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引言
隨著可再生能源推廣擴大政策，太陽能電池用硅片的產量正在增加。太陽能電池用硅片是半導體用硅晶片生產技術的結合，彼此有相似之處，但太陽能電池領域有其特殊性。硅太陽能電池制作過程中出現的問題有物理和化學方面。就理性問題而言，太陽能電池硅晶片的厚度比半導體用晶片薄，制造過程中可能會出現裂紋的發(fā)生或損壞，化學方面的門零點與制造過程中使用的化學物質存在反反應和固化引起的化學物質殘留。太陽能電池用硅片同時制造單晶和多晶，考慮到制造成本，對工藝污染度處理得比較寬容。太陽能電池領域的工藝污染結果是，被統(tǒng)稱為stain的晶片表面的變質和阻礙紋理的物質殘留被區(qū)分為主要污染。
本方法考慮到太陽能電池用硅片制作工藝的特點，通過對硅片清洗和表面污染源的清除，研究了親環(huán)境、便宜、有效的清洗機制。
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實驗和分析
微細粒子清洗實驗：我們首先將臭氧功能水產生的實驗裝置作為硅片的無機物清洗配合使用，可以替代臭氧功能水的晶片清洗過程。晶片暴露在普通大氣中數天后污染后，作為污染源，對有機物、無機物、金屬等成分沒有區(qū)分，清洗實驗前后的微粒總數，分析了清洗性能。此時，在臭氧濃度分別為20 ppm和30 ppm的清洗槽中對晶片進行了3分鐘的清洗后，確認了晶片表面的微粒清洗程度。清洗前后的微進尺測量是用裝有可見光及紫外線光源的光學顯微鏡觀察并判讀的。圖6的頂部是以可見光為光源拍攝的照片，底部是為了提高可讀性而使用紫外線光源拍攝的照片。通過本實驗，可以確認有機物和無機物復合污染狀態(tài)下臭氧溶解功能水具有的清洗效果。表2以紫外線讀數為基準，顯示了每平方面積清洗前后的微粒去除率，在20 ppm時為85%，在30 ppm時為94%左右。因此，如果增加臭氧的濃度和清洗時間，可以期待更好的結果。
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圖6 30ppm臭氧水對細顆粒的洗脫結果(a)洗脫前、(b)洗脫后
臭氧氣體去除有機物的可行性實驗：試驗了包括洗滌液或表面活性劑(surfactant)在內的使用的洗滌水對臭氧的反應。由于用于制造太陽能電池晶片的洗滌水內的殘留物被推測為晶片表面污染源，因此本方法旨在測試利用臭氧洗滌水去除晶片表面殘留物(即洗滌液或表面活性劑成分)的可能性。為了本方法，通過國內制造商獲得了晶片制造過程中實際使用的洗滌水。使用的洗滌水看起來是無色透明的，所含成分據說是洗滌液、表面活性劑、溶劑(solvent)和超純水的混合物。因此，使用UV光譜法的水質分析儀測量了洗滌水內有機物的總量。使用測量儀對洗滌水內有機物的總量在臭氧反應前后進行比較分析后，觀測到太陽能電池洗滌水的臭氧反應性是如圖7所示，洗滌水內存在的油氣成分變化。因此，認為臭氧水對清洗液的去除和清洗是可能的。表3顯示了測量結果，與臭氧反應前相比，反應后，TSS、COD、BOD、TOC等所有數據都被選中。
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表3 臭氧氣體對有機物的去除效果
太陽能電池晶片清洗：圖8是電子顯微鏡(SEM)照片，該照片對固定在太陽能電池用晶片表面的硬脂酸物質放大了5000倍。太陽能電池晶片工藝中產生的硬脂酸污染被認為是漿料物質中存在的有機物和無機物的異常固化現象，因此本方法將發(fā)生硬脂酸的太陽能電池用晶片浸入洗滌池中，進行了吳尊水直接清洗試驗。晶片表面產生的硬脂酸污染的臭氧水清洗，使每個晶片浸在清洗組中1/2，進行了實驗，以便將清洗部分和非洗部分進行比較。有機物和無機物復合固著形式的硬脂酸會延長時間。
由于干燥和固化，樣品晶片的保管過程中進行了大部分固化。盡管如此，實驗結果表明，如圖9所示，通過清洗，單晶晶片上存在的硬脂酸可以很好地去除。圖10是對太陽能電池用多結晶圓片的實驗結果，利用自動檢測設備進行了觀察和測量。實驗結果如圖(a)所示，大部分斯坦都被很好地去除了，但如圖(b)所示，也能發(fā)現偶爾沒有去除的情況。這不僅表明，在工程完成后的相當長時間內，這些晶片已經硬化。 據分析，多晶晶片是由于晶向不定，顆粒間的邊界（boundary）面存在使得污染物的表面粘附力更強而出現的現象。在實際量產工程中，如果在未進行硬化的情況下使用臭氧功能水進行清潔，則認為不會發(fā)生這種情況。
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圖10 多晶硅片表面斯特恩清洗結果(a)清潔良好(b)清潔不良
總結
通過本方法，分別實現了高濃度臭氧發(fā)生裝置、高濃度OJON溶解功能水制造裝置、高效臭氧分解裝置，然后利用它們組成了臭氧功能水清洗場值。臭氧發(fā)生器是使用改進了一般平板放電房間式的基因組涂層結構電極的無性放電型臭氧發(fā)生器，可以提高臭氧發(fā)生效率，產生高濃度臭氧。通過實驗紋理和獲得約14%的高濃度臭氧氣體，與此相比，得到了2倍以上的高濃度臭氧發(fā)生研究結果。
為了生成功能水，臭氧和超純水的接觸方法也擺脫了氣區(qū)的簡單接觸方式，應用了微氣泡化多次重復的結構，通過微氣泡化和停留時間增加而產生的氣泡大小變小，臭氧容易溶于純水，臭氧容存率和利用率上升。用該方法進行的實驗結果表明，獲得了100 ppm/L以上的高濃度臭氧功能水，比傳統(tǒng)方法提高了1.5倍以上。
通過本方法將臭氧水應用于太陽能電池用硅晶片的制作工藝中，清潔工藝中去除了94%以上的無機物(微入口者)，殘留有機物進一步去除了45%，從而確認了臭氧清潔工藝的適用性。但是，雖然對產品質量沒有太大影響，但由于外觀原因影響產品價格的硬脂酸污染的去除實驗中，長期擱置的部分多晶硅晶片也沒有被去除，但研究結果表明，在硅錠的硅片工藝中立即應用臭氧水清洗工藝，可以更有效地去除硬脂酸污染。