀、鈉離子和其他金屬離子等污物，因為檸檬酸為弱酸，且使用量約為萬分之六，稀釋后的酸性溶液PH值為5-6，因此，以后幾道工序只要在純水中加入超聲波就能徹底去除殘留的檸檬酸液，且使用水量是傳統(tǒng)工藝的八分之一。傳統(tǒng)工藝在清洗后，要將硅片放入150℃的烘箱內(nèi)烘干，去除水份。耗電量大，而且烘干后，硅片上因烘干前后溫差變化懸殊會產(chǎn)生靜電，在搬運過程中容易吸附環(huán)境中的灰塵，造成二次污染。這些污染在后續(xù)加工工藝中是無法去除的，降低了清洗的功效，又會使太陽能電池性能產(chǎn)生不利影響。本發(fā)明利用碳氫溶劑在添加表面活性劑后具備脫水的功能，以及硅片浸入碳氫溶劑后，能改變硅片表面極性，防止硅片表面產(chǎn)生靜電，將硅片直接浸入碳氫溶劑中脫水，脫除的水會沉降到碳氫溶劑下面。同時，由于碳氫溶劑蒸發(fā)能力比水強，尤其是改變碳氫溶劑的焓值后，能快速蒸發(fā)，所以本發(fā)明的熱焓干燥只要采用60-80℃的溫度即可使硅片干燥，減少耗電量又真正確保洗凈的效果。
傳統(tǒng)蝕刻和清洗是建立在以強酸為主要清洗介質(zhì)基礎(chǔ)上設(shè)計的，其槽體機架、各零部件及廠房耐腐蝕性具有很高的要求，造價昂貴；而本發(fā)明則在防腐方面并無太高要求，只要除與液體接觸部位采用SUS304不銹鋼材料外，其他部位零部件表面均只需采用一般涂復處理。


圖1，工藝流程2，一體化處理機結(jié)構(gòu)示意3，清洗籃升降裝置示意4，橫移裝置示意5，超聲波裝置示意6，介質(zhì)供應(yīng)裝置示意7，蝕刻槽結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的方法，包含有水、酸、堿參與蝕刻和洗凈，其特點是并有超聲波參與蝕刻和清洗過程；由以下操作程序完成蝕刻、清洗、干燥①超聲波預洗、預熱用水的清洗液清除硅片上的切割屑，冷卻液等雜物，并將常溫的硅片在清洗液中加熱至40～50℃；②超聲波去損傷層將硅片浸泡在80～90℃ 5％的NaOH的溶液中，浸泡5分鐘，由超聲波的空化氣泡，均勻液體質(zhì)量濃度，剝離損傷層；③超聲波制絨處理將硅片先后浸泡在80～90℃，2-5％的NaOH，5-10％的異丙醇和余量為純水的混合液4個槽的制絨液中，各浸泡5分鐘，由超聲波的空化氣泡，均勻液體質(zhì)量濃度，借助聲波在液體中形成的空化作用，將附著在硅片表面的氫氣氣泡振裂，溢出；使制絨液充分與硅片接觸，促使其形成均勻的棱錐紋理；④超聲波漂洗硅片從制絨液中取出，放入超純水中，用超聲波的能量，置換出紋理根部的制絨液；⑤超聲波中和水槽放置超純水，并添加純凈的會用檸檬酸，添加量約為萬分之六重量比，使PH值在5-6之間，當硅片進入酸性液體內(nèi)，借助超聲波，使硅片表面得到快速中和反應(yīng)；⑥超聲波漂洗本工序為逐級高置的3個槽，均流入超純水，純水從后道工位向前道工位由高位槽逐級向低位槽溢流；⑦切水俗稱脫水，切水為2個工位，本工位槽體內(nèi)放置碳氫溶劑，硅片浸入槽液，開啟排水閥，排出下沉的水；⑧熱焓干燥該工序利用溫度、壓力的變化，改變硅片殘留的碳氫溶劑的焓，使其快速蒸發(fā)，該裝置為一個槽體，槽體上部安裝氣動門；槽體外部配置3臺風機，一臺專送熱風、一臺專送冷風、另外一臺專門抽風，熱風機和冷風機交叉工作，忽冷忽熱，而抽氣和送風能微量改變槽體的壓力；所有送風機吸入的空氣都經(jīng)過100級過濾。
所述的超聲波是每升液體20W的功率分布，頻率為40KHz；所述的制絨液是液溫為80～90℃，2-5％的NaOH，5-10％的異丙醇和余量為純水的混合液；單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的一體化處理機，包含放置單晶硅的清洗籃，移動清洗籃的傳送機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是放置單晶硅的清洗籃，由傳送機構(gòu)分別按序或同步送入超聲波預洗、預熱槽位1、超聲波去損傷層槽位2、超聲波制絨槽位3、超聲波制絨槽位4、超聲波制絨槽位5、超聲波制絨槽位6、超聲波漂洗槽位7、超聲波中和槽位8、超聲波漂洗槽位9、超聲波漂洗槽位10、超聲波漂洗槽位11、切水槽位12、切水槽位13、熱焓干燥槽位14；所述分別按序或同步送入槽位，是由升降裝置15，和橫移裝置16操作實現(xiàn)，并由各槽位的超聲波裝置17，介質(zhì)供應(yīng)裝置18配合完成。所述的制絨槽其結(jié)構(gòu)是采用上下復合槽體19，下槽20放置制絨液21，上槽22放置冷卻盤管23，下槽底面集聚式傾斜24收集反應(yīng)物硅酸納，上槽的冷卻盤管收集制械液中異丙醇的揮發(fā)氣體，并捕捉部份加熱過程中蒸發(fā)的水蒸氣。
所述的介質(zhì)供應(yīng)裝置是儲液箱25、補液箱26、水泵27、定量加藥裝置28、電加熱裝置29組成。
氣缸30安裝在氣缸機座31上，清洗籃34放置在托架33上，托架安裝在直線軸承32上，整個托架在氣缸推拉下可以在槽體35內(nèi)上下移動。橫移氣缸36安裝在固定機架37上，抓鉤氣缸36安裝在固定機架37上，抓鉤氣缸38安裝在連接桿39上，橫移氣缸缸桿與抓鉤氣缸缸桿用連接套40連接，連接板另一端與滑塊41相連，抓鉤支架43上部螺合在滑塊上，抓鉤支架的下部安裝抓鉤44，用于抓放清洗籃34。
制絨液46儲存在儲液槽25內(nèi)，由電加熱裝置29加熱，然后由水泵27抽取制絨液送入相應(yīng)的蝕刻槽內(nèi)，制絨液注滿蝕刻槽后會從蝕刻槽上沿溢流回儲液槽25，補液槽26會在儲液槽缺液時自動補充，加藥裝置28定量補充NaOH和異丙醇。
在蝕刻槽19下部安裝投入式超聲波裝置45，在預洗、中和、漂洗槽體47內(nèi)安裝底復式超聲波裝置48，所有超聲波均通過制絨液21和純水49傳遞能量。
權(quán)利要求
1，單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的方法，包含有水、酸、堿參與蝕刻和洗凈，其特征是并有超聲波參與蝕刻和清洗過程；由以下操作程序完成蝕刻、清洗、干燥①超聲波預洗、預熱用水的清洗液清除硅片上的切割屑，冷卻液等雜物，并將常溫的硅片在清洗液中加熱至40～50℃；②超聲波去損傷層將硅片浸泡在液溫為80～90℃、5％的NaOH的溶液中，浸泡5分鐘，由超聲波的空化氣泡，均勻液體質(zhì)量濃度，剝離損傷層；③超聲波制絨處理將硅片先后浸泡在80～90℃，2-5％的NaOH，5-10％的異丙醇和余量為純水的混合液4個槽的制絨液中，各浸泡5分鐘，并置入超聲波；④超聲波漂洗硅片從制絨液中取出，放入超純水中，并置入超聲波；⑤超聲波中和水槽放置超純水，并添加純凈的檸檬酸，添加量約為萬分之六重量比，使PH值在5-6之間，當硅片進入酸性液體內(nèi)，置入超聲波；⑥超聲波漂洗本工序為逐級高置的3個槽，均流入超純水，純水從后道工位向前道工位由高位槽逐級向低位槽溢流；⑦切水俗稱脫水，切水為2個工位，本工位槽體內(nèi)放置碳氫溶劑，硅片浸入槽液，開啟排水閥，排出脫出的下沉的水；⑧熱焓干燥槽體上部安裝氣動門；槽體外部配置3臺風機，一臺送熱風、一臺送冷風、另外一臺抽風，熱風機和冷風機交叉工作，所有送風機吸入的空氣都經(jīng)過100級過濾。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽能電池的蝕刻及洗凈方法，其特征是所述的超聲波是每升液體20W的功率分布，頻率為40KHz。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽能電池的蝕刻及洗凈方法，其特征是所述的制絨液是其濃度為2-5％的NaOH，5-10％的異丙醇和余量為純水的混合液。
4，單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的一體化處理機，包含放置單晶硅清洗籃的槽體，移動清洗籃的傳送機構(gòu)，其特征是放置單晶硅的清洗籃，由傳送機構(gòu)分別按序或同步送入超聲波預洗預熱槽位(1)、超聲波去損傷層槽位(2)、超聲波制絨槽位(3)、超聲波制絨槽位(4)、超聲波制絨槽位(5)、超聲波制絨槽位(6)、超聲波漂洗槽位(7)、超聲波中和槽位(8)、超聲波漂洗槽位(9)、超聲波漂洗槽位(10)、超聲波漂洗槽位(11)、切水槽位(12)、切水槽位(13)、熱焓干燥槽位(14)；所述分別按序或同步送入槽位，是由升降裝置(15)，和橫移裝置(16)操作實現(xiàn)，并由各槽位的超聲波裝置(17)，介質(zhì)供應(yīng)裝置(18)配合完成。
5，根據(jù)權(quán)利要求4所述單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的一體化處理機，其特征是所述的制絨槽其結(jié)構(gòu)是采用上下復合槽體(19)，下槽(20)放置制絨液(21)，上槽(22)放置冷卻盤管(23)，下槽底面集聚式傾斜(24)收集反應(yīng)物硅酸納，上槽的冷卻盤管收集制絨液中異丙醇的揮發(fā)氣體，并捕捉部份加熱過程中蒸發(fā)的水蒸氣。
6，根據(jù)權(quán)利要求4所述單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的一體化處理機，其特征是所述的介質(zhì)供應(yīng)裝置是儲液箱(25)、補液箱(26)、水泵(27)、定量加藥裝置(28)、電加熱裝置(29)組成。
全文摘要
單晶硅太陽能電池化學蝕刻、清洗、干燥的方法和它的一體化處理機，屬化學蝕刻技術(shù)和清洗技術(shù)領(lǐng)域。其特點是除了包含有水、酸、堿參于蝕刻和洗凈外，并有超聲波參與蝕刻和清洗過程；有以下操作程序完成蝕刻和清洗①超聲波預洗、預熱，②超聲波去損傷層，③超聲波制絨處理，④超聲波漂洗，⑤酸洗中和，⑥超聲波漂洗，⑦切水，⑧熱焓干燥。實施本發(fā)明后的積極效果是由于采用超聲波參與蝕刻和清洗過程后，制絨液能均勻地與硅片反應(yīng)，表面形成相近的粗糙程度，出現(xiàn)良好的棱錐圖案；也能使堿性溶液中存在的鉀、鈉離子去除干凈，延長硅片壽命；減少環(huán)境污染，大量節(jié)約能耗和水資源，是一個很實用的好發(fā)明。
文檔編號H01L31/18GK101087007SQ200710040549
公開日2007年12月12日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者鐘建成, 張劍, 李琴, 鐘建平, 朱偉國 申請人:上海明興開城超音波科技有限公司, 上海開成工業(yè)清洗設(shè)備有限公司