专利名称：一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法
技术领域：
本发明涉及一种硅片的制备方法，具体地说是ー种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法。
背景技术：
硅片是现代微电子技术和太阳能光电转换技术的基础，是太阳能光伏电池技术中最昂贵的部分。近年来，尽管硅原料价格已有明显下降，降低硅片的制造成本对于提高太阳能对传统能源的竞争カ依然至关重要。目前,太阳能娃片切割技术主要是利用上世纪80年代瑞士 Charles Hauser博士发明的线锯切割方法。现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线，切割线直径已经从原来的180 mm降低到了目前普遍使用的100-120 mm，硅片的厚 度从原来的330 mm降低到现在普遍的180 mm。根据理论模拟，若娃片的厚度为40 mm,太阳能光伏电池可达到最佳性能。2007年，比利时Dross等人公布了一项制造太阳能电池用50 mm厚晶体娃片的新方法[F. Drosset al., Appl. Phys. A 89，149 (2007)]。其最大的特点在于，不同于以往用线锯切割硅碇的技术，而是利用硅与金属间的热膨胀差异来剥取硅片，因此，不会产生由切屑等造成的不必要的浪费。这种新方法被称作stress induced lift-off method (SLiM-Cut)技术。SLiM-Cut技术的实现过程如下首先，在晶体硅衬底上依次用丝网印刷机印制银浆和铝浆薄膜；然后，将其放到带式输送机上入炉，在900で下退火；随着温度下降，金属层与硅层的热膨胀率差异会使硅层产生变形，出现龟裂并沿着硅层表面扩大；此时，如果剥离金属层，硅层的表面部分也会沿着龟裂一起剥落；然后，通过蚀刻去除金属层，就可以只留下50 mm的硅片。在Dross等人公布的方法中，使用了较为昂贵的银浆和铝浆，并且退火温度较高，因此该方法的生产成本依然较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，该方法生产成本低，并且制备的硅片完整度及表面平整度好。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，包括以下步骤
(I)、取大小为5X5 cm2的硅片作为衬底。(2)、将硅衬底水平放置，在其上表面通过丝网印刷的方法印上ー层厚度为20 mm
青铜浆层。(3)、然后将印有青铜浆层的硅衬底放置在200°C的条件下，使青铜浆层干燥，形成
青铜层。(4)、将附有干燥后青铜层的硅衬底放入快速退火炉中，加热到720で之后，保温10秒，然后停火，风冷冷却。
(5)、将步骤(4)冷却后的硅衬底取出，设有青铜层的一面朝上放置，通过丝网印刷的方法在硅衬底上青铜层的表面印制厚度为40 mm的锌浆层，然后在200°C的条件下，使锌浆层干燥，形成锌层。(6)、将步骤(5)的硅衬底制备有锌层的一面朝上放入快速退火炉中，加热到720で之后，保温10秒，然后停火，风冷冷却，在冷却过程中利用不同材料热膨胀系数的差异，通过锌层的收缩，使硅衬底表面与青铜层相结合的硅层从硅衬底上剥离。(7)、将锌层、青铜层和附着在青铜层上的硅层一同从硅衬底上剥离，然后放入化学蚀刻液中，将锌层和青铜层腐蚀溶解，取出剰余的硅层，清洗后晾干，即得到厚度为30-50mm的超薄娃片。所述步骤(I)中作为衬底的硅片厚度为250— 650 mm。所述步骤(2)中青铜浆层中的青铜由75%的铜与25%的锡构成。所述步骤(7)中化学蚀刻液为FeCl3溶液。本发明的有益效果是本发明采用锌作为剥离硅片的金属层，选用青铜作为保护层，防止锌渗入硅衬底中而影响制得硅片的纯度和质量。该方案中由于青铜的熔点是800で，热膨胀系数为17. 5 10_5/°C，锌的熔点为420で，热膨胀系数，36 10_5/°C;与传统的SLiM-Cut技术用到银的熔点为962°C，热膨胀系数19. 5 10_5/°C，铝的熔点为660 V，热膨胀系数23. 2 10_5/°C相比，该方案所用的青铜和锌具有适宜的熔点和热膨胀系数，剥离的硅片完整度和表面平整度好，制成的硅片厚度达到30-50 _。本方案退火温度较低，降低了能源消耗。本发明以青铜和锌为丝印层，均为传统的材料，与现有的铜及锌加工エ艺可以实现无缝衔接，便于进行大規模化生产，利于降低成本。
具体实施例方式一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，包括以下步骤
(I)、取大小为5X5 cm2的硅片作为衬底。(2)、将硅衬底水平放置，在其上表面通过丝网印刷的方法印上ー层厚度为20 mm
青铜浆层。(3)、然后将印有青铜浆层的硅衬底放置在200°C的条件下，使青铜浆层干燥，形成
青铜层。(4)、将附有干燥后青铜层的硅衬底放入快速退火炉中，加热到720で之后，保温10秒，然后停火，风冷冷却。(5)、将步骤(4)冷却后的硅衬底取出，设有青铜层的一面朝上放置，通过丝网印刷的方法在硅衬底上青铜层的表面印制厚度为40 mm的锌浆层，然后在200°C的条件下，使锌浆层干燥，形成锌层。
(6)、将步骤(5)的硅衬底制备有锌层的一面朝上放入快速退火炉中，加热到720 V 之后，保温10秒，然后停火，风冷冷却，在冷却过程中利用不同材料热膨胀系数差异比较大的特点，所制备的锌层收缩产生卷曲，使硅衬底表面的硅层产生裂纹(一般沿〈111〉或者〈100〉方向断裂)，从而使硅衬底表面与青铜层相结合的硅层从硅衬底上剥离。(7)、将锌层、青铜层和附着在青铜层上的硅层一同从硅衬底上剥离，然后放入化学蚀刻液中，利用化学蚀刻法将锌层和青铜层腐蚀溶解，取出剰余的硅层，清洗后晾干，即得到厚度为30-50 mm的超薄硅片。所述蚀刻液可以采用FeCl3溶液。所述步骤(I)中作为衬底的硅片厚度为250— 650 mm。所述步骤(2)中青铜浆层中的青铜由75%的铜与25%的锡构成。在印制青铜浆层和锌浆层时，可以通过控制丝网的目数以及丝网的厚度来控制金属浆层的厚度。对于本发明，可采用200目的丝网。丝网的厚度根据金属浆层厚度的不同，分别采用20 mm和40 mm，这样可以一次印制成所需的金属浆层，简化了エ艺，缩短了操作时间。利用上述方法制备出的一片I cm2的超薄硅片样品，装配成一个简单的太阳能电 池，经测算，其初步转化效率达到9.9%。利用本发明制作超薄硅片，提高了硅衬底的利用率、省去了制作电极的材料；由于采用丝网印刷青铜层和锌层，均为价格低廉的传统材料，可以利用现有的设备进行加工，生产成本大大降低，便于进行大規模生产，具有市场竞争力。
权利要求
1.一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)、取大小为5X5cm2的硅片作为衬底； (2)、将硅衬底水平放置，在其上表面通过丝网印刷的方法印上一层厚度为20mm青铜浆层； (3)、然后将印有青铜浆层的硅衬底放置在200°C的条件下，使青铜浆层干燥，形成青铜层； (4)、将附有干燥后青铜层的硅衬底放入快速退火炉中，加热到720°C之后，保温10秒，然后停火，风冷冷却； (5)、将步骤(4)冷却后的硅衬底取出，设有青铜层的一面朝上放置，通过丝网印刷的方法在硅衬底上青铜层的表面印制厚度为40 mm的锌浆层，然后在200°C的条件下，使锌浆层干燥，形成锌层； (6)、将步骤(5)的硅衬底制备有锌层的一面朝上放入快速退火炉中，加热到720V之后，保温10秒，然后停火，风冷冷却，在冷却过程中利用不同材料热膨胀系数的差异，通过锌层的收缩，使硅衬底表面与青铜层相结合的硅层从硅衬底上剥离； (7)、将锌层、青铜层和附着在青铜层上的硅层一同从硅衬底上剥离，然后放入化学蚀刻液中，将锌层和青铜层腐蚀溶解，取出剩余的硅层，清洗后晾干，即得到厚度为30-50 mm的超薄硅片。
2.如权利要求I所述的一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，其特征在于所述步骤(I)中作为衬底的硅片厚度为250— 650 mm。
3.如权利要求I所述的一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，其特征在于所述步骤(2)中青铜浆层中的青铜由75%的铜与25%的锡构成。
4.如权利要求I所述的一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，其特征在于所述步骤(7)中化学蚀刻液为FeCl3溶液。
全文摘要
一种基于SLiM-Cut技术制备超薄硅片的方法，在硅衬底上印上一层厚度为20mm青铜浆层，干燥后放入快速退火炉，加热到720℃之后，保温10秒，然后停火冷却；取出后在硅衬底上青铜层的表面印制厚度为40mm的锌浆层，干燥后放入快速退火炉中，加热到720℃之后，保温10秒，然后停火冷却，使硅衬底表面与青铜层相结合的硅层从硅衬底上剥离；放入化学蚀刻液中，将锌层和青铜层腐蚀溶解，取出剩余的硅层，清洗后晾干，即得到厚度为30-50mm的超薄硅片。本方案退火温度较低，降低了能源消耗；以青铜和锌为丝印层，均为传统的材料，便于进行大规模化生产，利于降低成本。
文档编号H01L21/02GK102683179SQ20121018894
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者周锋子, 李国岭, 李新忠, 李立本, 李航, 王丹丹 申请人:河南科技大学