多晶矽製絨技術的介紹

刊登日期:2016/9/5
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世界各國在加速發 展經濟的情況下,大量的消耗傳統石化能源,如石油、煤礦、天然氣等,導致傳統石化能源的價格節節攀升,隨之而來的溫室效應造成極端氣候等環境問題也日益嚴 重。為此,世界各國開始重視綠色能源的開發,包含太陽能、地熱、潮汐能、風力、生質能等可循環利用之能源,而其中又以太陽能因不需特定地理條件及製作成 本、便利性及安全性的優勢,成為綠色能源開發的重點之一。

在太陽能市場中,矽晶太陽電池擁有超過九成的市占率,其中又有將近 64%為多晶矽太陽電池。因此如何提升多晶矽太陽電池的效率並且降低成本,一直是廠商們努力的重點。隨著新型切割技術的開發,新的製絨製程也開始受到關 注,本文介紹目前多晶矽製程常用的酸蝕刻技術,以及新開發的金屬輔助蝕刻與乾蝕刻的技術原理與發展進度,並且分析各技術目前的優缺點及對產業的影響。
 
溼式蝕刻技術

1. 酸蝕刻技術
傳統酸蝕刻製程的優點在於製程快速,成本低廉;而一直存在的缺點則有硝酸造成的氮氧化物(NOx) 汙染,以及混酸反應導致溫度容易升高的危險性和蝕刻速率不易掌控等,但最大的問題是無法應用在鑽石線切割技術的多晶矽晶片上,主要是因為多晶矽晶片經過鑽石線切割之後的表面,形成很深的切削線痕及零星散布的小凹痕。相對的,傳統線切割的多晶片表面,則是均勻散布這些凹痕。在酸蝕刻的製絨過程中,這些凹痕有 助於形成太陽電池多晶片所需要的表面結構,也因此,較為平整的鑽石線切割多晶片反而不利於織構化處理表面,若以傳統酸蝕刻製程處理,其表面會如圖七所示, 在鑽石線切割多晶片上無法進行蝕刻處理。




圖五、氫氟酸、硝酸與水的比例和蝕刻速率的變化關係

 
2. 金屬輔助蝕刻製程
金屬輔助蝕刻製程(圖八),與傳統酸蝕刻不同點在於使用雙氧水取代硝酸作為蝕刻液,藉由金屬觸媒的輔助與矽基板進行電子交換,其中金屬作為陰極反應區,而矽 基板則作為陽極反應區。藉由陰極反應所產生的氫氣,可以提高氫氟酸對矽基板的蝕刻速率,且反應過程中,矽基板與金屬接觸面會發生氧化反應,生成二氧化矽, 與氫氟酸反應後生成液態的矽氟化合物,更提高氫氟酸對矽基板的蝕刻速度,只要表層金屬顆粒均勻塗佈,便可以達到均勻且快速的蝕刻效果。



圖八、金屬輔助蝕刻

乾式蝕刻技術
乾蝕刻技術多是應用於半導體積體電路的製作,相對於溼式蝕刻技術,它能製作於更窄的線寬以及更高的深寬比元件,這是因為溼蝕刻本質而言是屬於等向性蝕刻技術,不但會縱向蝕刻,也會在橫向蝕刻,形成所謂的底切現象造成線寬變大。乾式蝕刻最大的優點就是非等向性蝕刻,此特點在高解析度的轉移遮罩圖案上,有相當 卓越的表現。

矽晶片太陽電池製作中,製絨過程一直是以溼式蝕刻的方法來進行處理。將乾式蝕刻的方法應用在矽晶片的處理,則是在 2000年才開始出現相關議題,主要是以黑面電池為主。此法可以製作出反射率極低的表面結構(圖十一),希望能藉由這種表面結構,進一步增加光吸收的能 力,來達到增加短路電流,提升效率的目的。但是,矽晶片在電漿環境中,不斷遭到……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者: 呂信緯 、陳建勳 / 工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」357期,更多資料請見下方附檔。


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