一种硅片质量检测方法、分类方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅片质量检测方法、分类方法。

背景技术

随着晶硅技术发展，为了获得高效、优质、可靠性的太阳能电池，对硅片质量的需求越来越高，硅片在拉晶及铸锭过程中总会有少量金属、氧、以及碳杂质引入，会极大降低成品硅基电池的电学性能及可靠性。为了解决硅片杂质问题，电池制程工艺中会增加含氢钝化膜工艺及退火工艺，钝化硅片表面悬挂键和缺陷问题，但是硅片本身杂质问题无法探测。

在传统硅片电池制作过程中，无法判定硅片质量对电池片性能及可靠性的影响，现有技术中的硅片衰减表征方法是将硅片按照常规或者特殊电池工艺做成电池进行衰减测试，如光致衰减(LID)测试、光热辅助衰减(LETID)测试及电致衰减(CID)测试，来判断硅片质量对电池性能及可靠性的影响，这种方式时间较久，并且会受到电池工艺制程的影响，难以保证对硅片质量判断的准确度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种硅片质量检测方法，操作简单，效率高，准确度高。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种硅片的分类方法，操作简单，效率高，准确度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅片质量检测方法，包括以下步骤：

一、对硅片进行清洗，在清洗后的硅片双面形成钝化膜，用于对所述硅片表面的悬挂键进行钝化，并进行烧结处理，得到半成品；

二、对半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到第一少子寿命值为A

三、对半成品进行衰减处理；

四、对衰减处理的半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到第二少子寿命值为A

五、计算硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率，其中，硅片的少子寿命衰减率为C，C＝(A

六、根据A

其中，A

C和D越大，硅片体内杂质及缺陷含量越多，C和D越小，硅片体内杂质及缺陷含量越少。

作为上述方案的改进，步骤(三)中，所述衰减处理包括加热处理和光照处理，其中，加热处理和光照处理同时进行；

加热处理是对半成品进行加热，加热温度为110～170℃，加热时间为10～40s；

光照处理采用波长为1000～1200nm，光照强度为15000～35000w/m

作为上述方案的改进，加热温度为130～150℃，加热时间为15～30s；

所述红外激光的波长为1050～1150nm，光照强度为18000～25000w/m

作为上述方案的改进，步骤(二)中，所述光致发光测试的测试光照强度为1sun，曝光时间为0.1～0.5s。

作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述清洗包括碱洗，其中，所述碱洗包括：

将硅片浸泡在温度为65～75℃的第一碱液中，所述第一碱液为2％～3％浓度的KOH溶液，用于去除硅片表面机械损伤层；

用去离子水冲洗硅片，以除去第一碱液；

将硅片浸泡在第二碱液中，所述第二碱液为70％～85％浓度的KOH和1％～2％浓度的H

作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述清洗还包括酸洗，所述酸洗在碱洗之后进行，其中，所述酸洗包括：

将硅片浸泡在2％～5％浓度的HCl/HF混合溶液中，去除多余的碱液、金属杂质及硅片表面氧化层；

用50～70℃的去离子水冲洗硅片，以除去酸液；

将硅片吹干。

作为上述方案的改进，步骤(一)中，采用等离子增强化学气相沉积法在硅片的双面沉积AlO

AlO

作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述烧结处理包括：将钝化膜放在700～800℃的环境退火，以使钝化膜激活，将硅片表面悬挂键及缺陷钝化。

相应地，本发明还提供了一种硅片的分类方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将标准硅片和待分类硅片进行清洗，在清洗后的硅片双面形成钝化膜，用于对所述硅片表面的悬挂键进行钝化，并进行烧结处理，得到标准硅片半成品和待分类硅片半成品；

b、对标准硅片半成品和待分类硅片半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到标准硅片半成品的第一少子寿命值为X

c、对标准硅片半成品和待分类硅片半成品进行衰减处理；

d、对衰减处理的标准硅片半成品和待分类硅片半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到标准硅片半成品第二少子寿命值为X

e、计算标准硅片和待分类硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率，其中，标准硅片的少子寿命衰减率为K

待分类硅片的少子寿命衰减率为K

若H

作为上述方案的改进，步骤(c)中，所述衰减处理包括加热处理和光照处理，其中，加热处理和光照处理同时进行；

加热处理是对半成品进行加热，加热温度为110～170℃，加热时间为10～40s；

光照处理采用波长为1000～1200nm，光照强度为15000～35000w/m

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的检测方法不需将硅片制成电池，避免了电池制作中的其他工艺产生的影响，从而提高检测准确性；与单一参数表征硅片质量相比，本发明通过多个参数来表征硅片质量，准确性更高。

此外，本发明同时采用加热和光照的方法来处理硅片，衰减处理时间短(10～40s)，检测效率高；进一步地，本发明采用110～170℃的加热温度、15000～35000w/m

于不同类型硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率不同，因此可通过两硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率的差值来判断硅片的类型，通过本发明的分类方法可检测出硅片的类型，操作简单，效率高，准确度高。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供的一种硅片质量检测方法，包括以下步骤：

一、对硅片进行清洗，在清洗后的硅片双面形成钝化膜，用于对所述硅片表面的悬挂键进行钝化，并进行烧结处理，得到半成品；

具体的，所述清洗包括碱洗和酸洗。其中，

碱洗包括：

将硅片浸泡在温度为65～75℃的第一碱液中，所述第一碱液为2％～3％浓度的KOH溶液，用于去除硅片表面机械损伤层；

用去离子水冲洗硅片，以除去第一碱液；

将硅片浸泡在第二碱液中，所述第二碱液为70％～85％浓度的KOH和1％～2％浓度的H

酸洗包括：

将硅片浸泡在2％～5％浓度的HCl/HF混合溶液中，去除多余的碱液、金属杂质及硅片表面氧化层；

用50～70℃的去离子水冲洗硅片，以除去酸液；

将硅片吹干。

需要说明的是，镀氧化铝膜的功能是对硅片表面的悬挂键进行钝化，降低硅片表面的悬挂键对少子复合的影响，使测得的结果就是硅片体内的少子复合所带来的，从而能够确保少子寿命测试更准确和稳定可靠。另外，退火的目的是消除膜的应力。

具体的，采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的双面沉积AlO

进一步的，所述烧结处理包括：将钝化膜放在700～800℃的环境下一段时间，以使钝化膜激活，将硅片表面悬挂键及缺陷钝化。

二、对半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到第一少子寿命值为A

其中，第一光致测试值表示PL光谱图的明暗度，数值越大，硅片体内杂质及缺陷含量越小，反之越大。

由于光致发光测试的测试条件会影响第一光致测试值，而第一光致测试值对硅片质量的检测起着重要的影响。优选的，所述光致发光(PL)测试的测试光照强度为1sun，曝光时间为0.1～0.5s。更优的，所述光致发光(PL)测试的测试光照强度为1sun，曝光时间为0.2～0.4s。需要说明的是，若曝光时间超出上述范围，则影响测试的准确度。

三、对半成品进行衰减处理；

所述衰减处理包括加热处理和光照处理，其中，加热处理和光照处理同时进行；加热处理是对半成品进行加热，光照处理是采用红外激光来照射半成品。

本发明的衰减处理对硅片质量的检测精度起着重要的作用。具体的，本发明对半成品进行加热和光照处理来促进硅片衰减，其中加热温度过低，则衰减速度慢，加热温度高，则容易导致半成品的衰减恢复，存在高温电池钝化效果。优选的，加热温度为110～170℃，加热时间为10～40s。更优的，加热温度为130～150℃，加热时间为15～30s。

此外，利用红外激光来照射所述半成品，由于红外光波长长，红外光在半成品内传播比白光照强度，更有利于半成品吸收，促进衰减；同时高强度下，有利于加快半成品能量吸收，促进半成品衰减。优选的，所述红外激光的波长为1000～1200nm，光照强度为15000～35000w/m

需要说明的是，衰减处理对硅片质量的检测也会有一定的影响，因此本发明同时采用加热和红外激光光照的方法来处理硅片，可以在很短的时间内使硅片达到可以检测的衰减程度，从而避免长时间衰减处理所带来的影响，进而提高检测的准确度。

四、对衰减处理的半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到第二少子寿命值为A

其中，第二次少子寿命测试和光致发光测试的测试条件与第一次少子寿命测试和光致发光测试的测试条件相同；

五、计算硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率；

具体的，硅片的少子寿命衰减率为C，C＝(A

六、根据A

其中，A

C和D越大，硅片体内杂质及缺陷含量越多，C和D越小，硅片体内杂质及缺陷含量越少。

本发明的检测方法不需将硅片制成电池，避免了电池制作中的其他工艺产生的影响，从而提高检测准确性；与单一参数表征硅片质量相比，本发明通过多个参数来表征硅片质量，准确性更高。

此外，本发明同时采用加热和光照的方法来处理硅片，衰减处理时间短(10～40s)，检测效率高；进一步地，本发明采用110～170℃的加热温度、15000～35000w/m

相应地，本发明还提供了一种硅片的分类方法，包括以下步骤：

a、将标准硅片和待分类硅片进行清洗，在清洗后的硅片双面形成钝化膜，用于对所述硅片表面的悬挂键进行钝化，并进行烧结处理，得到标准硅片半成品和待分类硅片半成品；

其中，标准硅片的类型已知，待分类硅片的类型未知。或者，标准硅片和待分类硅片的类型均未知。

具体的，所述清洗包括碱洗和酸洗。其中，

碱洗包括：

将硅片浸泡在温度为65～75℃的第一碱液中，所述第一碱液为2％～3％浓度的KOH溶液，用于去除硅片表面机械损伤层；

用去离子水冲洗硅片，以除去第一碱液；

将硅片浸泡在第二碱液中，所述第二碱液为70％～85％浓度的KOH和1％～2％浓度的H

酸洗包括：

将硅片浸泡在2％～5％浓度的HCl/HF混合溶液中，去除多余的碱液、金属杂质及硅片表面氧化层；

用50～70℃的去离子水冲洗硅片，以除去酸液；

将硅片吹干。

需要说明的是，镀氧化铝膜的功能是对硅片表面的悬挂键进行钝化，降低硅片表面的悬挂键对少子复合的影响，使测得的结果就是硅片体内的少子复合所带来的，从而能够确保少子寿命测试更准确和稳定可靠。另外，退火的目的是消除膜的应力。

具体的，采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的双面沉积AlO

进一步的，所述烧结处理包括：将钝化膜放在700～800℃的环境下一段时间，以使钝化膜激活，将硅片表面悬挂键及缺陷钝化。

b、对标准硅片半成品和待分类硅片半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到标准硅片半成品的第一少子寿命值为X

其中，第一光致测试值表示PL光谱图的明暗度，数值越大，硅片体内杂质及缺陷含量越小，反之越大。

由于光致发光测试的测试条件会影响第一光致测试值，而第一光致测试值对硅片质量的检测起着重要的影响。优选的，所述光致发光(PL)测试的测试光照强度为1sun，曝光时间为0.1～0.5s。更优的，所述光致发光(PL)测试的测试光照强度为1sun，曝光时间为0.2～0.4s。需要说明的是，若曝光时间超出上述范围，则影响测试的准确度。

c、对标准硅片半成品和待分类硅片半成品进行衰减处理；

所述衰减处理包括加热处理和光照处理，其中，加热处理和光照处理同时进行；加热处理是对半成品进行加热，光照处理是采用红外激光来照射半成品。

本发明的衰减处理对硅片质量的检测精度起着重要的作用。具体的，本发明对半成品进行加热和光照处理来促进硅片衰减，其中加热温度过低，则衰减速度慢，加热温度高，则容易导致半成品的衰减恢复，存在高温电池钝化效果。优选的，加热温度为110～170℃，加热时间为10～40s。更优的，加热温度为130～150℃，加热时间为15～30s。

此外，利用红外激光来照射所述半成品，由于红外光波长长，红外光在半成品内传播比白光照强度，更有利于半成品吸收，促进衰减；同时高强度下，有利于加快半成品能量吸收，促进半成品衰减。优选的，所述红外激光的波长为1000～1200nm，光照强度为15000～35000w/m

需要说明的是，衰减处理对硅片质量的检测也会有一定的影响，因此本发明同时采用加热和红外激光光照的方法来处理硅片，可以在很短的时间内使硅片达到可以检测的衰减程度，从而避免长时间衰减处理所带来的影响，进而提高检测的准确度。

d、对衰减处理的标准硅片半成品和待分类硅片半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到标准硅片半成品第二少子寿命值为X

其中，第二次少子寿命测试和光致发光测试的测试条件与第一次少子寿命测试和光致发光测试的测试条件相同；

e、计算标准硅片和待分类硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率，其中，标准硅片的少子寿命衰减率为K

待分类硅片的少子寿命衰减率为K

若H

由于不同类型硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率不同，因此可通过两硅片的少子寿命衰减率和光致衰减率的差值来判断硅片的类型，通过本发明的分类方法可检测出硅片的类型，操作简单，效率高，准确度高。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1

选取厂家A和厂家B的硅片各5片进行检测，其中，厂家A和厂家B的硅片为掺硼型单晶硅片，电阻率为0.8～1.0，尺寸为158.75cm；

一、将硅片浸泡在温度为70℃的第一碱液中，所述第一碱液为2％浓度的KOH溶液；

用去离子水冲洗硅片，以除去第一碱液；

将硅片浸泡在第二碱液中，所述第二碱液为70％浓度的KOH和～2％浓度的H

将硅片浸泡在4％浓度的HCl/HF混合溶液中；

用50℃的去离子水冲洗硅片，然后热风吹干；

采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的双面沉积AlO

对钝化膜进行烧结处理，得到半成品；

二、对半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到第一少子寿命值和第一光致测试值；

三、对半成品进行加热和光照衰减处理，加热温度为110℃，加热时间为20s，红外激光的波长为1014nm，光照强度为20000w/m

四、对衰减处理的半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到第二少子寿命值和第二光致测试值。

具体检测结果如表1所示：

表1实施例1中硅片的少子寿命测试和光致发光测试结果

从上述结果可以看出，虽然厂家B硅片的第一光致测试值略大于厂家A硅片的第一光致测试值，但厂家B的少子寿命衰减率和光致衰减率均明显小于厂家A，由于掺硼硅片衰减主要以B-O缺陷致衰及某些金属杂质引起，厂家B硅片表现出氧含量及拉晶工艺较优，因此厂家B硅片质量优于厂家A硅片质量。

实施例2

选取厂家C和厂家D的硅片各5片进行检测，其中，厂家C和厂家D的硅片为掺硼硅片，电阻率为0.4～0.7，尺寸为158.75cm；

一、将硅片浸泡在温度为70℃的第一碱液中，所述第一碱液为2％浓度的KOH溶液；

用去离子水冲洗硅片，以除去第一碱液；

将硅片浸泡在温度为60℃第二碱液中，所述第二碱液为70％浓度的KOH和～2％浓度的H

将硅片浸泡在4％浓度的HCl/HF混合溶液中；

用50℃的去离子水冲洗硅片，然后热风吹干；

采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的双面沉积AlO

对钝化膜进行烧结处理，得到半成品；

二、对半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到第一少子寿命值和第一光致测试值；

三、对半成品进行加热和光照衰减处理，加热温度为130℃，加热时间为30s，红外激光的波长为1014nm，光照强度为20000w/m

四、对衰减处理的半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到第二少子寿命值和第二光致测试值。

具体检测结果如表2所示：

表2实施例2中硅片的少子寿命测试和光致发光测试结果

从上述结果可以看出，虽然厂家D硅片的第一光致测试值小于厂家C硅片的第一光致测试值，且厂家D的少子寿命衰减率和光致衰减率均明显小于厂家C，掺镓硅片杂质主要以Fe等金属杂质为主，因此厂家D硅片质量优于厂家C硅片质量。

实施例3

选取厂家E和厂家F的硅片各5片进行检测，其中，厂家E和厂家F的硅片类别未知，电阻率为0.8～1.2，尺寸为158.75cm；

一、将硅片浸泡在温度为70℃的第一碱液中，所述第一碱液为2％浓度的KOH溶液；

用去离子水冲洗硅片，以除去第一碱液；

将硅片浸泡在温度为60℃第二碱液中，所述第二碱液为70％浓度的KOH和～2％浓度的H

将硅片浸泡在4％浓度的HCl/HF混合溶液中；

用50℃的去离子水冲洗硅片，然后热风吹干；

采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的双面沉积AlO

对钝化膜进行烧结处理，得到半成品；

二、对半成品进行第一次少子寿命测试和光致发光测试，得到第一少子寿命值和第一光致测试值；

三、对半成品进行加热和光照衰减处理，加热温度为130℃，加热时间为30s，红外激光的波长为1014nm，光照强度为20000w/m

四、对衰减处理的半成品进行第二次少子寿命测试和光致发光测试，得到第二少子寿命值和第二光致测试值。

具体检测结果如表3所示：

表3实施例3中硅片的少子寿命测试和光致发光测试结果

从上述结果可以看出，厂家E硅片为掺镓硅片，少子寿命衰减率及光致衰减率较小；厂家F硅片为掺硼硅片，少子寿命衰减率及光致衰减率较厂家E大，若硅片批次混乱，可采用本发明的检测方法来鉴定。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。