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        基于單晶硅制絨金字塔生長異常的解決方法

        2018-01-17 17:55:25湯歡張波寧楊偉光
        電子技術(shù)與軟件工程 2017年24期
        關(guān)鍵詞:單晶硅數(shù)據(jù)分析金字塔

        湯歡+張波寧+楊偉光

        摘 要

        本文研究的是單晶硅太陽能電池堿制絨后出現(xiàn)異常表面的分析方法。以正常生產(chǎn)中出現(xiàn)的亮片表面為例,進行全面解析,通過SEM對不同制絨后的片進行金字塔的大小測量及ImageJ軟件統(tǒng)計單位面積的金字塔個數(shù)進行數(shù)據(jù)比較得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù),分析影響晶體硅金字塔結(jié)構(gòu)生長異常的原因,便于查找相關(guān)的工藝和設(shè)備問題,為晶體硅太陽能制絨的正常生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)分析參考和經(jīng)驗積累。

        【關(guān)鍵詞】單晶硅 制絨 金字塔 工藝 設(shè)備 數(shù)據(jù)分析 經(jīng)驗積累

        單晶制絨的工藝以及設(shè)備運行狀態(tài)對表面制絨的效果起著非常重要的作用。制絨設(shè)備的運行狀態(tài)直接影響著工藝的正常進行,工藝的正常運行及穩(wěn)定性直接影響著制絨效果,金字塔的生長等等。理想質(zhì)量的金字塔的形成,受到了諸多因素的影響,包括工藝穩(wěn)定性和設(shè)備的運行狀態(tài)等。

        1 案例解析

        金字塔結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀對單晶硅絨面的反射率會產(chǎn)生很大影響,反射率的異常也會對硅片的表面產(chǎn)生直接影響。本文以單晶電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的制絨亮面表面為例進行解析。分別從金字塔尺寸、單位面積金字塔個數(shù)及反射率三方面對正常制絨后和亮片表面制絨后的硅片進行對比,討論了由于金字塔異常導(dǎo)致的不同結(jié)果,并結(jié)合得到的數(shù)據(jù)對工藝和設(shè)備進行問題查找,并提出解決方案。

        1.1 金字塔尺寸對比

        對正常硅片及出現(xiàn)的亮面表面進行垂直角度3000倍掃描電鏡表征對比,從SEM上看,正常片的金字塔大小在5-7μm,亮片的金字塔較正常片的金字塔要偏大在9-10μm,有的部位金子塔較小,有未成核處。選取相同面積進行對金字塔進行統(tǒng)計分析,制絨后正常硅片有449個金字塔,而亮片相同視場面積下僅有150個金字塔。

        1.2 反射率對比

        從圖1數(shù)據(jù)可以看出亮片的反射率要比正常片的反射率偏高。

        小結(jié):分析表明腐蝕速率在一定程度上決定了金字塔的結(jié)構(gòu),在合適的腐蝕速率下,成核與生長達到一個平衡,形成大小合適、結(jié)構(gòu)完整且密布整個硅片表面的金字塔結(jié)構(gòu);腐蝕速率較高時,金字塔的生長大于成核,表現(xiàn)的絨面結(jié)構(gòu)為大金字塔,且表面有未成核處。導(dǎo)致出現(xiàn)亮面表面的原因也就是腐蝕速率發(fā)生了變化。

        2 問題查找

        問題查找包括工藝問題和設(shè)備問題,兩者息息相關(guān),當工藝成熟運行時,設(shè)備因素的影響又會制約工藝的運行。工藝問題和設(shè)備問題同時進行查找解析處理。

        2.1 確認工藝加載的正確性

        不同的工藝配比直接影響著制絨效果,腐蝕深度、金字塔的成核及生長都會受到影響。在生產(chǎn)正常進行時出現(xiàn)異常表面首先要檢查加載工藝是否正確。

        2.2 確認工藝運行的正常性及解決方案

        影響制絨效果的因素包括藥液濃度、工藝時間、溫度等。當工藝加載正常,但是運行不正常,也會影響最終的工藝效果。確保工藝正常的運行是生產(chǎn)的基礎(chǔ)工作,工藝的正常運行又需要以設(shè)備正常運行做為基礎(chǔ)。解決方案如下:

        2.2.1 報警及運行記錄查詢

        根據(jù)對應(yīng)的時間查找相應(yīng)的報警信息,對該時間段內(nèi)存在設(shè)備異常問題進行匯總。推算表面出現(xiàn)的時間,根據(jù)時間查運行記錄,查相關(guān)的各槽的反應(yīng)時間、溫度范圍等。

        解決方案:通過運行記錄和報警記錄,標記對應(yīng)的時間,查找報警原因,由于設(shè)備問題帶來的隱患導(dǎo)致的超時,包括槽蓋報警、機械手運行錯誤報警、傳感器異常報警等。

        2.2.2 補液記錄查詢

        查看補液過程中是否存在異常。補液異常包括在反應(yīng)中不補液,反應(yīng)中補液時間不對,補液值不是工藝設(shè)定值,或者在報警記錄中出現(xiàn)的供液系統(tǒng)壓力不足等。

        解決方案:補液值不是工藝設(shè)定值,需要確定工藝加載的準確性;反應(yīng)中不補液或補液時間不對,需進行多槽多批次的記錄查詢;針對報警記錄中出現(xiàn)的供液系統(tǒng)壓力不足的問題,要對外圍工藝系統(tǒng)能否正常工作進行監(jiān)控。

        2.2.3 藥液校準

        對使用的藥液進行校準,藥液的精準性直接影響著生產(chǎn)的藥液濃度,濃度不同導(dǎo)致工藝運行出現(xiàn)問題,最終出現(xiàn)表面問題。

        3 小結(jié)

        影響金字塔生長的因素對金字塔成核過程起著至關(guān)重要的作用。當工藝確定后,設(shè)備的運行狀態(tài)又制約著工藝的正常運行,當工藝參數(shù)已經(jīng)滿足在運行周期內(nèi)穩(wěn)定,出現(xiàn)異常問題后多數(shù)是由設(shè)備間接導(dǎo)致的,所以在生產(chǎn)環(huán)節(jié),設(shè)備和工藝是密不可分。

        本文是以單晶制絨過程中出現(xiàn)的異常表面為例,做相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析,最終通過查找工藝和設(shè)備的影響因素解決實際問題,主要是提供一個解決問題的思路,為生產(chǎn)積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

        參考文獻

        [1]呂紅杰,沈鴻烈,沈洲,劉斌,李斌斌.太陽電池用單晶Si表面的織構(gòu)化研究[J].電子器件,2011(05).

        [2]席珍強,楊德仁,吳丹,張輝,陳君,李先杭,黃笑容,蔣敏,闕端麟.單晶硅太陽電池的表面織構(gòu)化[J].太陽能學(xué)報,2002(03).

        [3]許彥旗,汪義川,季靜佳,施正榮.關(guān)于單晶硅各向異性腐蝕機理的討論[A].21世紀太陽能新技術(shù)——2003年中國太陽能學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C].2003.

        [4]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結(jié)構(gòu)的研究[D].鄭州大學(xué),2005.

        作者單位

        光伏材料與技術(shù)國家重點實驗室 河北省保定市 071051endprint

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