太阳能级硅片加工过程中重金属杂质的沾污及其清除机理的研究

【摘要】：碱性清洗是新近发展起来的应用于光伏半导体行业的一种清洗工艺，利用碱性清洗液的皂化作用，乳化作用，配合超声波和机械运动，表面活性剂的使用可以获得好的清洗效果。 本课题采用石墨炉原子吸收光谱（GFAAS）分析测量硅片表面金属含量，验证碱性清洗工艺对清除Cu、Fe等重金属沾污的有效性。 碱性清洗液在清洗过程中可以较长时间保持一定的pH值，是因为硅片表面硅元素和清洗液中OH-发生双向的化学反应，反应平衡后，pH值维持在11.5-12范围内不会持续下降。 在碱性清洗液中添加表面活性剂，与不添加表面活性剂的清洗效果对比，前者可以明显减少硅片表面金属沉积，实验表明，添加表面活性剂清洗后硅片表面Cu、Fe含量都在控制限之内，过程稳定，没有变异点。其中Cu含量均值为6.16×1013atoms/cm2，Fe含量均值为2.853×1013atoms/cm2。 多线切割用砂浆的重复回收利用可以显著降低成本，使用Sysmex FPIA-3000流动颗粒图像分析仪对不同回收次数的砂浆中SiC形貌，粒度，圆度、进行定性和定量分析，回收PEG的与新PEG相比密度增加粘度降低，对SiC颗粒悬浮性下降。随着回收次数增加，砂浆中金属含量不断增加。砂浆回收次数在五次以内使用本课题研究的碱性清洗工艺可以保证硅片表面金属含量符合要求。 【关键词】：硅片 碱性清洗 表面活性剂 金属含量 砂浆
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB490
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 前言10-23
• 1.1 全球能源形势10-14
• 1.1.1 世界光伏产业发展10-13
• 1.1.2 中国光伏产业发展13-14
• 1.2 太阳电池的发展14-18
• 1.2.1 太阳电池的分类14-16
• 1.2.2 单晶硅太阳能电池的制作过程16-18
• 1.3 硅片清洗技术概况18-22
• 1.3.1 RC A 清洗技术18-20
• 1.3.2 其他的硅片清洗技术20-22
• 1.4 本课题的主要研究内容22-23
• 第二章 太阳能级硅片金属污染的来源与检测23-39
• 2.1 硅片表面状态与吸附23-24
• 2.2 硅片表面金属污染的来源24-29
• 2.2.1 多晶原料的污染25
• 2.2.2 单晶生长过程中的污染25-26
• 2.2.3 工艺环境与设备26-28
• 2.2.4 化学试剂28
• 2.2.5 纯水和其它水溶液28-29
• 2.3 金属杂质的危害29-30
• 2.4 太阳能级硅片对表面金属杂质含量的要求30-31
• 2.5 硅片表面金属污染检测技术31-39
• 2.5.1 全反射X - 射线荧光（TXRF ）技术31-32
• 2.5.2 二次离子质谱（SIMS ）技术32-33
• 2.5.3 感应耦合等离子质谱（ICP -MS ）技术33-34
• 2.5.4 原子吸收光谱的基本原理34-36
• 2.5.5 石墨炉原子吸收（GFAAS ）技术36-38
• 2.5.6 各种检测技术检测限对比38-39
• 第三章 硅片碱性清洗工艺分析39-52
• 3.1 碱性清洗的原理39-40
• 3.2 清洗液配比实验40-41
• 3.2.1 实验仪器与试剂40
• 3.2.2 实验方法40-41
• 3.2.3 结果与讨论41
• 3.3 碱性清洗液pH 值与时间关系41-42
• 3.3.1 实验方法41
• 3.3.2 实验结果与讨论41-42
• 3.4 表面活性剂的作用研究42-44
• 3.4.1 实验方法43
• 3.4.2 实验结果分析43-44
• 3.5 超声清洗时间的确定44-45
• 3.5.1 实验方法44-45
• 3.5.2 超声理论分析45
• 3.6 清洗工艺整合实验45-47
• 3.6.1 实验方法45-46
• 3.6.2 实验结果分析46-47
• 3.7 使用GFAAS 法检测硅片表面金属含量47-50
• 3.7.1 所用材料与设备47
• 3.7.2 实验过程47-50
• 3.8 金属杂质与清洗机理分析50-51
• 3.8.1 Cu 在硅片表面状态行为及清洗机理50-51
• 3.8.2 Fe 在硅片表面状态行为与清除机理51
• 3.9 本章小结51-52
• 第四章 砂浆性能与回收次数的关系52-61
• 4.1 砂浆回收系统的工作原理52
• 4.2 SiC 粒度52-58
• 4.2.1 实验仪器与材料53
• 4.2.2 实验结果分析53-58
• 4.3 P EG 性能与回收次数关系研究58-60
• 4.3.1 PEG 粘度的研究58-59
• 4.3.2 砂浆密度/粘度/金属含量的研究59
• 4.3.3 PEG 悬浮性研究59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 结论61-62
• 参考文献62-65
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果65-66
• 致谢66

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