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金刚石线锯切割太阳电池硅片技术具有切割速度快、硅片质量高以及环境负荷小等诸多优点,已在单晶硅片切割生产中逐渐推广应用。然而金刚石线锯切割多晶硅片却存在使用现行酸性湿法工艺进行减反射制绒失效的问题。作者针对解决该问题实验研究了一类低成本的气相刻蚀制绒方法,依气体产生方式不同分为热蒸法和反应法两种:前者刻蚀气体由加热HF/HNO3混合酸蒸发而产生;后者刻蚀气体由硅与HF/HNO3混合酸反应所产生。研究工作内容包括三种硅片气相刻蚀制绒实验装置的设计制作、气源温度、气流强度、预热温度等因素对硅片刻蚀速率、绒面微观形貌和减反射效果的影响和相关机理。 研究结果表明,热蒸法气相刻蚀深度随时间呈线性增加,速率为~1μm/min。气相刻蚀阶段腐蚀坑的形成不受金刚石线锯切割硅片的表面切割痕和表面状态影响,能够消除切割纹,最终会在硅片表面密布一种尺度接近纳米级的腐蚀坑。这种形貌的减反射效果极佳,获得的最低反射率接近~10%,但这种纳米级结构有可能与后续太阳电池工艺不兼容。通过汇流设计提高热蒸法气相刻蚀时的气流强度,可改善硅片刻蚀均匀性,趋于形成与后续电池工艺兼容的微米级蚀坑,其减反射效果明显优于酸性湿法制绒在砂浆切割硅片上得到的效果,且能够完全去除金刚石线锯切割硅片的表观切割纹。 气源混合酸中HF和HNO3相对比例最佳为HF: HNO3=1:4。增加HNO3比例会使硅片蚀坑变浅;增加HF比例会导致硅片位错露头处严重选择性刻蚀。热蒸法气相刻蚀中气源混合酸最佳温度~90℃;最佳预热温度为~60℃。 反应法气相刻蚀速率不稳定,最大达到~8μm/min。它能够得到良好球坑型绒面,其减反射效果优于砂浆切割硅片酸性湿法制绒效果,且能够完全去除切割纹。预热温度~70℃时效果最佳。但其过程依赖添加反应硅料,瞬时刻蚀速率过高,后期又趋于停顿,难于稳定连续控制。 反应法气相刻蚀过程中外加硅料与气源混合酸剧烈反应发热,使之急剧升温,同样产生了蒸发气体,其反应刻蚀机理与热蒸法类似。两种气相刻蚀制绒方法都并非完全的干法,要有一定密度蒸气凝结在硅片表面形成分散微滴,密度太大液相凝聚成片,刻蚀等同于湿法而失效;密度太小则不足以产生可观刻蚀。由于预热温度直接控制其表面蒸气凝结密度,因此它相应存在最佳值。 本研究发现了两种可望解决金刚石线锯切割多晶硅片制绒问题的气相刻蚀制绒方法,并通过改进实验装置和实验研究方法推进了相关工艺技术和机理认识,对于气相刻蚀制绒技术的产业化发展和金刚石切割多晶硅片制绒问题的解决具有重要参考价值。