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1引言
单晶硅以其有较高的光电转换效率、对环境无污染且材料性能稳定，已成为最理想的太能能电池材料[1-3]。单晶硅太阳能电池的生产流程一般为：制备硅片→扩散制结→镀膜→制作电极→封装[4]。将单晶硅棒或硅碇切成片，一般片厚约0.35mm。硅片经过研磨、抛光、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。为了提高电池片的导电性能，需对原料硅片进行掺杂和扩散处理,以制成结,一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等,扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行,再采用丝网印刷的方法,制作电极,并涂覆减反射膜,以降低表面反射。再根据要求将电池片用串联或并联的方法组装成太阳电池组件,最后进行封装。经切片、研磨、倒角、抛光等多道工序加工成的硅片,其表面已吸附了各种杂质,如颗粒、金属离子、硅粉粉尘及有机杂质,硅片清洗的目的就是要清除各类污染物,且清洗的洁净程度直接影响着电池片的成品率和可靠性。
起初很多厂家都采用手洗的方法，这种方法不稳定的因素较多，一方面容易产生碎片，经济效益下降，另一方面手洗的硅片表面洁净度差，污染严重，使下道工序化学腐蚀过程中的合格率较低。目前大多数厂家采用SC-1和SC-2复合清洗法，SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。另外SC-2是H2O2和HCl的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。然而在具体清洗过程中，由于工艺过于简单，会导致清洗不彻底，一定程度上影响了硅片的表面规整度和制成品的合格率。因此，找到一种有效实用的清洗方法引起了人们的普遍关注[5-7]。
本文通过开发一种高性能的太阳能硅片清洗剂，优化清洗工艺，有效地去除了硅片表面吸附的微粒以及无机和有机污染物，获得了表面规整、无残留物的合格产品。
2实验部分
2.1主要工艺流程
2.2仪器和试剂
主要试剂：浓硫酸(H2SO4)、氢氟酸(HF)、浓氨水(NH3.H2O)、双氧水(H2O2)均为分析纯，市售SC-1、SC-2清洗液。
主要仪器：烧杯、玻璃棒等。
2.3操作步骤
2.3.1清洗液配制
按照H2SO4:H2O2=5:1或4:1(质量比)的比例配制酸性溶液A；按照H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1或5:1:1或7:2:1(质量比)的比例配制碱性溶液；按照pH=5.0的HF配制酸性溶液B；按照HCl:H2O2:H2O=1:1:4(质量比)的比例配制酸性溶液C。
2.3.2清洗过程
⑴工艺一：
选择加工后被污染的硅片，按照2.1描述的工艺流程图进行清洗，最后将硅片置于超纯水中，完成整个清洗过程。
⑵工艺二：
选择加工后被污染的硅片，先将硅片在盛有SC-1清洗液的烧杯中清洗，然后用超纯水清洗；接着把硅片放入盛有SC-2清洗液的烧杯中清洗，然后用超纯水清洗，完成整个清洗过程。
2.4分析与测试
SEM：利用S-4800型扫描式电子显微镜测试单晶硅片在清洗前后的表面形貌。XRD：利用XD-3型X射线衍射仪测试单晶硅片在清洗前后的结晶性能。
3结果与讨论
3.1硅片处理前后的SEM表征
将清洗前后的硅片各取一部分，利用S-4800型扫描式电子显微镜测试单晶硅片在清洗前后的表面形貌，结果如图1所示，其中A为清洗前硅片表面，B为采用工艺二清洗后的硅片表面，C为采用工艺一清洗后的硅片表面。
图1硅片清洗前后的SEM照片
从图1中可以看出，硅片在经过清洗处理后，表面较清洗之前明显光滑平整，这是由于酸洗过程中对硅片表面腐蚀的原因。另外，经过工艺一清洗后的硅片表面明显比工艺二清洗后的硅片表面规整。
3.2XRD表征
将清洗前后的硅片烘干后分别进行X射线衍射分析，结果如图2所示，其中A为清洗前硅片表面，B为采用工艺二清洗后的硅片表面，C为采用工艺一清洗后的硅片表面。根据XRD标准卡片PDF#020561、PDF#882284和PDF#892955上可以比对出谱图中衍射峰对应的单晶硅晶面。
图2硅片清洗前后的XRD谱图
从图2中可以看出，在硅片清洗前后，硅片的结构没有明显改变，但是硅片清洗前和使用工艺二对硅片清洗后，在2q=15~20度之间有段凸起的衍射峰，这可能是由于硅片上存在有机物残留所致，而在使用工艺一对硅片清洗后，有机层被彻底去除，衍射峰基线明显比前两者平整。
3.3两种清洗工艺的对比
使用工艺一处理后的硅片表面规整，无有机物残留；而使用工艺二处理后的硅片表面规整度虽然有所提高，但是由于清洗工艺过于简单，而导致有机物残留，这点从XRD谱图上可以看出。总之通过优化工艺，合理配制工作液，能达到理想的硅片清洗效果。
4结论
通过配制清洗液及优化清洗工艺，有效的实现了对硅片表面的清洗，通过SEM和XRD测试可以看出，清洗后的硅片表面结构平整，无有机物残留，达到太阳能电池用硅片所需要的标准。
来源：solarzoom
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