高效光伏硅片制造中的水基超声化学清洗

引言

近年来，太阳能电池和电池板等可再生能源的使用量显著增加。在已安装的光伏系统中，90%以上的是单晶硅电池和多晶硅电池，具有成本低、面积大、效率较高的优点。清洁硅晶片的表面是器件处理技术中最关键的操作之一，特别是在光伏工业中。污染物的完全去除和表面可充电态的钝化是提高对表面重组速度敏感的硅太阳能电池的能量转换效率的非常重要的问题。关键是需要更多的能量来去除更小的粒子，因为在物理上传递微小尺寸的必要的力更困难。

在这种情况下，在其他技术中，超声波搅拌被广泛用于向湿清洗浴中添加能量。平面和图案硅片通常用超声波清洗。在这个过程中，晶片浸在高功率声波的化学活性溶液中。超声化学清洗已被证明是特别有效的，例如，预氧化后、化学前气相沉积、前外延生长、灰后和化学后硅晶片机械抛光。

实验

太阳级n型和p型硅晶片、晶晶和多晶在蒸馏水清洗浴中进行超声。设置如图1所示，施加于朗之万传感器的振幅为U0的振荡电压导致其振动，用硅片将声功率传递到充满水的烧瓶中。传感器-水的共振频率（28kHz）由水的高度h定义。在整个处理过程中，散装水的温度保持在70~80°C之间。在图1中所示的几何图形中，在U0≥45V时很容易观察到空化。

图1 对晶圆超声处理的实验装置示意图

SPV瞬态在电容器排列中测量。基于AC-SPV技术的扫描SPV装置，利用“飞行点”排列，用于获得SPV衰变和空间分辨的SPV图。该技术能够提供具有100µm空间分辨率的光电压大小和载流子寿命的晶圆图。用光谱仪揭示了硅表面的污染颗粒。

结果和讨论

清洗效率：

在本方法中，通过追踪有机粒子污染物的光学吸收带来确定清洁效率。由有机污染物产生的FTIR吸收光谱在图2中有几个峰标记。图2中的数据可以看出，有机颗粒污染物在短时间内有效地从晶片表面去除(cf。光谱2和3)和超声清洗表面的透射与常规清洗的晶片（光谱3和1）非常相似。

图2 具有表面的晶体硅晶片的FTIR光谱，常规清洗的（1），覆盖着一层薄薄的碳氢化合物污染物，随后在15min（3）期间在超声波浴中清洗

总结

综上所述，在超声搅拌蒸馏水中，有机颗粒污染物从硅片表面有效去除，同时缩短表面光电压衰减。这将降低载流子的寿命，并限制硅太阳能电池的转换效率。我们发现，单晶和多晶硅晶圆的缩短及其表面分布有明显差异。

这些数据初步用水的声化学分解和晶圆氢化来解释，多晶片中晶片的晶界增强了其氢化。我们的研究结果有助于促进制造光伏硅晶片的环保和无毒的清洁步骤，并试图提高太阳能级硅的光伏性能。

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