太陽能硅片的清洗很重要，它影響電池的轉(zhuǎn)換效率，如器件的性能中反向電流迅速加大及器件失效等。因此硅片的清洗很重要，下面主要介紹清洗的作用和清洗的原理。

清洗的作用

1.在太陽能材料制備過程中，在硅表面涂有一層具有良好性能的減反射薄膜，有害的雜質(zhì)離子進(jìn)入二氧化硅層，會降低絕緣性能，清洗后絕緣性能會更好。

2.在等離子邊緣腐蝕中，如果有油污、水氣、灰塵和其它雜質(zhì)存在，會影響器件的質(zhì)量，清洗后質(zhì)量大大提高。

3.硅片中雜質(zhì)離子會影響P-N結(jié)的性能，引起P-N結(jié)的擊穿電壓降低和表面漏電，影響P-N結(jié)的性能。

4.在硅片外延工藝中，雜質(zhì)的存在會影響硅片的電阻率不穩(wěn)定。

清洗的原理

要了解清洗的原理，首先必須了解雜質(zhì)的類型，雜質(zhì)分為三類：一類是分子型雜質(zhì)，包括加工中的一些有機(jī)物;二類是離子型雜質(zhì)，包括腐蝕過程中的鈉離子、氯離子、氟離子等;三是原子型雜質(zhì)，如金、鐵、銅和鉻等一些重金屬雜質(zhì)。目前最常用的清洗方法有：化學(xué)清洗法、超聲清洗法和真空高溫處理法。

1.目前的化學(xué)清洗步驟有兩種：

(1)有機(jī)溶劑(甲苯、丙酮、酒精等)→去離子水→無機(jī)酸(鹽酸、硫酸、硝酸、王水)→氫氟酸→去離子水

(2)堿性過氧化氫溶液→去離子水→酸性過氧化氫溶液→去離子水

下面討論各種步驟中試劑的作用。

a.有機(jī)溶劑在清洗中的作用

用于硅片清洗常用的有機(jī)溶劑有甲苯、丙酮、酒精等。在清洗過程中，甲苯、丙酮、酒精等有機(jī)溶劑的作用是除去硅片表面的油脂、松香、蠟等有機(jī)物雜質(zhì)。所利用的原理是“相似相溶”。

b.無機(jī)酸在清洗中的作用

硅片中的雜質(zhì)如鎂、鋁、銅、銀、金、氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅等雜質(zhì)，只能用無機(jī)酸除去。有關(guān)的反應(yīng)如下：

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O

2Ag+2H2SO4=2Ag2SO4+SO2↑+2H2O

Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

Ag+4HNO3=AgNO3+2NO2↑+2H2O

Au+4HCl+HNO3=H[AuCl4]+NO↑+2H2O

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

如果HF過量則反應(yīng)為：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

H2O2的作用：在酸性環(huán)境中作還原劑，在堿性環(huán)境中作氧化劑。在硅片清洗中對一些難溶物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶物質(zhì)。如：

As2S5+20H2O2+16NH4OH=2(NH4)3AsO4+5(NH4)2SO4+28H2O

MnO2+H2SO4+H2O2=MnSO4+2H2O+O2↑

c.RCA清洗方法及原理

在生產(chǎn)中，對于硅片表面的清洗中常用RCA方法及基于RCA清洗方法的改進(jìn)，RCA清洗方法分為Ⅰ號清洗劑(APM)和Ⅱ號清洗劑(HPM)。Ⅰ號清洗劑(APM)的配置是用去離子水、30%過氧化氫、25%的氨水按體積比為：5:1：1至5:2：1;Ⅱ號清洗劑(HPM)的配置是用去離子水、30%過氧化氫、25%的鹽酸按體積比為：6:1：1至8:2：1。其清洗原理是：氨分子、氯離子等與重金屬離子如：銅離子、鐵離子等形成穩(wěn)定的絡(luò)合物如：[AuCl4]-、[Cu(NH3)4]2+、[SiF6]2-。

清洗時，一般應(yīng)在75～85℃條件下清洗、清洗15分鐘左右，然后用去離子水沖洗干凈。Ⅰ號清洗劑(APM)和Ⅱ號清洗劑(HPM)有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)這兩種清洗劑能很好地清洗硅片上殘存的蠟、松香等有機(jī)物及一些重金屬如金、銅等雜質(zhì);

(2)相比其它清洗劑，可以減少鈉離子的污染;

(3)相比濃硝酸、濃硫酸、王水及鉻酸洗液，這兩種清洗液對環(huán)境的污染很小，操作相對方便。

2.超聲波在清洗中的作用

目前在半導(dǎo)體生產(chǎn)清洗過程中已經(jīng)廣泛采用超聲波清洗技術(shù)。超聲波清洗有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)清洗效果好，清洗手續(xù)簡單，減少了由于復(fù)雜的化學(xué)清洗過程中而帶來的雜質(zhì)的可能性;

(2)對一些形狀復(fù)雜的容器或器件也能清洗。

超聲波清洗的缺點(diǎn)是當(dāng)超聲波的作用較大時，由于震動磨擦，可能使硅片表面產(chǎn)生劃道等損傷。

超聲波產(chǎn)生的原理：高頻震蕩器產(chǎn)生超聲頻電流，傳給換能器，當(dāng)換能器產(chǎn)生超聲震動時，超聲震動就通過與換能器連接的液體容器底部而傳播到液體內(nèi)，在液體中產(chǎn)生超聲波。

3.真空高溫處理的清洗作用

硅片經(jīng)過化學(xué)清洗和超聲波清洗后，還需要將硅片真空高溫處理，再進(jìn)行外延生長。真空高溫處理的優(yōu)點(diǎn)：

(1)由于硅片處于真空狀態(tài)，因而減少了空氣中灰塵的玷污;

(2)硅片表面可能吸附的一些氣體和溶劑分子的揮發(fā)性增加，因而真空高溫易除去;

(3)硅片可能玷污的一些固體雜質(zhì)在真空高溫條件下，易發(fā)生分解而除去。