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引言
随着可再生能源推广扩大政策，太阳能电池用硅片的产量正在增加。硅太阳能电池制作过程中发生的最大问题之一是与制造过程中使用的化学物质的反应以及固化引起的化学物质残留。太阳能电池用硅晶片，单晶及多结晶都在制造，考虑到制造成本，对共晶污染度处理得比较宽容。太阳能电池领域的工艺污染结果包括晶片表面的变质和微细粒子物质的残留，统称为STAIN(STAIN)，被区分为主要污染。本文分析了在硅太阳能电池制造中用作基板的156 mm硅晶片的制造过程中，导致产品不良和性能下降的晶片表面污染源，并对去除这种污染的臭氧水清洗进行了实验。污染物是由晶片切割球晶中使用的浆料及清洗液中包含的有机物和从烧结丝分离出来的微粒形成的，可以通过臭氧水清洗工艺去除。应用该技术，可以廉价、高效、环保地制造太阳能电池用晶片。
实验
臭氧功能水的制备：为了制造臭氧功能水，首先要制造大量臭氧气体，必须将制造的臭氧气体高浓度溶解到超纯水中。臭氧(O3)是不稳定气体上的物质，主要由放电产生，氧化反应后显示出被自然减半消灭的特性。这种性质具有化学性质，可应用于亲环喇叭超精密清洗方法。清洁领域需要高浓度臭氧，因此主要使用在能效、稳定性、控制便利性方面具有优良特性的无声放电(silent discharge)型臭氧发生装置。为了生成高浓度臭氧，本方法制作并使用了具有特殊结构的无放电型臭氧发生器，如图7所示，将电极表面涂层为油田链氧化铝(Al2O3)。电极的放电间隙在3毫米以下以超细间隔对向，施加1~ 2kHz、5~20kV范围内脉冲形式的交流高电压，放电空间出现了淡蓝色的放电。这时，放电空间内存在的氧气结合在一起，产生臭氧气体。
图7 无声放电臭氧发生器的结构
以制作的臭氧水清洗装置为基础，进行了硅太阳能电池清洗的工艺。在本清洗装置中，洗涤液或浆料对晶片表面的有机污染物在洗涤池内通过臭氧水的强氧化反应去除，素英丝对铁或铬等刨花板安装在洗涤器外部的超声波将被消除。清洗实验中使用了实际太阳能电池晶片制造工艺中使用的被浆料污染的6英寸单晶晶片。臭氧水供应将浓度为10 ~ 70 ppm，臭氧水和超声波清理时间改为0 ~ 10分钟，进行了实验。图13是臭氧水浓度为50ppm，清洗时间为10分钟，清洗良好的晶片表面SEM照片，如图14所示，除了硅和碳外，还存在一些氧气。其中氧气被分析为在清洗过程中被臭氧氧化生成的SILICON表面，可以很容易地被10:1 HF处理(dip)去除。
结果和总结
清洗实验结果表明，经过5分钟以上的工序，清洗效果良好的诗篇中没有观察到SEM和PARICLEL等残留物作为六安，SEM测量中也没有观察到10㎡以上的异物，从而确认了臭氧水对太阳能电池晶片的清洗过程是有效的。但是，臭氧水浓度低于50ppm，清洁时间低于5分钟，臭氧水处理时间不足，留下斯特恩的晶片中，如图15所示，留下了10㎡以上的异物，EDS分析结果显示，如图16所示，检测出了大量碳和氧成分。这说明异物是有机物团。超声波或松下时间不超过5分钟。由于罗清洗时间不足，残留微细物质的晶片上残留了如图17所示的粒子形式的异物，分析结果显示，如图18所示，检测出了少量的铁和铬成分。这说明异物是索英丝碎片。另外，在实际清洗实验中，比起Megasonic方式，Particle的超声波方式更有效。为了更有效地去除烧结过程中的电线成分——金属粒子，今后还需要探讨氢功能水清洗过程。
图18 硅片表面微粒EDS分析结果
综合以上结果来看，利用本方法制作的清洁装置，通过5分钟以上的臭氧水和超声波三程，获得了良好的清洁特性。通常的清洗过程需要10分钟以上的工序时间，这可以用优秀的结果来评价。
另一方面，臭氧水和超声波产生的清洗过程基本上只有晶片表面形成氧化膜的程度变化。但是使用太强的超声波，薄厚度的晶片会受到冲击而损坏，因此需要注意点。
总结
通过钢丝烧结制造的太阳能电池用晶片表面上，还残留着浆料中包含的冷却剂或清洁剂产生的大量有机物，还包括部分索英丝碎片。本方法制作了高浓度臭氧发生场值和高浓度臭氧溶解功能水制造装置，并组成了将它们与超声波装置相结合的臭氧水清洗装置，进行了太阳能电池用晶片清洗实验。用改进臭氧脚产生的一般平板放电方式的基因组修饰的结构电极的无性放电型臭氧发生器。
使用后，通过提高臭氧发生效率，可以从氧气流量1[l/min]产生高达13.7[wt%]的高浓度臭氧。为了生成功能水，臭氧和超纯水的接触方法也摆脱了传统的简单接触方式，应用了微气泡化多次重复的螺旋结构，OOJON很容易溶解在纯水上，获得了高达70ppm的高浓度OOJON功能水。利用该装置进行了清洗实验，结果表明，在5分钟以下的清洗条件下，观察到了斯特恩或法蒂赫，但在此以上情况下，显示出了良好的清洗特性。
通过本方法将臭氧水应用于太阳能电池用硅晶片的制作工艺中，清洗工艺中有效去除了晶片表面的残留有机物和微粒，证实了臭氧基陵水清洗工艺的适用性。该工艺既经济又环保，因此如果今后应用于太阳能电池用晶片量产线，可望取得良好的结果。