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太阳能硅片清洗工艺

1.药槽清洗液最好配比确定

由以上试验数据分析,在清洗剂浓度较低时,不能达成良好清洗效果,切割过程中吸附到Si片表面砂浆等沾污仍然停留在Si片表面。提升清洗剂用量,砂浆残留片数降低,不过连续加大清洗剂用量,又会造成新污染,即清洗剂残留，和砂浆残留一样,会影响Si片质量。所以选择其中效果最好配比为2.0L。

2．药槽清洗温度确实定

药槽清洗温度设置和表面活性剂性质亲密相关，这是因为在低温时非离子表面活性剂和水完全混溶,亲水基聚氧乙烯和水形成氢键能量低,伴随温度升高分子热运动加剧氢键被破坏,造成非离子表面活性剂在水中溶解度下降,当温度升高而且达成一定值时,非离子表面活性剂从水溶液中析出变混浊,此时温度即为浊点，温度对非离子表面活性剂去污能力影响是显著,研究表明当温度靠近于浊点时,清洗效果最好。经过试验得出40-55℃均可,但45℃为最好。

3.碱性清洗液和Si反应

选择生产线连续进行清洗一个药槽,从新配清洗液开始每隔1min测其pH值,所得数据图。

配置好准备清洗用碱性清洗液pH值在12~13,碱性很强,Si片浸人清洗液后,表面会产生大量直径在0.5mm左右气泡,认为是Si和清洗液中大量存在-OH发生以下反应:

Si+4OH-→(SiO4)4+2H2

反应连续进行,过程测量药槽中清洗液pH值,相比开始降低0.1-0.3,不过继续测量,pH值将保持在一定水平11.5-12左右不再继续下降,这是因为上步反应生成(SiO4)4是不稳定,它在水溶液中继续和水发生以下反应

(SiO4)4+4H20→Si(OH)4+4OH-

在式(1)中消耗OH-得到补充,在反应达成平衡后,OH-基础保持不变,如此清洗液pH值能够保持在一定范围而不连续下降,能够取得稳定清洗效果.

4.表面沾污起源

Si片内部原子排列整齐有序,每个Si原子4个价电子和周围原子价电子结合组成共价键结构。不过经过切割工序后,Si片表面垂直切片方向共价键遭到破坏而成为悬空键，这种不饱和键处于不稳定状态,含有能够俘获电子或其它原子能力,以减低表面能,达成稳定状态。当周围环境中原子或分子趋近晶片表面时,受到表面原子吸引力,轻易被拉到表面,在Si晶片表面富集,形成吸附,从而造成污染。理想表面实际是不存在,实际Si片表面通常包含三个薄层:加工应变层、氧化层和吸附层,在这三层下面才是真正意义上晶体Si。对于太阳能用Si片来说,加工应变层是指在线切工艺时所产生应变区,氧化层指新切出表面和大气接触造成氧化薄膜,厚度在几纳米到几十纳米之间,和留置在空气中时间相关,这也是切割后Si片假如不能立即进入下一工序,要立即浸泡到纯水中原因。Si片表面最外层即为吸附层,是氧化层和环境气氛界面,吸附部分污染杂质。这些沾污能够分为分子、离子、原子或分为有机杂质、金属和粒子。图所表示。

5.碱性清洗机理

碱性清洗液关键成份是苛性碱、磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐、鳌合剂和表面活性剂，苛性碱含有强碱性,能够中和Si片表面酸性沾污物,另外强碱皂化作用能够将油脂分解成可溶物质随清洗液冲走。磷酸盐和硅酸盐全部能提供一定清洁效果。碳酸盐含有弱碱性,pH值在9-9.5,碳酸盐关键作用是作为缓冲剂,使清洗液pH值保持在一定范围内。鳌合剂首先经过化学反应降低溶液中自由金属离子,其次经过竞争吸附提前吸附在Si片表面从而降低金属在Si片表面附着。碱性清洗液清洗效果和pH值也有着亲密关系,伴随清洗液反复使用,pH肯定下降,不过碳酸盐缓冲作用使这一过程速度显著降低,另外-OH和Si两步反应使得溶液中-OH浓度在反应达成平衡后基础保持不变,延长了清洗液使用时间,生产中药槽更换频次通常控制在每洗-4000片换一次清洗液。药槽中添加表面活性剂分子是由亲水基团和亲油基团组成,即可溶解在极性溶液中,又能够溶解在非极性溶液中。表面活性剂性质关键由亲水基团决定,一类是溶解于水后能解离离子型表面活性剂,另一类是在水中不能解离非离子型表面活性剂。在半导体清洗中为避免离子沾污通常使用非离子型表面活性剂。在切片过程中,切屑、油污、金属原子等易粘附在Si片表面,清洗液中表面活性剂首先能吸附多种粒子、有机分子,并在Si表面形成一层吸附膜,阻止粒子和有机分子污粘附在Si表面上,其次可渗透到粒子和油污粘附界面上,把粒子和油污从界面分离随清洗液带走,起到清洗作用使Si片表面洁净。通常来说在碱性清洗液中加人表面活性剂关键有以下2个作用：

1）降低表面张力

表面活性剂在溶液中排列情况和浓度相关,只有当浓度达一定值时,才能在溶液表面聚集足够数量形成单分子膜,从而降低