CN104934339B - 一种晶体硅片位错检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶体硅片位错检测方法，先采用添加有醇类化学添加剂的碱溶液对切割晶体硅锭得到的晶体硅片进行碱处理，然后再进行化学抛光和化学腐蚀。由于所述碱溶液能够去除碱溶液腐蚀过程中产生的气泡，降低碱处理后的晶体硅片表面粗糙度，从而能够代替现有技术中的机械抛光，得到较好的抛光效果。相对于现有技术中需要碎片、预处理等工序才能进行抛光的机械抛光过程，其工艺更加简单，同时相对于机械抛光需要的时间，本发明提供的碱处理过程需要的时间更短，提高了位错检测效率；且碱处理和化学抛光过程中无需使用昂贵的机械抛光设备，在一定程度上降低了位错检测成本。

Description

一种晶体硅片位错检测方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制作技术领域，更具体的说是涉及一种晶体硅片位错检测方法。

背景技术

太阳能电池分为晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。由于晶体硅太阳能电池具有较高的转换效率和长使用寿命以及相对于非晶硅薄膜电池的材料制备工艺更加简单等优点，晶体硅太阳能电池逐渐成为太阳能电池市场的主流。

然而，晶体硅在铸造过程中，会引入其他杂质以及产生位错等晶体缺陷，根据晶体生长方式和过程的不同，晶体硅片内部的位错密度一般为10³cm^-2-10⁹cm^-2，而典型的位错密度约为10⁶cm^-2。由于位错具有高密度的悬挂键，具有电活性，可以直接作为复合中心，导致少子寿命或扩散长度降低。而且与此同时金属杂质、碳、氧等杂质容易在位错处偏聚，会形成新的电活性中心，从而造成晶体硅材料电学性能的不均匀，这些内部杂质和晶体缺陷（如位错）的存在会严重影响太阳能电池的转换效率。

因此，对位错进行检测，找出缺陷形成、晶体生长工艺的关系，为改进生产工艺，减少缺陷、提高硅片的合格率和改善太阳能电池性能提供依据。目前对于晶体硅片内部缺陷的检测方法主要有光照射检测法、红外线检测法、超声波检测法、腐蚀法等。其中，腐蚀法主要先采用机械抛光进行抛光去除晶体硅片表面的氧化物等杂质和机械损伤层，然后再进行腐蚀，最后进行检测。

但是，现有技术中的位错检测方法工艺繁琐，耗时较长且检测成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种晶体硅片位错检测方法，以简化位错检测的工艺，提高位错检测效率以及降低其检测成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种晶体硅片位错检测方法，包括：

S1：提供切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片；

S2：将所述晶体硅片浸泡在添加有醇类化学添加剂的碱溶液中，对所述晶体硅片进行碱处理，之后去除所述晶体硅片上残留的碱溶液；

S3：将经过步骤S2处理过的晶体硅片浸泡在化学抛光液中，对晶体硅片进行化学抛光，之后去除所述晶体硅片上残留的化学抛光液，并吹干晶体硅片；

S4：采用化学腐蚀液对吹干后的晶体硅片进行腐蚀，之后去除所述晶体硅片上残留的化学腐蚀液；

S5：采集晶体硅片上的位错照片，分析位错数量，并得出位错密度。

优选地，所述醇类化学添加剂为异丙醇或正丙醇。

优选地，步骤S2中的碱溶液的体积浓度为5%-20%、温度为20℃-80℃，均包括端点值。

优选地，步骤S2中的浸泡时间为5min-15min，包括端点值。

优选地，所述去除所述晶体硅片上残留的碱溶液具体为：用去离子水冲洗所述晶体硅片2遍以上，以去除碱溶液。

优选地，步骤S3具体为：将经过碱处理并清洗过后的晶体硅片浸泡在体积浓度为40%的氢氟酸与体积浓度为69%的硝酸，且二者体积比为1:(1-10)、温度为15℃-50℃的混合溶液中1min-10min，对晶体硅片进行化学抛光，然后用去离子水清洗晶体硅片2遍以上，去除所述化学抛光液，并吹干晶体硅片。

优选地，步骤S4具体为：采用体积浓度为40%的氢氟酸与0.15mol·L^-1的K₂Cr₂O₇，且二者体积比为2:1的化学腐蚀液，对吹干后的晶体硅片进行腐蚀10min-30min，然后用去离子水清洗晶体硅片，去除所述化学腐蚀液。

优选地，所述碱溶液为Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、K₂CO₃、KOH的一种或几种溶液的混合溶液。

优选地，所述切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片的表面粗糙度值Ra的范围为0μm-20μm，不包括端点值。

优选地，所述晶体硅片的厚度范围为180μm-200μm，包括端点值。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的晶体硅片位错检测方法，采用添加有醇类化学添加剂的碱溶液对切割晶体硅锭得到的晶体硅片进行碱处理，由于所述碱溶液具有方向腐蚀性，能够逐层去除晶体硅片表面的机械损伤层和氧化物杂质层，且添加的醇类化学添加剂能够影响所述碱溶液的腐蚀的方向和腐蚀速率，具有较好的分散性，能够去除碱溶液腐蚀过程中产生的气泡，降低碱处理后的晶体硅片表面粗糙度，从而能够代替现有技术中的机械抛光，得到较好的抛光效果。

本发明中提供的晶体硅片位错检测方法，先经过碱处理，然后再进行化学抛光和化学腐蚀。由于碱处理过程仅需将所述晶体硅片浸泡在添加有醇类化学添加剂的碱溶液中即可，相对于现有技术中需要碎片、预处理等工序才能进行抛光的机械抛光过程，其工艺更加简单，同时相对于机械抛光需要的时间，本发明提供的碱处理过程需要的时间更短，提高了位错检测效率；且碱处理和化学抛光过程中无需使用昂贵的机械抛光设备，在一定程度上节省了位错检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种晶体硅片位错检测方法流程图；

图2为本实施例提供的位错检测方法得到的位错效果图；

图3为本现有技术中机械抛光和化学腐蚀得到的位错效果图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的位错检测方法工艺繁琐，耗时较长且检测成本较高。

发明人发现，出现上述现象的原因是，现有技术中位错检测方法需要先通过机械抛光去掉硅片表面的机械损伤层或氧化物杂质，然后再进行化学抛光或化学腐蚀，由于机械抛光只能针对小尺寸（20mm²*20mm²以下）的硅片进行，对于大尺寸（100mm²*100mm²-200mm²*200mm²及以上）的硅片，则需要进行破碎后得到小尺寸的硅片再粘接在样品盘上，放置在抛光机上进行抛光，同时，为了避免在机械抛光中造成较高的硅片碎片率，机械抛光对硅片的厚度也有一定的要求，硅片厚度大于1mm，综上，机械抛光过程中，需要制作出特定的尺寸和厚度的硅片，该过程造成机械抛光过程操作复杂耗时较长，进而使得位错检测的耗时较长，且由于抛光机成本较高，使得位错检测成本较高。

基于此，发明人经过研究发现，提供一种晶体硅片位错检测方法，包括：

S1：提供切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片；

S2：将所述晶体硅片浸泡在添加有醇类化学添加剂的碱溶液中，对所述晶体硅片进行碱处理，之后去除所述晶体硅片上残留的碱溶液；

S3：将经过步骤S2处理过的晶体硅片浸泡在化学抛光液中，对晶体硅片进行化学抛光，之后去除所述晶体硅片上残留的化学抛光液，并吹干晶体硅片；

S4：采用化学腐蚀液对吹干后的晶体硅片进行腐蚀，之后去除所述晶体硅片上残留的化学腐蚀液；

S5：采集晶体硅片上的位错照片，分析位错数量，并得出位错密度。

由上述的技术方案可知，本发明提供的晶体硅片位错检测方法，先经过碱处理，然后再进行化学抛光和化学腐蚀。相对于现有技术中需要碎片、预处理等工序才能进行抛光的机械抛光过程，然后在经过化学抛光和化学腐蚀的位错检测方法来说，由于碱处理过程仅需将所述晶体硅片浸泡在添加有醇类化学添加剂的碱溶液中即可，其工艺更加简单，耗时更少，从而能够提高位错检测效率；且该位错检测方法无需使用昂贵的机械抛光设备，在一定程度上节省了位错检测成本。

以上是本申请的核心思想，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面通过几个实施例具体描述本发明提供的晶体硅片位错检测方法。

本发明实施例公开的一种晶体位错检测方法，如图1所示，包括：

步骤S101：提供切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片；

需要说明的是，本实施例提供的位错检测方法是基于太阳能电池生产过程中，经切割后得到的表面粗糙度较低且表面较为平整的晶体硅片而实现的。优选地，所述切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片的表面粗糙度值Ra的范围为0μm-20μm，不包括端点值。

本实施例中切割晶体硅锭得到的晶体硅片为多晶硅片，切割晶体硅棒得到的晶体硅片为单晶硅片，即本实施例中提供的晶体位错检测方法适用于单晶硅片，也适用于多晶硅片，本实施例中对此不做限定。

需要说明的是，本实施例中提供的多晶硅片或单晶硅片，为切割后得到的晶体硅片，其尺寸规格为常规的晶体硅片的尺寸规格，如125mm×125mm或156mm×156mm，所述晶体硅片的厚度范围为180μm-200μm，包括端点值。本实施例中提供的晶体硅片相对于采用机械抛光工艺进行位错检测时提供的晶体硅片，其尺寸更大，厚度更薄，且可以直接对太阳能电池制作过程中的硅片进行位错检测，无需对硅片进行再次加工，从而节省了晶体硅片位错检测时间，提高了晶体硅片位错检测效率。

步骤S102：将所述晶体硅片浸泡在添加有醇类化学添加剂的碱溶液中，对所述晶体硅片进行碱处理，之后去除所述晶体硅片上残留的碱溶液；

本步骤中所述晶体硅片的尺寸和厚度即为切割晶体硅锭得到的多晶硅片或切割晶体硅棒得到的单晶硅片的尺寸和厚度，即所述晶体硅片未在尺寸或厚度上进行加工改变。

所述碱溶液可以为Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、K₂CO₃、KOH的一种或几种溶液的混合溶液，本实施例中对所述碱溶液不作限定，本实施例中以NaOH碱溶液为例，简单说明碱处理的具体原理：Si+2NaOH+H₂O==Na₂SiO₃+2H₂↑。由于所述碱溶液具有方向腐蚀性，能够逐层去除晶体硅片表面的机械损伤层和氧化物杂质层，需要说明的是，由于硅片在碱溶液中发生剧烈反应时，会产生大量气泡，影响硅片表面的平整性，因此，在所述碱溶液中掺杂有化学添加剂，所述化学添加剂具有较好的分散性，能够将碱处理反应过程中产生的气泡尽快去除，从而保证了碱处理后硅片的表面平整性。所述化学添加剂为醇类，优选地可以为异丙醇或正丙醇。

由于后续还需要进行化学抛光和化学腐蚀工艺，为避免碱溶液与后续化学抛光液或化学腐蚀液中的酸发生中和反应，在进行碱处理后，需要用去离子水进行清洗，将残留在硅片上的碱溶液清洗干净。

步骤S103：将经过步骤S102处理过的晶体硅片浸泡在化学抛光液中，对晶体硅片进行化学抛光，之后去除所述晶体硅片上残留的化学抛光液，并吹干晶体硅片；

本实施例中的化学抛光液优选为HF和HNO₃的混合液，具体原理是：Si+4HNO₃+6HF=H₂SiF₆+4NO₂+4H₂O，化学抛光液中HF和HNO₃的比例对化学抛光的效果能产生很大的影响，通过不断调整两种酸的混合比例，并控制好反应时间，能够达到很好的化学抛光效果。经过发明人研究确定，本实施例中优选的化学抛光液中HF和HNO₃的体积比例范围为1:1-1:10，包括端点值。

将晶体硅片浸泡在化学抛光液中一定时间后，用去离子水清洗晶体硅片上残留的化学抛光液，可以得到清洁的，表面较平整的晶体硅片，将晶体硅片吹干，待进行下一个步骤。

需要说明的是，发明人经过实验证明，经添加有醇类化学添加剂的碱溶液处理和化学抛光后，晶体硅片表面的抛光效果与现有技术中采用的机械抛光效果相当，完全能够替代现有技术中的机械抛光。

步骤S104：采用化学腐蚀液对吹干后的晶体硅片进行腐蚀，之后去除所述晶体硅片上残留的化学腐蚀液；

将进行化学抛光后的晶体硅片浸泡在化学腐蚀液中进行化学腐蚀，腐蚀出位错。所述化学腐蚀液可以为stril腐蚀液，也可以为secco腐蚀液。其中，采用stril腐蚀液的原理是：Si+CrO₃+8HF=H₂SiF₆+CrF₂+3H₂O，而采用secco腐蚀液的腐蚀原理是：2Si+Cr₂O₇ ^2-+18HF=2H₂SiF₆+2CrF₃ ^-+7H₂O。本实施例中优选地采用secco腐蚀液进行化学腐蚀，所述secco腐蚀液为HF（体积比为40%）：K₂Cr₂O₇（0.15mol·L^-1）=2:1的混合液，需要说明的是，根据化学腐蚀的温度、时间等条件，所述secco腐蚀液中的液体混合比例还可以进行改变，本实施例中对此不做限定。

步骤S105：采集晶体硅片上的位错照片，分析位错数量，并得出位错密度。

本实施例中优选地在金相显微镜下进行位错观察，并采集照片；通过图形分析识别软件或者人工分析位错数量，计算并得出位错密度。

本实施例中提供的晶体位错检测方法，针对太阳能电池片生产过程中的多晶硅片或单晶硅片，在不对多晶硅片或单晶硅片再次加工的基础上，通过碱处理过程、化学抛光过程和化学腐蚀过程等纯化学反应，得到较好的晶体位错显示效果，与现有技术中经过机械抛光后再腐蚀得到的晶体硅片位错显示效果相当，从而能够代替现有技术中包括机械抛光和化学腐蚀的晶体位错检测方法。

其中，碱处理过程主要去除晶体硅片表面的机械损伤层和氧化物杂质，化学抛光过程能够将晶体硅片表面抛光，从而得到较好的抛光效果。碱处理过程与化学抛光过程均为化学反应过程，对晶体硅片的尺寸和厚度几乎没有要求，可直接将常规规格的多晶硅片或单晶硅片进行抛光，相对于现有技术中需要碎片、预处理等工序才能进行抛光的机械抛光过程，其工艺更加简单，同时相对于机械抛光需要的时间，本发明提供的碱处理过程需要的时间更短，提高了位错检测效率；且碱处理和化学抛光过程中无需使用昂贵的机械抛光设备，在一定程度上节省了位错检测成本。

本发明的另一个实施例提供了一种具体的晶体硅片位错检测方法，包括以下步骤：

（1）提供单晶硅片或多晶硅片；

所述单晶硅片和多晶硅片为在太阳能电池片制作过程中，切割后未经其他工序加工的单晶硅片和多晶硅片。所述单晶硅片或多晶硅片的尺寸规格为156mm×156mm，厚度为190mm）。

（2）将所述单晶硅片或多晶硅片浸泡在添加有异丙醇的碱（Na₂CO₃、NaOH、K₂CO₃、KOH的一种或几种）溶液中5min-15min，包括端点值，所述碱溶液的体积浓度为5%-20%、温度为20℃-80℃，均包括端点值。

然后用纯水冲洗2遍以上，去除残留在单晶硅片或多晶硅片上的碱溶液，以免残留的碱溶液对后续化学抛光液或化学腐蚀液中的酸进行中和，降低化学抛光或化学腐蚀的效果。

（3）将经过碱处理并清洗过后的晶体硅片浸泡在体积浓度为40%的氢氟酸与体积浓度为69%的硝酸，且二者体积比为1:(1-10)、温度为15℃-50℃的混合溶液中1min-10min，对晶体硅片进行化学抛光，然后用去离子水清洗晶体硅片2遍以上，去除所述化学抛光液，并吹干晶体硅片。

（4）采用体积浓度为40%的氢氟酸与0.15mol·L^-1的K₂Cr₂O₇，且二者体积比为2:1的化学腐蚀液，对吹干后的晶体硅片进行腐蚀10min-30min，然后用去离子水清洗晶体硅片，去除所述化学腐蚀液。

（5）在金相显微镜下进行位错观察，并采集照片；

（6）通过图形分析识别软件或者人工分析位错数量，并得出位错密度。

为说明本实施例中提供的方法能够代替现有技术中通过机械抛光得到的位错检测方法，本实施例中还提供了实验得到的位错实验效果图，如图2和图3所示，图2为本实施例提供的位错方法得到的位错效果图，其中，图2中的黑点表示位错。

图3为现有技术中通过机械抛光和化学腐蚀得到的位错效果图，同样的，图3中的黑点表示位错。

需要说明的是，采用机械抛光时，具体过程如下：

1、位错腐蚀前准备工作

在显示位错之前，将晶体硅表面用金刚砂研磨，再将研磨后的晶体硅表面进行化学抛光，以便降低由机械研磨形成的表面破坏层对位错显示的严重影响。

2、腐蚀位错

称取5g CrO3溶于10ml水中，制成铬酸溶液，按HF：铬酸溶液＝1：1的配比，配制成腐蚀液，取HF和铬酸溶液各10ml倒入塑料烧杯中，然后将样品放入，在温室腐蚀10mins－30mins（10mins可观察层错，20mins可观察位错），腐蚀过程中要求样品不能露出水面，腐蚀完用大量水冲至中性，用乙醇脱水，烘干待用。

3、观察位错

在金相显微镜下进行位错观察，并采集照片，得到图3所示实验结果。

对比图2和图3可知，本实施例中提供的位错检测方法能够得到与机械抛光和化学腐蚀位错检测方法同样的效果，因此，本实施例中提供的位错检测方法能够替代现有技术中的机械抛光和化学腐蚀位错检测方法。

由于本实施例中提供的位错检测方法为纯化学位错检测方法，在对硅片进行碱处理、化学抛光和化学腐蚀的过程中，对晶体硅片的尺寸和厚度均没有要求，可以采用太阳能电池片制作过程中切割晶体硅锭或晶体硅棒后的硅片，无需对切割得到的晶体硅片在进行处理，因此，相对于机械抛光方法，本实施例中提供的位错检测方法，节省了对晶体硅片进行处理的步骤，简化了位错检测方法的工艺，减少了位错检测方法的时间，从而提高了位错检测方法的效率。同时，由于本实施例中提供的位错检测方法避免了使用昂贵的机械抛光机设备，能够在一定程度上降低位错检测的成本。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种晶体硅片位错检测方法，其特征在于，包括：

S1：提供切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片，所述晶体硅片包括多晶硅片和单晶硅片；

S2：将所述晶体硅片浸泡在添加有醇类化学添加剂的碱溶液中，对所述晶体硅片进行碱处理，之后去除所述晶体硅片上残留的碱溶液；

S3：将经过步骤S2处理过的晶体硅片浸泡在化学抛光液中，对晶体硅片进行化学抛光，之后去除所述晶体硅片上残留的化学抛光液，并吹干晶体硅片；

S4：采用化学腐蚀液对吹干后的晶体硅片进行腐蚀，之后去除所述晶体硅片上残留的化学腐蚀液；

S5：采集晶体硅片上的位错照片，分析位错数量，并得出位错密度。

2.根据权利要求1所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，所述醇类化学添加剂为异丙醇或正丙醇。

3.根据权利要求1所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，步骤S2中的碱溶液的体积浓度为5％-20％、温度为20℃-80℃，均包括端点值。

4.根据权利要求3所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，步骤S2中的浸泡时间为5min-15min，包括端点值。

5.根据权利要求4所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，所述去除所述晶体硅片上残留的碱溶液具体为：用去离子水冲洗所述晶体硅片2遍以上，以去除碱溶液。

6.根据权利要求1所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，步骤S3具体为：

将经过碱处理并清洗过后的晶体硅片浸泡在体积浓度为40％的氢氟酸与体积浓度为69％的硝酸，且二者体积比为1:(1-10)、温度为15℃-50℃的混合溶液中1min-10min，对晶体硅片进行化学抛光，然后用去离子水清洗晶体硅片2遍以上，去除所述化学抛光液，并吹干晶体硅片。

7.根据权利要求1所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，步骤S4具体为：

采用体积浓度为40％的氢氟酸与0.15mol·L^-1的K₂Cr₂O₇，且二者体积比为2:1的化学腐蚀液，对吹干后的晶体硅片进行腐蚀10min-30min，然后用去离子水清洗晶体硅片，去除所述化学腐蚀液。

8.根据权利要求1所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，所述碱溶液为Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、K₂CO₃、KOH的一种或几种溶液的混合溶液。

9.根据权利要求1所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，所述切割晶体硅锭或晶体硅棒后得到的晶体硅片的表面粗糙度值Ra的范围为0μm-20μm，不包括端点值。

10.根据权利要求9所述的晶体硅片位错检测方法，其特征在于，所述晶体硅片的厚度范围为180μm-200μm，包括端点值。