太阳能硅片清洗及原理

太阳能硅片的清洗很重要，它影响电池的转换效率，如器件的性能中反向电流迅速加大及器件失效等。因此硅片的清洗很重要，下面主要介绍清洗的作用和清洗的原理。

清洗的作用

1.在太阳能材料制备过程中，在硅表面涂有一层具有良好性能的减反射薄膜，有害的杂质离子进入二氧化硅层，会降低绝缘性能，清洗后绝缘性能会更好。

2.在等离子边缘腐蚀中，如果有油污、水气、灰尘和其它杂质存在，会影响器件的质量，清洗后质量大大提高。

3.硅片中杂质离子会影响P-N结的性能，引起P-N结的击穿电压降低和表面漏电，影响P-N结的性能。

4.在硅片外延工艺中，杂质的存在会影响硅片的电阻率不稳定。

清洗的原理

要了解清洗的原理，首先必须了解杂质的类型，杂质分为三类：一类是分子型杂质，包括加工中的一些有机物;二类是离子型杂质，包括腐蚀过程中的钠离子、氯离子、氟离子等;三是原子型杂质，如金、铁、铜和铬等一些重金属杂质。目前最常用的清洗方法有：化学清洗法、超声清洗法和真空高温处理法。

1.目前的化学清洗步骤有两种：

(1)有机溶剂(甲苯、丙酮、酒精等)→去离子水→无机酸(盐酸、硫酸、硝酸、王水)→氢氟酸→去离子水

(2)碱性过氧化氢溶液→去离子水→酸性过氧化氢溶液→去离子水

下面讨论各种步骤中试剂的作用。

a.有机溶剂在清洗中的作用

用于硅片清洗常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、酒精等。在清洗过程中，甲苯、丙酮、酒精等有机溶剂的作用是除去硅片表面的油脂、松香、蜡等有机物杂质。所利用的原理是“相似相溶”。

b.无机酸在清洗中的作用

硅片中的杂质如镁、铝、铜、银、金、氧化铝、氧化镁、二氧化硅等杂质，只能用无机酸除去。有关的反应如下：

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O

2Ag+2H2SO4=2Ag2SO4+SO2↑+2H2O

Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

Ag+4HNO3=AgNO3+2NO2↑+2H2O

Au+4HCl+HNO3=H[AuCl4]+NO↑+2H2O

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

如果HF过量则反应为：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

H2O2的作用：在酸性环境中作还原剂，在碱性环境中作氧化剂。在硅片清洗中对一些难溶物质转化为易溶物质。如：

As2S5+20H2O2+16NH4OH=2(NH4)3AsO4+5(NH4)2SO4+28H2O

MnO2+H2SO4+H2O2=MnSO4+2H2O+O2↑

c.RCA清洗方法及原理

在生产中，对于硅片表面的清洗中常用RCA方法及基于RCA清洗方法的改进，RCA清洗方法分为Ⅰ号清洗剂(APM)和Ⅱ号清洗剂(HPM)。Ⅰ号清洗剂(APM)的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的氨水按体积比为：5:1：1至5:2：1;Ⅱ号清洗剂(HPM)的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的盐酸按体积比为：6:1：1至8:2：1。其清洗原理是：氨分子、氯离子等与重金属离子如：铜离子、铁离子等形成稳定的络合物如：[AuCl4]-、[Cu(NH3)4]2+、[SiF6]2-。

清洗时，一般应在75～85℃条件下清洗、清洗15分钟左右，然后用去离子水冲洗干净。Ⅰ号清洗剂(APM)和Ⅱ号清洗剂(HPM)有如下优点：

(1)这两种清洗剂能很好地清洗硅片上残存的蜡、松香等有机物及一些重金属如金、铜等杂质;

(2)相比其它清洗剂，可以减少钠离子的污染;

(3)相比浓硝酸、浓硫酸、王水及铬酸洗液，这两种清洗液对环境的污染很小，操作相对方便。

2.超声波在清洗中的作用

目前在半导体生产清洗过程中已经广泛采用超声波清洗技术。超声波清洗有以下优点：

(1)清洗效果好，清洗手续简单，减少了由于复杂的化学清洗过程中而带来的杂质的可能性;

(2)对一些形状复杂的容器或器件也能清洗。

超声波清洗的缺点是当超声波的作用较大时，由于震动磨擦，可能使硅片表面产生划道等损伤。

超声波产生的原理：高频震荡器产生超声频电流，传给换能器，当换能器产生超声震动时，超声震动就通过与换能器连接的液体容器底部而传播到液体内，在液体中产生超声波。

3.真空高温处理的清洗作用

硅片经过化学清洗和超声波清洗后，还需要将硅片真空高温处理，再进行外延生长。真空高温处理的优点：

(1)由于硅片处于真空状态，因而减少了空气中灰尘的玷污;

(2)硅片表面可能吸附的一些气体和溶剂分子的挥发性增加，因而真空高温易除去;

(3)硅片可能玷污的一些固体杂质在真空高温条件下，易发生分解而除去。