控制碱性蚀刻液的表面张力

引言

氢氧化钾(KOH)和添加剂2-丙醇(异丙醇，IPA)通常用于单晶硅片的碱性织构化，以减少其反射。氢氧化钾和异丙醇在水中的蚀刻混合物需要明确定义氢氧化钾和异丙醇的水平，以消除锯损伤，并获得完全随机金字塔覆盖的纹理。蚀刻速率和纹理化工艺取决于镀液温度、氢氧化钾浓度、硅浓度和异丙醇浓度等。在此过程中，由于异丙醇的沸点较低(82℃)，镀液的组成发生了变化。在这个过程中它很容易蒸发，必须定期重做。为了简化添加剂和获得更高的初始异丙醇浓度，应该测量和控制它。这可以通过高效液相色谱(HPLC)作为直接方法或表面张力作为间接方法来实现。异丙醇具有表面活性，可降低溶液的表面张力。由于异丙醇被频繁重做，纹理浴的异丙醇浓度保持恒定是可能的。

实验

所有组织化实验都使用。所有的纹理化实验都使用湿式化学工业批量工厂和标准单晶硅晶片(12.5x12.5cm²，电阻范围1.0-3.0Ωcm，p掺杂)进行。一半的晶圆被用作切割，另一半被看到损伤蚀刻。在纹理化过程中，空气-液体表面张力由SITA science line t60张力和定制的溢流测量池在线测量。当连续测量表面张力和温度时，纹理浴的蚀刻溶液保持流过测量池。 还通过高效液相色谱(HPLC)每四分钟在线分析IPA浓度，其中来自测量池的样品用蠕动泵泵送通过注射阀并自动注射到HPLC系统中，见图1。此外，就在晶片进入槽中之前，在离线取样之后，通过滴定检测氢氧化钾和硅酸盐的量。对于浓度变化实验，初始浴浓度为10和28克/升氢氧化钾和20和60克/升氢氧化钾和异丙醇的四种组合的低和高氢氧化钾和异丙醇浓度，总是具有1克/升硅。在由比例积分微分控制器控制的组织化过程中，异丙醇浓度保持恒定。

图1 通过张力计和HPLC使用测量单元集成到批量工厂的公共浴中分析IPA。PID控制器根据表面张力打开IPA给药阀

太阳能电池工艺和特性。纹理化后，所有的晶圆都使用标准工艺进一步加工成太阳能电池。其特征包括对浴缸成分(氢氧化钾、Si、IPA)以及纹理特性和太阳能电池性能的分析。在晶圆过程中，每边的硅去除率和蚀刻率是通过测量的。实验结束后，用紫外/VIS/NIR光谱光度计测量纹理晶片的反射，并计算加权反射值。采用共聚焦显微镜分析其表面结构，并拍摄扫描电镜照片。共焦显微镜的空间溶解高度数据的标准偏差被计算作为金字塔尺寸的参数。太阳能电池性能通过静脉注射测量进行测试。

结果和讨论 

水溶液中有机分子，如醇的浓度可以通过高效液相色谱进行分析。太阳能电池过程中使用的碱性湿化学浴的异丙醇浓度可以通过高效液相色谱法直接测量，无需稀释。 与水相比，碱性样品被分离，而异丙醇被延迟，无机组分被加速。异丙醇峰面积与异丙醇浓度相关。

异丙醇是一种降低液体中空气表面张力的表面活性化合物。当在纹理化过程中测量浴溶液的表面张力和异丙醇浓度时，表面张力与异丙醇浓度成反比(图2)。 碱性变形浴溶液的表面张力随着异丙醇浓度的降低而增加。

图2 在6次IPA在给药量不正确的纹理运行中，通过HPLC在线分析IPA浓度和碱性纹理溶液中的IPA浓度

为了达到最初的异丙醇浓度，必须重做异丙醇。测试了不同的剂量。通常，当蚀刻溶液的表面张力和蚀刻速率较高时，氢氧化钾/异丙醇纹理化晶片的反射较高。现在知道了异丙醇浓度和表面张力之间的关系，就可以知道实际的表面张力来确定异丙醇的确切用量。当异丙醇以正确的量重新加入时，可以达到多次运行的初始异丙醇浓度(图3，运行2到6)。目标浓度是运行2的初始异丙醇浓度.异丙醇浴条件在几次运行中具有良好的重现性。

图3 用HPLC分析IPA浓度，以及正确IPA剂量的碱性纹理溶液的IPA浓度

总结

碱性纹理化被广泛用于将单晶硅加工成太阳能电池。最常用的方法是用氢氧化钾和异丙醇进行碱性组织化。由于异丙醇的沸点较低，因此有必要对其进行重做。为了简化再给药过程，可以开发一种以表面张力为控制参数的异丙醇计量装置。比例积分微分控制器可以保持碱性变形浴中异丙醇浓度恒定。这是为了找到具有小金字塔的均匀纹理的纹理化条件。对于最初被锯坏的晶片和被切割的晶片，在高氢氧化钾浓度和高异丙醇浓度下获得最佳参数。