高效N型太阳能电池晶片清洗工艺的比较
引言
多种晶圆清洗技术在竞争高效太阳能电池应用领域展开了激烈争夺。其中一些是借鉴集成电路制造工艺而成，在本研究中我们对其进行了定性和定量对比分析，并重点考察了后三种技术在清洁效率及预扩散清洁适用性方面的差异。其中预扩散清洁被应用于加工效率超过21%的双面晶体和IBC n型光伏电池等工业领域。
普遍认为这些高效太阳能器件（包括PERC电池、双面n型太阳能电池中的BiSoN概念以及交叉背接触式太阳辐照度测量仪器中的ZEBRA概念）相比标准铝背式场效应晶体管（ISC）太阳辐照度测量仪器，则需要采用更为先进的晶圆清洗技术。
其工作电流效率约为20%（BiSoN概念）至21%以上（ZEBRA概念）。仅在高温阶段之前确保表面高度清洁时才能实现这一性能水平。
就其工业化应用而言，
实验
清洁效率的比较：根据图1清洗使用RENA monoTEX纹理化的晶片。
图1:比较的清洁程序，在本实验中，使用了二氯乙烷/二氟化氢混合物(2% / 2%)。
在所有清洗程序中, 氟化氢(d HF)的配比均为2%. POR及工业清洗液中氯化氢的配比均为3%, 浸泡时长控制在5分钟内. 在80℃条件下, 在SPM(硫酸过氧化氢混合物)中浸泡时长设定为10分钟. 整个POR工艺所需时长约为45分钟. 对于氟化氢/臭氧浴系统, 所使用的氟化氢配比低于0.5%. 通过臭氧发生器(BMT 803, 静电放电)产生O₃气体, 并将其与HF水溶液反应生成O₃气体. O₃的浓度通过光度测定法（采用BMT 964 AQ）测定并确定其值介于16至20 g/Sm³之间.
为了配置该浴液配方，在溶液中加入一份Seluris C，并并加入H₂O₂（基于30%霍尼韦尔Puranal浓度）以及6份去离子水以完成配制过程。随后将配制好的溶液加热至50℃进行处理，并保持浸泡时间为5分钟以达到最佳清洁效果。在实验报告中的图2中可以看到不同程序下的清洁效率对比结果，并且可以通过此图表分析各程序下金属表面浓度变化情况。实验数据显示，在每平方厘米含有1×10¹⁰至3×1⁰¹⁰个原子/平方厘米（atoms/cm²）范围内的元素之间定量极限存在显著差异
铝钛铬锰铁镍铜
图2展示了采用多种清洁程序前后金属表面污染程度的变化情况
输入值见图3，计算出的清洗液浓度见图4。
从晶片表面开始
铜铁
500-1000
E10原子/cm2
500-1000
晶片表面的输出
铜铁
15
E10原子/cm2
14
图3展示了清洗槽中金属污染物富集配置的模拟设置。假设晶片中的污染物是在清洗槽内被去除而非后续dHF步骤处理以避免二次污染。排放与进料操作采用新鲜化学物质进行处理（其中每个晶片配制200升液体）
图4:模拟结果：浴中浓度与晶片数的关系
为了评估槽老化对晶片表面元素浓度的影响, 采用1 00 g / L 的铜-铁标准溶液（其中含有2 % HNO₃中的卡尔·罗斯原子吸收标准溶液）配置新的清洁槽系统. 在第一个测试位置处加入相当于5 /pp b 浓度的铁和铜, 第二个测试位置注入相当于5 /pp b 浓度, 第三个测试区域注入2 /pp b ppm 浓度（并在水中生成了测定值分别为 4 ppm、48 ppm 和 316 ppm 的情况）. 将经过 SPM 清洗后的晶片分别置于标定清洗槽中浸泡1 min 和1 min 短时间间隔. 在收集并分析金属表面污染物后, 在电感耦合等离子体质谱仪上进行定性与定量分析之前, 在图 中标明各测试位置.
图5:铁(顶部)和铜(底部)的输出测试结果
铁表面浓度
铜表面浓度[1E10原子/cm2]
图6:铁(顶部)和铜(底部)加标清洗槽的清洗效率测试结果
在每个清洗流程结束后，在稀释的氟化氢溶液中可以观察到铁元素的良好溶解特性；然而，在我们的检测极限（POR）范围内（此处指检测极限），铜元素的浓度呈现出显著差异性特征：其最大值可达6×10¹⁰ 原子每平方厘米
图7:将碱性纹理晶圆浸入不同加标清洗槽中获得的表面污染
处理具有对称性的寿命样本后，在图8 c)与d)中获得了相应的结构信息。首先将受污染的晶圆进行了硼与磷元素的扩散处理，并对其两侧进行了钝化处理以改善接触性能。随后通过QSS-PC机器系统评估烧制后产品的使用寿命，在图9中展示了隐含Voc值与铜表面浓度之间的关系
本研究主要关注图8中从上至下的BiSoN细胞结构及其前驱体结构，并考察其在太阳能电池全过程中所起的作用；同时将重点关注具有对称寿命特性的样品结构
铜表面浓度[1E10原子/cm2]
图9展示了隐含挥发性有机化合物与铜的相关性及其磷(a)和硼(b)扩散污染特性。从图9中的两个实验结果可以看出，在表面浓度达到5e11至6e11个原子/平方厘米时才可检测出隐含Voc明显减少的现象。然而，在C组实验中已经表现出磷扩散电压显著下降约2毫伏以及硼扩散电压显著下降约0.8毫伏的趋势。基于以上观察结果推测,本工艺的最佳生产阈值应设定为每平方厘米不超过E_{\text{threshold}}=5\times 10^{\text{E}^{\text{a}}}的数量级范围以内以确保最佳生产效果。
结果和讨论
高效电池工艺对清洁技术的要求更为严格。然而 cleaning process must possess simplicity and cost-effectiveness. 两种替代方案已被证实适用于大规模生产. 根据实验数据得出, 在标准工艺扩散步骤之前达到 1E12 原子/cm² 的临界铜表面浓度。
总结
有必要对相关流程进行进一步的测试与优化。例如，在氟化氢与臭氧的进料及排放条件设置上仍需做出相应调整以规避潜在风险。鉴于当前达到或接近临界污染水平的状态下实施这些措施将是必要的选择。从整体上说，在大规模生产环境中验证这一假设将有助于推动这两种技术向更广泛的应用范围扩展。