太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗研究

一、背景技术

近年来，太阳能电池片生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，使得光伏发电的应用日益普及并迅猛发展，逐渐成为电力供应的重要来源。太阳能电池片可以在阳光的照射下，把光能转换为电能，实现光伏发电。

太阳能电池片的生产工艺比较复杂，简单说来，目前的太阳能电池片的生产过程可以分为以下几个主要步骤：

S11、超声清洗，利用超声波清洗硅片表面;

S12、制绒面，通过化学反应在原本光滑的硅片表面形成凹凸不平的结构，以增强光的吸收;

S13、扩散，将P 型的硅片放入扩散炉内，通过硅原子之间的空隙使N 型杂质原子由硅片表面层向硅片内部扩散，形成 PN 结，使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样便形成电流，也就使硅片具有光伏效应;

S14、等离子刻蚀，去除扩散过程中在硅片边缘形成的将 PN 结短路的导电层;

S15、去磷硅玻璃，化学清洗硅片表面，去掉反应形成的磷硅玻璃;

S16、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子增强的化学气相沉积 )，即沉积减反射膜，利用薄膜干涉原理，减少光的反射，起到钝化作用，增大电池的短路电流和输出功率，提高转换效率;

S17、丝网印刷烧结，采用银浆印刷正电极和背电极，采用铝浆印刷背场，以收集电流并起到导电的作用，在高温下使印刷的电极与硅片之间形成欧姆接触;

S18、测试分选。

在 PECVD 过程中，会在电池片表面镀上一层氮化硅膜。与此同时，电池片所在的载片基板上没有放置电池片的地方也会镀上氮化硅，随着载片基板表面的氮化硅逐渐变厚，载片基板受到的局部压力也会变大，如此会导致载片基板弯曲变形，变形的载片基板又会导致电池片镀膜时出现膜厚不均匀甚至碎片的现象发生，所以要对载片基板表面的氮化硅做定时的清洗。

现有的载片基板均为太阳能电池PECVD后的基板，其清洗方式为：

在利用现有方法清洗太阳能电池PECVD后的基板时，固态的干冰变为气态的二氧化碳，如此使得氮化硅膨胀爆裂，但是与此同时，太阳能电池PECVD后的基板也会受到固态的干冰变为气态的二氧化碳时的作用，由于石墨为一层一层的压缩结构。

因此，当其长时间被“干冰清洗机”清洗后，层层压缩的石墨结构将变得松散，导致其坚硬度下降，因而降低了太阳能电池PECVD后基板的使用寿命。

二、本文清洗方法

本方法提供一种太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗方法，以解决采用现有方法对太阳能电池PECVD后基板进行清洗后基板使用寿命减小的问题。

在清洗槽内采用氢氟酸溶液(氢氟酸溶液的浓度为 3%～ 15%)对表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板进行清洗，直至去除太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅。

具体包括如下：

1、将太阳能电池PECVD后基板置于清洗槽内，且使太阳能电池PECVD后基板上覆有氮化硅的一面朝下放置;

2、在清洗槽内通入清水，使所述清水淹没所述太阳能电池PECVD后基板，并记录通入清水的体积;在清洗槽内通入浓度为 40%的氢氟酸，且使通入的氢氟酸的体积与清洗槽内清水的体积比为 1 ∶ 4 ～ 1 ∶ 10。

将配制好的氢氟酸溶液通入清洗槽内，使所述氢氟酸溶液淹没所述太阳能电池PECVD后基板。

3、在清洗槽内采用氢氟酸溶液去除太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅，使表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板在氢氟酸溶液中浸泡 8h ～ 16h。

4、去除太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅之后，将清洗槽内的氢氟酸溶液排放出去;

5、清洗槽内通入清水，且使所述清水淹没所述太阳能电池PECVD后基板;使太阳能电池PECVD后基板在所述清水中浸泡 8h。

6、再次使所述太阳能电池PECVD后基板在清水中浸泡 8h。

7、太阳能电池PECVD后基板从清洗槽内捞出并晾干。

三、本方法优势

1、清洗槽的制作材料为耐强酸材料或聚氯乙烯。

2、本方法所提供的方法采用化学方法去除氮化硅，即：利用氢氟酸与氮化硅的化学反应来清洗氮化硅，由于氢氟酸不与石墨发生反应，所以不会对太阳能电池PECVD后的基板造成影响，保持了基板原有的物理性质，不会降低基板的使用寿命

四、实施例

在清洗槽内采用氢氟酸溶液对表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板进行清洗，直至去除太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅。

本方法所提供的方法采用化学方法去除氮化硅，即：利用氢氟酸与氮化硅的化学反应来清洗氮化硅，由于氢氟酸不与石墨发生反应，所以不会对太阳能电池PECVD后的基板造成影响，保持了基板原有的物理性质，不会降低基板的使用寿命。

实施例一：

参考图 1，图 1 为本方法所提供的一种太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

S11、将太阳能电池PECVD后基板置于清洗槽内，且使太阳能电池PECVD后基板上覆有氮化硅的一面朝下放置。

所述清洗槽的制作材料为耐强酸材料，本实施例优选为聚氯乙烯。

S12、向所述清洗槽内通入清水，使所述清水淹没所述太阳能电池PECVD后基板，并记录通入清水的体积。

S13、向所述清洗槽内通入浓度为 40%的氢氟酸，且使通入的氢氟酸的体积与清洗槽内清水的体积比为 1 ∶ 4 ～ 1 ∶ 10，使得氢氟酸溶液的浓度达到 3%～ 15%。

氮化硅在氢氟酸溶液内会与氢氟酸发生反应，反应方程式为：

S13N4+16HF = 3SIF4 ↑ +4NH4F，

反应生成的四氟化硅为气体，氟化铵可溶于水，如此，即可去除太阳能电池PECVD后表面的氮化硅。

需要说明的是，如果在步骤 S13 中通入氢氟酸的速度太快，则会使清洗槽内溶液浓度分布不均匀，这样将对工作人员的人身安全造成威胁，因此通入氢氟酸的时候需要缓慢的通入，以保证工作人员的安全;此外，通入的氢氟酸也可以是其他浓度的氢氟酸，例如：浓度为 47%左右的氢氟酸。

S14、使表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板在氢氟酸溶液中浸泡 8h ～ 16h，当氮化硅被清洗掉之后，捞出太阳能电池PECVD后基板，晾干。

本实施例可以通过肉眼观察判断氮化硅是否被清洗掉。

本实施例采用化学方法去除氮化硅，即：利用氢氟酸与氮化硅的化学反应来清洗氮化硅，由于氢氟酸不与石墨发生反应，所以不会对太阳能电池PECVD后的基板造成影响，保持了基板原有的物理性质，不会降低基板的使用寿命。

此外，应用此方法来清洗太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅，并不需要购买干冰清洗机等物理清洗方法所需要的设备以及干冰，因此又降低了清洗成本。

实施例二：

参考图 2，图 2 为本方法所提供的另一种太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

S21、将太阳能电池PECVD后基板置于清洗槽内，且使太阳能电池PECVD后基板上覆有氮化硅的一面朝下放置。

所述清洗槽的制作材料为耐强酸材料，本实施例优选为聚氯乙烯。

S22、采用体积比在 1 ∶ 4 ～ 1 ∶ 10 之间的浓度为 40%的氢氟酸和清水配制氢氟酸溶液，配好的氢氟酸溶液浓度为 3%～ 15%。

优选的，可以采用体积比在 1 ∶ 6 ～ 1 ∶ 7 之间的浓度为 40%的氢氟酸和清水配制氢氟酸溶液;更优选的，采用体积比为 1 ∶ 6.5 的浓度为 40%的氢氟酸和清水配制氢氟酸溶液。

S23、将配制好的氢氟酸溶液通入清洗槽内，使所述氢氟酸溶液淹没所述太阳能电池PECVD后基板。

S24、将表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板在氢氟酸溶液中浸泡 8h ～ 16h，清洗掉氮化硅之后，将太阳能电池PECVD后基板捞出，晾干。

此外，本实施例还可以将需要清洗的太阳能电池PECVD后基板放入已经配制好的氢氟酸溶液中，但是，如此会对操作人员造成危险，为了安全起见，应避免使用此方法。

实施例三：

参考图 3，图 3 为本方法所提供的又一种太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

S31、将清洗槽置于有排风装置的容器中。

S32、将太阳能电池PECVD后基板置于清洗槽内，开启排风装置，并向所述清洗槽内通入氢氟酸溶液。

具体的，该步骤的实施过程可参考实施例二中步骤 S21 ～ S23，当然，也可以依照实施例一中步骤 S11 ～ S13 来实施。

所述排风装置在向所述清洗槽内通入氢氟酸溶液之前开启，所述排风装置也可以在步骤 S31 之后即开启。

开启所述排风装置后，还可以调节排风速度，一般将排风速度设置在 5m/s ～ 10m/ s 之间。

由于清洗槽内氢氟酸溶液易挥发，产生氟化氢气体，且清洗槽内氢氟酸与氮化硅的反应生成物有四氟化硅气体，并且氟化氢气体和四氟化硅气体均有刺激性气味，所以本实施例所提供的方法可以保护操作人员的安全。

S33、使表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板在氢氟酸溶液中浸泡 8h ～ 16h。

一般情况下，使表层覆有氮化硅的太阳能电池PECVD后基板在氢氟酸溶液中浸泡 8h ～ 16h，即可清洗掉太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅。

S34、将清洗槽内的氢氟酸溶液排放出，并采用清水对太阳能电池PECVD后基板进行第一次清洗。

具体实施过程中，首先将清洗槽内的氢氟酸溶液排放出去;之后向所述清洗槽内通入清水，且使所述清水淹没所述太阳能电池PECVD后基板;使所述太阳能电池PECVD后基板在所述清水中进行第一次清洗，第一次清洗的时间可以为 8h 左右。

S35、将清洗槽内的清水排放出，再次采用清水对太阳能电池PECVD后基板进行第二次清洗。

具体实施过程中，首先将清洗槽内对太阳能电池PECVD后基板进行第一次清洗所用的清水排放出去;然后向所述清洗槽内再次通入清水，且使通入的清水淹没所述太阳能电池PECVD后基板;使所述太阳能电池PECVD后基板在所述清水中进行第二次清洗，第二次清洗的时间为 8h 左右。

通过步骤 S34 和 S35 中对太阳能电池PECVD后基板的清洗，可以将基板表面附着的氢氟酸和氟化铵去掉，尽可能的保持了太阳能电池PECVD后基板的物理特性，保持了其应有的寿命。

S36、将所述太阳能电池PECVD后基板从清洗槽内捞出并晾干。

综上可知，本方法所提供的太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗方法，利用氢氟酸与氮化硅的化学反应来实现去除太阳能电池PECVD后基板表层的氮化硅，由于在去除氮化硅的过程中氢氟酸不与石墨发生反应，所以不会对太阳能电池PECVD后基板造成影响，保持了基板原有的物理性质，进而不会降低基板的使用寿命。

本方法各实施例中对太阳能电池PECVD后基板表层氮化硅的清洗方法的描述各有侧重点，相关、相似之处可相互参考。