本发明涉及单晶晶片表面处理的液体试剂,所述液体试剂含有碱性刻蚀剂和至少一种低挥发性有机化合物。该类型的体系可以在单一的刻蚀步骤中用于晶片表面的清洗、损伤蚀刻和织构化,以及只用于具有不同表面质量的硅晶片的织构化,无论所述晶片是高表面损伤的线锯晶片还是具有最小损伤密度的化学抛光表面。
1.一种用于单晶晶片表面处理的液体织构化和清洗剂,含有至少一种用于单晶硅的碱性蚀刻剂和至少一种沸点高于110℃的低挥发性有机化合物,其特征在于,xa01)所述低挥发性机有化合物的浓度相对于织构化和清洗剂总量为1–20重量%,且至少一种低挥发性有机化合物是:xa0a)聚山梨酯;xa0b)选自直链、支链或环状C
4-C
8二醇;直链、支链或环状C
6-C
12三醇及其混合物的多元醇;或者xa0c)可取代的芳香族磺酸或可取代的芳香族二醇,以及xa02)所述蚀刻剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、乙二胺邻苯二酚及其混合物。xa0
2.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述低挥发性有机化合物的沸点为至少120℃。xa0
3.根据权利要求1或2所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述聚山梨酯是聚亚乙基山梨醇酐单月桂酸酯。xa0
4.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述多元醇选自1,5-戊二醇、1,6-己二醇、顺-1,X-环戊二醇,X=2,3、反-1,X-环戊二醇,X=2,3、顺-1,X-环己二醇,X=2,3,4、反-1,X-环己二醇,X=2,3,4、顺-1,X-环庚二醇,X=2,3,4、反-1,X-环庚二醇,X=2,3,4、环己三醇、环庚三醇、环壬三醇。xa0
5.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述磺酸或所述芳香族二醇的浓度相对于织构化和清洗剂总量为0.1–10重量%。xa0
6.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述芳香族磺酸是甲苯磺酸。xa0
7.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述可取代的芳香族二醇是可烷基取代的二羟基苯。xa0
8.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述可取代的芳香族二醇是1,3-二羟基-4-甲基苯或1,2-二羟基-4-甲基苯。xa0
9.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述蚀刻剂的浓度相对于织构化和清洗剂总量为4–15重量%。xa0
10.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,还含有至少一种高挥发性醇,所述高挥发性醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇及其混合物。xa0
11.根据权利要求10所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述高挥发性醇的浓度,相对于织构化和清洗剂总量,为2–20重量%。xa0
12.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,还含有至少一种表面活性剂。xa0
13.根据权利要求12所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、聚乙二醇辛基苯基醚及其混合物。xa0
14.根据权利要求12所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述表面活性剂的浓度,相对于织构化和清洗剂总量,为1–20重量%。xa0
15.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述表面处理包括对所述晶片表面同时进行的损伤蚀刻、清洗和织构化。xa0
16.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述织构化和清洗剂能够被用于浸渍式刻蚀方法中。xa0
17.根据权利要求1所述的织构化和清洗剂,其特征在于,所述织构化和清洗剂的粘度为0.3–1000mPa·s。xa0
18.根据权利要求1-17中任一项所述的织构化和清洗剂用于对单晶晶片的表面进行织构化的用途。xa0
19.根据权利要求18所述的用途,其特征在于,所述晶片是抛光晶片。xa0
20.根据权利要求1–17中任一项所述的织构化和清洗剂用于对单晶晶片的表面同时进行损伤蚀刻、清洗和织构化的用途。xa0
21.根据权利要求1–17中任一项所述的织构化和清洗剂用于除去晶片线xa0锯过程中出现的污染物的用途。xa0
技术领域本发明涉及单晶晶片表面处理的液体试剂,所述液体试剂含有碱性刻蚀剂和至少一种低挥发性有机化合物。该类型的体系可以在单一的刻蚀步骤中用于晶片表面的清洗、损伤蚀刻和织构化,以及只用于具有不同表面质量的硅晶片的织构化,无论所述晶片是高表面损伤的线锯晶片还是具有最小损伤密度的化学抛光表面。
背景技术在现有的生产方法中,在线锯之后浆料残渣的晶片清洗和晶片织构化是在两个不同的工艺步骤中完成的。这两个过程由晶片生产商和太阳能电池生产商可操作地实施。浆料晶片清洗由晶片生产商在线锯之后立即进行。主要包括移除由线锯过程施加在晶片表面上的污染物。其中尤其包括硅的磨损,线锯和所用的研磨剂及粘结剂(浆料)成分的磨损。清洗后的晶片在离开清洗单元后,或多或少会有对表面的晶体损伤,该晶体损伤必须在进一步的加工步骤中去除。晶片表面的织构化,如果已经实施,则属于太阳能电池生产商的事情。在高效率太阳能电池的生产过程中,在此之前是一个复杂的三部分连续清洗步骤,在芯片工业中,该步骤在晶片的后续清洗之后。该RCA清洗(D.C.Burkman,D.Deal,D.C.Grant,C.A.Peterson:“Aqueousxa0Cleaningxa0Processesxa0inxa0Handbookxa0ofSemiconductorxa0Waferxa0Cleaningxa0Technology,Science”,Technologyxa0andxa0Applications,Eastxa0Windsor,N.J.,USA[1993]第111-129页)包括:1)用HF/HNO
3的氧化物蚀刻;2)用H
2O/NH
4OH/H
2O
2的SC-1清洗,随后进行HF浸泡;3)用[H
2O/HCl/H
2O
2]的SC-2清洗,除去污染以及残留的金属和有机污染物,这些污染物是在晶片生产商预清洗之后、由于运输而施加在晶片表面上的。在每次化学处理之后,晶片通过使用高纯去离子水的另一个漂洗步骤,然后移到下一种蚀刻液。用这种方法,总共约8个槽是专用于RCA清洗的(O.Doll:“Komplexbildnerxa0fürxa0alkalische
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="486"/>vonxa0Halbleitersilicium-
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="302"/>Aspektexa0ihrerxa0Wirksamkeitxa0undxa0ihrerxa0chemischen
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="213"/>”,博士论文,法兰克福/Main,2005),不同的生产商只有很小的区别。对于商用的太阳能电池,经浆料的晶片生产商清洗的晶片直接移到织构化过程中,对于根据商用太阳能电池的生产现状的基本织构化,该织构化过程以工业规模用间歇式设备生产,并且还用于损伤蚀刻。但是,在织构化之前作为单独的工艺步骤进行损伤蚀刻也是可能的。在进行织构化之后,晶片分别经过HCl和HF浸泡最多1分钟,然后进行发射极扩散。HCl浸泡用于中和留在晶片表面上的KOH溶液残余物并阻止它们对晶片表面进行进一步化学腐蚀。类似地,另外由于碱性蚀刻液而沉积在硅表面上的金属杂质,主要是从碱性溶液中沉淀的溶解性差的三价金属离子Fe
3+和Al
3+的氢氧化物,被重新带入溶液中。HF浸泡用于保证在织构化步骤之后去除存在于晶片上的自生氧化物。到目前为止,晶片清洗用两种方式进行:间歇式或在线方式,分别使用两个单元,一个用于浆料清洗,一个用于织构化。到目前为止,间歇法已经成为晶片织构化的工业标准。此外,清洗和织构化使用不同的化学体系:含有用于清洗的清洗表面活性剂的仅弱碱性试剂[pHxa08-9],以及含有用于织构化的织构化表面活性剂的强碱试剂。在以前的太阳能电池加工的情况下,清洗表面活性剂和织构化表面活性剂并不相同。在这两种情况下,通过加入碱金属氢氧化物[在清洗中一般是NaOH,在织构化中一般是KOH]调节试剂的pH值。对于间歇式清洗方法,被污染的晶片通过在确定的部分中不同组成的化学槽。一般来说,用不同表面活性剂添加剂的基于氢氧化钾或氢氧化钠的水性碱剂用作清洗剂。在清洗过程中,化学试剂和超纯水的串联利用作为基本物理原理的稀释作用,该稀释作用在晶片通过多个槽时产生。间歇法的处理时间,包括从线锯后的晶片分离直至最终清洗后的晶片的所有分步骤,通常大于一个小时。在线清洗保证更紧的时间进程,其中,晶片在辊子系统上以传送带的方式传输,所述晶片在清洗槽的各个部分中经过不同的化学和物理条件,各个部分彼此并不严格划定边界。与间歇式清洗不同,在线清洗是一个连续过程。它能够并行地连续更换清洗液而不中断该过程并改善试剂控制。从化学角度来看,这里使用与间歇式清洗类似的清洗剂。对于单晶硅晶片的表面织构化,在太阳能电池生产过程中一般使用包含氢氧化钾和2-丙醇的碱剂。为了保证由于去除锯切损伤的蚀刻去除的充分进行,蚀刻时间通常为15-25分钟,由此,生产装置仅用于间歇法中。在织构化过程中,为了生产所谓“随机分布棱锥”、“随机棱锥”,碱蚀刻剂的各向异性被用于硅的不同结晶方向的蚀刻行为中。作为除KOH之外的其他碱蚀刻剂,还包括氢氧化钠、四甲基氢氧化铵和乙二胺邻苯二酚,这里提及的有机蚀刻剂与两种无机蚀刻剂的不同点是更长的加工时间,但是与之平衡的是它们没有金属阳离子。关于无机蚀刻剂,氢氧化钾比氢氧化钠优选,因为在织构化之后保留在表面上的钠离子可以作为硅晶片的表面氧化物中的移动电荷载流子,因为相对于更大的钾离子,它们的扩散速度更大。这对主要是氧化物钝化的硅衬底的电性能有不利的影响。
发明内容因此,本发明的目的是提供一种水性化学体系,其允许简化太阳能电池生产中的加工过程(清洗、损伤蚀刻和织构化)。这同样包括生产过程中的技术简化和与之相伴的成本降低。该目的通过具有权利要求1所述特征的液体织构化和清洗介质实现。其他从属权利要求揭示了有利的发展。根据本发明的应用示于权利要求27-30中。在太阳能电池生产过程中,织构化溶液通常包含氢氧根离子提供剂(OH
-离子)和表面活性物质,氢氧根离子提供剂涉及有机碱或无机碱,表面活性物质即所谓的表面活性剂,其通常是一种有机溶剂,主要是2-丙醇。在碱性水介质中对硅的化学腐蚀(其在此以氢氧化钾溶液为例来表示)按着以下反应方程式进行:2K
+(aq)+2OH
-(aq)+2H
2O(1)+Si(s)2K
+(aq)+Si(OH)
2O
22-(aq)+2H
2(g)这里产生硅酸的水溶性盐作为反应产物:硅酸钾和元素氢,元素氢在超过溶液中的饱和极限后以气体形式从溶液中逸出。表面活性剂具有至少一个亲水基团和至少一个疏水基团。在纯织构化过程中,它有两个基本任务:1.由于其作为水溶性的亲水和疏水物质的双重特性,它能够完全润湿亲水和疏水的硅衬底。例如,如果在织构化步骤之前,硅表面经过用含有氢氟酸的试剂进行的抛光腐蚀,则表面被氢原子封端,即表面原子的那些原子价被氢饱和,表面原子上没有相邻的其他硅原子。由于在硅和氢之间电负性差小,这些键是非极性的;这样的表面因此是疏水的。相反,如果所述表面具有薄层的自生氧化物,例如在新锯切的晶片中所形成的自生氧化物,则由于后者在线锯切割过程中经过潮湿的浆料处理,因此表面主要是亲水的,因为Si-O间的强极性,这种强极性来源于硅和氧之间的高电负性差。表面的完全均匀润湿对于硅衬底均匀织构的形成是必不可少的。如果不能提供表面的均匀润湿,则衬底表面的不同区域被极不同程度地经过刻蚀剂的化学腐蚀,这导致形成尺寸有很大变化的蚀刻棱锥。除了更高的反射程度以外,这些表面还具有更难以加工的缺点,因此在太阳能电池生产过程中是不受欢迎的。2.与极性溶剂水相比,有机液体一般具有更高的非极性气体分子的溶解度。这又导致在用氢氧根离子进行的刻蚀过程中形成的氢可更好地溶解在含有有机溶剂的吸附表面膜中,因此在表面上比在纯水溶液中保留时间更长。结果是硅表面被超细气泡覆盖率高,超细气泡作为形成织构化棱锥的核。硅衬底的表面织构化的一种理论指出,吸附在表面上的超细气泡局部且暂时地阻止氢氧根离子对衬底的化学腐蚀。因此在吸附气泡的地方,腐蚀推迟发生,而在气泡周围的部分已经被去除。被阻止的地方后来形成刻蚀棱锥的峰。尽管关于刻蚀过程的该理论没有得到一致性的支持,但是在文献中取得广泛一致的是,形成的氢在衬底表面上强烈而均匀吸附有必要作为形成定性的高价值织构的前提。例如,各种烷基、乙烯基或芳香族体系(例如苯基)在表面活性剂中作为疏水集团。例如在带有甲基侧链的苯环的甲苯磺酸的情况下,也可以组合这些基团。亲水基团例如是羟基(-OH),如在标准织构化剂的情况下;异丙醇;SO
3H基团,例如在甲苯磺酸的情况下;硝基(-NO
2);羧基(-COOH);磷酸根(-O-PO
3H)或铵基团(-NH
4+),这里仅提及少数可能性。疏水和亲水基团的类型和长度决定表面活性剂的润湿性和气体溶解度性能,如同其沸点一样。例如,表面活性剂的疏水基团越长,在表面活性剂分子之间的范德华力越强,其沸点越高。仅有两个短链(甲基)的异丙醇因此具有82℃的较低沸点,而具有较长疏水基团的对甲苯磺酸在140℃沸腾。在表面活性剂分子中的非极性疏水比例越高,其对非极性(氢)气体分子的溶解能力越高。除了待织构化晶片表面的均匀润湿及其对晶体表面上的气体吸附的辅助以外,表面活性剂还在太阳能电池晶片处理中做出其他重要贡献:它们作为晶片的有效清洗剂,因为它们结合水溶液中的有机杂质,例如来自浆料的漂浮颗粒或有机残渣,例如聚乙二醇、环氧树脂、或者粘合剂残渣,因此防止其沉积在衬底表面上。无机、金属杂质可以同样非常有效地被这里用作织构化剂的一些有机试剂结合。溶液中有机污染物的分离通过胶束形成来进行。胶束是表面活性剂分子的球形聚集体,非极性有机杂质通常位于其中心,被表面活性剂分子的非极性基团包围。表面活性剂分子的极性基团形成胶束的表面,保证了胶束在极性溶剂水中的溶解度。胶束形成能力并非在所有表面活性物质中都同样突出。其本质上取决于疏水基团的构成,重要的是其空间伸展。因此,例如具有两个非常短疏水基团的异丙醇是非常差的胶束形成剂,而长链羧酸或其阴离子是非常好的胶束形成剂,它们是许多清洗剂的标准成分。随着疏水基团链长的增大,表面活性剂的水溶解度降低。长链羧酸(链长大于6个碳原子)因此水溶解性不断变差。它们事实上是良好的胶束形成剂但是为不良的织构化剂,后者本质上也是由于它们通常不再能够完全均匀地润湿硅表面。其原因一方面是,相对于其分子尺寸,它们对衬底表面的亲水区域的结合性差,与在极性介质水中的溶解度大幅度减小一样,结果是溶解的具有更大疏水链长的表面活性剂分子的浓度变低,因此它不再足以完全覆盖衬底表面。关于润湿性,长链和短链、离子型和非离子型,以互补的方式起作用。因此,当目的是尽可能高且均匀的衬底覆盖时,并行使用不同类型的表面活性剂是切合实际的。与离子和非离子表面活性剂之间的混合比例一样,长链和短链疏水基团的表面活性剂之间的混合比例决定了棱锥的成长和织构质量。例如,甲苯磺酸在这里代表织构化作用和清洗作用之间的良好均衡。与长链羧酸不同,它在水中可以高浓度溶解,所以可以在宽浓度范围内使用。这在补充和不补充挥发性更大的有机成分(例如短链醇)的情况下同样适用于某些短链(羟基-)羧酸和-二羧酸。此外,芳香醇,例如邻苯二酚(1,2-二羟基苯)、某些二羧酸,例如草酸和羟基羧酸,例如酒石酸,与许多氨基羧酸一样,例如EDTA(乙二胺四乙酸,TITRIPLEXxa0III)和CDTA(反-1,2-环己二胺四乙酸,TITRIPLEXxa0IV)、DTPA(二乙二胺五乙酸TITRIPLEXxa0V)能够在碱性水溶液中与某些金属离子形成螯合物,这些螯合物的贡献在于使得这些离子不在吸附在晶片表面上沉淀或者以溶解性差的盐形式沉淀,而是保持在溶液中。例如,酒石酸与金属离子Fe
3+,Al
3+,Cr
3+,Pb
2+,Cu
2+形成非常稳定的螯合物,因此增大其在碱性溶液中的溶解度,而在没有螯合物形成剂的情况下,这些例子以溶解性差的氢氧化物形式沉淀。这些有机化合物对溶液和硅衬底表面的清洗作用在半导体技术中是已知的。甲苯磺酸是ICBxa0GmbHxa0&xa0Co.KG公司的晶片清洗剂
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="425"/>的表面活性剂主成分。一般的烷基磺酸以及它们的烷基和9(聚)烷氧基取代衍生物已知作为清洗剂,但不作为织构化有效的物质。根据本发明,还提供用于单晶晶片的表面处理的织构化剂。该织构化剂含有至少一种单晶硅的碱刻蚀剂和至少一种低挥发性有机化合物,该有机化合物的沸点大于110℃,优选大于120℃,特别优选大于150℃。根据本发明的织构化剂的优点在于:与仅适用挥发性织构化剂的那些方法相比,往往能够使用更高的处理温度,例如高于110℃的温度,而在仅适用挥发性织构化剂的那些方法中为约80℃的温度,异丙醇(82℃)和乙醇(78℃)的大致沸点是标准。更高的处理温度保证清洗和织构化剂更快刻蚀,不存在成分过快排气的危险,因此缩短处理时间。但是,另一方面,如果金属杂质不是已例如通过配合物形成而结合在溶液中,则高处理温度还促进某些金属杂质如不希望的那样从溶液扩散到硅衬底中。此外,一些低挥发性织构化剂相当便宜并且同时是可生物降解的,因为这些化合物中许多涉及天然物质,这同样会降低处理成本。优选地,低挥发性有机化合物的沸点≥120℃,特别优选≥150℃。所述至少一种低挥发性有机化合物优选选自饱和或不饱和脂肪族或芳香族羧酸、二羧酸、多羧酸、羟基(多-)羧酸、氨基羧酸(如I.1-I.3中给出的通式)、其酯及其混合物。所使用的具体化合物包括草酸、丙二酸、马来酸、琥珀酸、己二酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、水杨酸、硝基三乙酸(NTA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、反-1,2-环己二胺四乙酸(CDTA)及其混合物。
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>I.1:链状氨基羧酸
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>I.2:环状杂环氨基羧酸
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>I.3:在环己烷上取代的氨基羧酸基团在织构化和清洗剂中,存在优选作为低挥发性有机化合物的饱和或不饱和的脂肪族(多)醇,具体选自直链、支链或环状C
4-C
8二醇或C
6-C
12三醇或其混合物。特别优选的是1,5-戊二醇、1,6-己二醇、顺/反-1,X-环戊二醇(X=2,3)、顺/反-1,X-环己二醇(X=2,3,4)、顺/反-1,X-环庚二醇(X=2,3,4)、环己三醇、环庚三醇、环壬三醇,特别是1,4,7-环壬三醇、顺/反-1,4-环己二醇或其混合物。顺/反-1,4-环己二醇可以被强调作为低挥发性醇系列的特别优选的代表。因为其对硅衬底的快速织构化作用的原因,第一次使得在线织构化完全成为可能,这用以前的标准织构化剂2-丙醇是不可能的,特别是因为2-丙醇的高挥发性以及由其所得的浴组合物的不稳定性。一方面,(多)醇的清洗作用基于多元醇是有机杂质的良好溶剂。另一方面,羟基可以在顺位相互之间配合金属离子成为配位体,并以这种方式防止它们重新沉积到晶片表面上。此外,在(多)醇的情况下,与简单醇相比,金属-氧键由于熵效应而稳定化。所述至少一种低挥发性有机化合物因此优选使用浓度1-20重量%,特别优选2-10重量%(分别相对于织构化剂总量而言)。在进一步优选的变型中,提供使用以下化合物作为低挥发性有机化合物:所述化合物选自芳香族磺酸或芳香族(多)醇,例如间苯二酚或邻苯二酚,或者可以被非极性侧链或极性侧链取代的芳香族醚,所述非极性侧链例如一个或多个烷基(例如乙基-丙基-、辛基-、异丙基-、叔丁基等)、环氧烷基(例如环氧乙烷基-或聚氧乙烯基-)、烷基乙烯基;所述极性侧链例如羟基、-SO
3H基、羧基、-SH基、氨基。选自具有侧链的芳香族磺酸中特别优选的是甲苯磺酸,而选自烷氧基取代的芳香醇的优选代表是1,3-二羟基-4-乙氧基苯。作为选自芳香族、烷基取代的(聚-)醚的优选代表,这里可以提及Triton
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="199"/>(聚乙二醇-叔-辛基苯基醚)、Tergitolxa0NP-9(各种烷基苯基乙二醇)(二者都是Unionxa0CarbideCorporation公司的)和商品名为Triton
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="169"/>的壬基苯基乙基氧化物(制造商:Rohmxa0&xa0Haas)[见II.1-II.2]。实验能够证明,在具有较高碱金属氢氧化物含量(例如在5至10重量%之间)的织构化剂中,较高浓度(相对于整个织构化剂在3%以上)的甲苯磺酸本身表现出强织构化作用,这在具有低含量碱金属氢氧化物和甲苯磺酸的体系中未观察到。
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>对甲苯磺酸PURATRONxa067的成分
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>1,2-二羟基-4-乙氧基苯
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>聚乙二醇-叔-辛基苯基醚TRITONxa0X-100的成分P=0-12;Q=0-12
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>s=0-12;t=0-12
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>Y=-H,-OH,-SH,-COOH,-SO
3H-NH
2,-NH(Alkyl),-N(Alkyl)
2II.2:取代的芳香族磺酸、醇和醚,各有一个优选的代表因此,处理溶液含有优选0.1-10重量%的磺酸。在一种进一步优选变型中,提供使用以下化合物作为低挥发性有机化合物:选自硫酸烷基酯及其盐。这里特别优选的是十二烷基硫酸盐、肉豆蔻基硫酸盐、硬脂酸基硫酸盐、辛基硫酸盐,例如十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钾、十二烷基硫酸铵、辛基硫酸铵(参见III)。
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>烷基硫酸盐的通式
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>十二烷基硫酸铵十二烷基硫酸盐是表面活性剂SDS的成分III:十二烷基硫酸铵作为优选代表的烷基硫酸盐在进一步优选的实施方案中,聚山梨酯用作低挥发性有机化合物(参见IV)。该物质集合的优选代表是聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯,以商品名
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="325"/>(Uniqema,ICIxa0Americas,Inc.)在市场上获得,具有高纯度。
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>聚山梨酯20:w+x+y+z=16聚亚乙基山梨醇酐单月桂酸酯TWEENxa020IV:聚山梨酯20
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="405"/>作为优选代表的聚山梨酯作为刻蚀剂,根据本发明的织构化剂优选含有选自以下的化合物:氢氧化钠、氢氧化钾、三甲基氢氧化铵、乙二胺邻苯二酚及其混合物。优选地,刻蚀剂,即氢氧根离子提供剂,其浓度为4-15重量%(相对于织构化剂总量而言),特别是5-7重量%。此外,所述织构化剂可以含有至少一种高挥发性有机组分,特别是沸点最高120℃的高挥发性的线形或支化醇。高挥发性醇优选选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇及其混合物。高挥发性醇优选浓度为2-20重量%,特别是2-10重量%(相对于织构化剂总量而言)。此外,所述处理液可以优选含有其他表面活性剂。根据本发明使用其他表面活性剂,是为了获得进一步的、在此为对晶片表面的大面积均匀化学腐蚀,并因此改进晶片的光学质量。关于晶片的美观,这种光学均匀性具有特别的重要性,它是商用太阳能电池生产中工业太阳能电池的重要价格因素。所述表面活性剂优选选自十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、聚乙二醇辛基苯基醚及其混合物。该表面活性剂因此可以1-20重量%的浓度含有,特别是2-10重量%(相对于处理液总量而言)。所述织构化剂可以优选用在浸渍式刻蚀过程中,浸渍式刻蚀可以以连续或间歇式方法进行。所述织构化剂的粘度优选为0.3-1000mPa·s,优选0.5-100mPa·s,特别优选0.6-10mPa·s。根据本发明的方法参考以下实施例可以更详细地解释,但不希望将所述方法限于这里所表示的具体实施方案。实施例1在间歇式过程的一个步骤中进行清洗、损伤蚀刻和织构化在一个蚀刻步骤中用于清洗、损伤蚀刻和织构化的根据本发明的一个实施例涉及一种间歇式方法,其中,一个单元包括四个模块,这四个模块各自通过气锁彼此在空间上分开。根据同时要处理的晶片数量,每个模块包含一个不同长度的外部密封的腔室。所述腔室被暂时打开以便装载和卸载,对于每个模块这需要最多10秒,并且所述腔室具有最小的气体空间,为了可以快速进行液相与气相之间的热平衡和化学平衡。在各个腔室中,存在处理槽,在处理槽中可以浸渍轨道,在清洗过程开始时,晶片被固定在轨道上,并且它们在轨道上从一个处理室到另一个处理室。在各个模块中,进行下列的部分过程:模块1:在DI水的帮助下,被浆料污染的晶片的预清洗在该模块中有一个槽,该槽在每个漂洗步骤之后被清空。清洗剂是40-80℃的热去离子水。在漂洗过程中,任选地用兆声源声学照射晶片。声学照射频率为1MHz。处理时间优选为6.5分钟。模块2:与位于被损伤层中的污染物去除相关的损伤蚀刻+晶片表面的织构化在模块2中,与模块1类似,存在至少一个槽,其中要处理的晶片被水平固定。一个优选的实施方案在模块2中具有蚀刻剂,该蚀刻剂含有相对于溶液总量而言为5重量%的KOH溶液和7重量%的甲苯磺酸。蚀刻时间为20分钟;溶液温度为110℃。晶片表面上蚀刻剂的流速为约5cm/分钟,薄膜厚度为3mm。与停留时间为约6.5分钟的其它模块不同,晶片在模块2中的停留时间约为3倍。为了保证连续的加工流,在模块2中至少三个晶片轨道(输送装置)被同时处理,并且以约6-6.5分钟的时间间隔临时补偿地引入到所述腔室中或从其中取出。作为用于模块2的蚀刻剂,一个进一步的实施方案提供一种氢氧化钠水溶液,用己二酸作为织构化表面活性剂,该溶液的NaOH含量相对于溶液总量为6重量%,己二酸含量为4重量%。这里蚀刻时间也是20分钟;溶液温度为110℃。蚀刻剂在晶片表面上的流速为约4cm/min,薄膜厚度为4mm。模块3:用去离子水漂洗处理后的织构化晶片该工艺步骤的目的是将来自模块2的晶片上的任何残留的蚀刻液残余物除去。本发明的一个优选的实施方案提供了与模块1中所给出的相同的结构构造的模块3。工艺参数(处理时间、处理温度、槽的声学照射)因此与模块1的工艺参数一致。在本发明的再一个实施方案中,通过喷射装置清洗掉晶片上的蚀刻液残渣。但是,该处理时间仅有3-3.5分钟。模块4:缩短的RCA清洗该清洗步骤的目的是除去晶片上的任何夹带的金属和有机污染物残余物。在本发明的一个优选实施方案中,模块4包含两个槽。第一个槽充有氢氧化铵(NH
4OH)/过氧化氢(H
2O
2)水溶液,其浓度对于RCA清洗是正常的。这里的处理温度优选为80-90℃,处理时间为6.5-7分钟。在另一个优选的实施方案中,模块4的第一个槽充有半浓HCl溶液。其中进行的HCl浸泡的处理时间为约2分钟,处理温度为50℃。第二个槽含有稀释到半浓的HF水溶液。处理温度为25℃(室温),处理时间为10-15秒。在离开该槽后,所述晶片在模块3中受到利用去离子水进行的喷射处理,持续3-3.5分钟。在这种状态下,它们可以立即被进一步处理而没有进一步的清洗步骤。在实际测试中,与用标准清洗和织构化概念处理的晶片相比,用本发明处理的晶片往往具有更好的光学性能(反射减少)和类似的电性能(表面电荷载流子组合速度)和明显更好的力学性能(更高的抗破裂性)。实施例2线锯切割晶片的清洗和织构化用于织构化线锯切割晶片并同时清洗的根据本发明的另一个实施例涉及一种间歇法,其中,在模块2中使用一种蚀刻剂,该蚀刻剂相对于溶液总量包含最多3.5重量%的甲苯磺酸钾(对甲苯磺酸的钾盐)、1重量%的酒石酸钾(酒石酸的钾盐)、4重量%的氢氧化钾和2重量%的2-丙醇。在模块2中的处理时间为21-25分钟,溶液温度约为80-85℃。实施例3线锯切割的晶片的清洗和织构化用于清洗和织构化线锯切割晶片的根据本发明的另一个实施例涉及一种间歇方法,其中在模块2中使用一种蚀刻介质,该蚀刻介质相对于溶液总量包含最多3.5重量%的甲苯磺酸钾、1重量%的柠檬酸铵、5重量%的氢氧化钾、3.5重量%的2-丙醇和0.5重量%的
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ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="376"/>在模块2中的处理时间为21-25分钟,溶液温度为82-85℃。在模块4中,第一个槽充有5重量%的HCl溶液,槽温度为35℃。浸渍时间为2分钟。其余的测试参数与实施方案1中类似。实施例4线锯切割的晶片的清洗和织构化用于清洗和织构化线锯切割晶片的根据本发明的另一个实施例涉及一种间歇方法,其中在模块2中使用一种蚀刻/清洗溶液,该蚀刻/清洗溶液相对于溶液总量包含4重量%的氢氧化钾、3.5重量%的甲苯磺酸钾、2.5重量%的2-丙醇、0.5重量的十二烷基硫酸钠和0.25重量%的EDTA(乙二胺四乙酸)。在模块4中,第一个槽充有5重量%的HCl溶液,槽温度为35℃。浸渍时间为2分钟。其余的测试参数与实施方案1中类似。用于其他模块的其余工艺参数与实施方案1的工艺参数相对应。实施例5线锯切割的晶片的清洗和织构化用于织构化线锯切割晶片并且同时清洗的根据本发明的另一个实施例涉及一种间歇方法,其中在模块2中使用一种蚀刻剂,该蚀刻剂相对于溶液总量包含1重量%的邻苯二酚、4重量%的甲苯磺酸钾、5重量%的氢氧化钾。在模块2中的处理时间为21-25分钟,槽温度为约100-110℃。实施例6抛光晶片的织构化用于织构化抛光晶片的根据本发明的一个实施例涉及一种间歇法,其中处理所需的系统包含四个槽。在槽1中,抛光的(已经非常清洁)晶片浸渍在纯醇中,优选为异丙醇。醇的温度为20-25℃。该步骤只用于表面的均匀润湿,然后在槽2中用蚀刻液进行第一次化学腐蚀。在滴下状态下,晶片从槽1改变到槽2。槽2含有实际的织构化溶液,其相对于溶液总量含有5重量%的KOH,3.5重量%的对甲苯磺酸和3.5重量%的2-丙醇。在蚀刻过程中的槽温度为80-85℃。根据槽温度,蚀刻时间为40-50分钟(在恒定85℃左右的蚀刻温度下,大约40分钟)。槽3含有约5-6重量%的盐酸溶液,温度为约20-25℃。在离开槽2后,晶片用去离子水喷洒,然后它们进到槽3,在槽3,它们保持约1-2分钟。在槽3中的处理步骤3用于中和晶片表面上任何残留的KOH残余物,因此用于停止蚀刻。在离开槽3后,晶片进到装有纯去离子水的第四个槽,在这里,它们被漂洗到去离子水的电导率。用这种方法织构化的晶片表面,在实际实验中,达到约10.8%的反射度(加权反射)。实施例7抛光晶片的织构化用于织构化抛光晶片的根据本发明的另一个实施例提供一种水溶液,所述水溶液包含5重量%的氢氧化钾和7重量%的甲苯磺酸钾(甲苯磺酸的钾盐),其余参数与作为槽2的蚀刻组分的前述实施例参数相同。这里的槽温度约为95-100℃,蚀刻时间为30-40分钟。实施例8抛光晶片的织构化用于织构化抛光晶片的根据本发明的另一个实施例提供一种水溶液,相对于溶液总量,所述水溶液包含5重量%的KOH和2重量%的己二酸二乙酯。槽温度约为80℃,蚀刻时间为最多50分钟。用于槽1、3和4的测试参数与实施例1的参数类似。在实施例2和3中表示的配方和槽2的反应条件也适合于作为模块2的蚀刻剂,模块2是用于被研磨剂污染的线锯切割晶片的清洗/织构化过程。实施例9抛光晶片的织构化在根据本发明的另一个实施例中,在织构化过程中完全摒弃使用2-丙醇。槽1含有约40℃的温热的对甲苯磺酸溶液,其含有20-30重量%的甲苯磺酸。在实际实验中,用这种方法织构化的晶片表面获得了约11.3%的反射度(加全反射)。